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毒物劇物取扱者試験問題

問題 15

解　 説

出題のねらい：分子の極性（電気の偏り）の理解

この問題は、分子の基本的な性質である極性きょくせい、つまり「分子の中に電気的な偏りがあるかないか」を理解しているかを確認するためのものです。

極性は、分子の形と、原子同士の電気の引っ張り合い（電気陰性度）のバランスによって決まります。この両方を考えるのがポイントです！

分子の極性についての基礎知識

1. 極性分子と無極性分子

• 極性分子きょくせいぶんし:
  分子全体で見て、プラス（$\delta^+$）とマイナス（$\delta^-$）の電気的な偏りがある分子のことです。例：水、アンモニア。
• 無極性分子むきょくせいぶんし:
  分子全体で見て、プラスとマイナスの電気的な偏りが打ち消されてゼロになっている分子のことです。例：二酸化炭素、メタン。

2. 判断のステップ

極性があるかどうかは、次の2つのステップで判断します。

ステップ	確認すること
ステップA	原子間の結合に電気の偏りがあるか？（極性結合か？）
ステップB	分子の形が対称的で、偏りが打ち消されているか？

無極性分子となるのは、「ステップAで偏りがない」場合（例：酸素 $\text{O}_2$）か、「ステップAで偏りがあるが、ステップBで打ち消された」場合です。

選択肢ごとの解説

それぞれの分子について、「分子の形」と「電気の偏り（極性）」を見ていきましょう。

 

(1) アンモニア ($\text{NH}_3$)

選択肢 (1)は不適切です。

アンモニアは電気的な偏りが残るため、極性分子です。

• 分子の形：
  中央の窒素原子 ($\text{N}$) の上に、電子がペアになった部分（非共有電子対）があり、水素原子 ($\text{H}$) 3個が傘のように広がった三角錐形さんかくすいけいをしています。
• 電気の偏り：
  窒素 ($\text{N}$) は水素 ($\text{H}$) よりも電気を強く引っ張ります。そのため、$\text{N}$ の方へ引っ張る力が生じますが、分子の形が非対称（傘のような形）なため、この引っ張り合う力が打ち消されずに残ってしまいます。

 

(2) 水 ($\text{H}_2\text{O}$)

選択肢 (2)は不適切です。

水は電気的な偏りが残るため、極性分子です。

• 分子の形：
  中央の酸素原子 ($\text{O}$) の上に電子ペア（非共有電子対）が2組あり、水素原子 ($\text{H}$) 2個が「くの字」に曲がった折れ線形おれせんけいをしています。
• 電気の偏り：
  酸素 ($\text{O}$) は水素 ($\text{H}$) よりも電気を強く引っ張ります。分子の形が非対称（まっすぐではなく曲がっている）なので、引っ張り合う力が打ち消されず、$\text{O}$ の方へ大きな偏りが残ります。

 

(3) 二酸化炭素 ($\text{CO}_2$)

選択肢 (3)は適切です。

二酸化炭素は結合に偏りがあっても、その対称な直線形のおかげで全体として偏りが打ち消され、無極性分子となります。

• 分子の形：
  中央の炭素原子 ($\text{C}$) から、酸素原子 ($\text{O}$) 2個がまっすぐ両側に結合した直線形ちょくせんけいをしています。
• 電気の偏り：
  酸素 ($\text{O}$) は炭素 ($\text{C}$) よりも電気を強く引っ張ります。$\text{O}$ の方に2っ張る力は生まれますが、分子の形が完璧な対称（まっすぐで左右均等）なため、左右からの引っ張り合いが完全に打ち消されて、分子全体では偏りがなくなります。

 

(4) 塩化水素 ($\text{HCl}$)

選択肢 (4)は不適切です。

塩化水素は電気的な偏りが残るため、極性分子です。

• 分子の形：
  水素原子 ($\text{H}$) と塩素原子 ($\text{Cl}$) の2つの原子からなるため、直線形です。
• 電気の偏り：
  塩素 ($\text{Cl}$) は水素 ($\text{H}$) よりも電気を強く引っ張ります。この分子は、左と右で原子が違うため、引っ張る力が打ち消されることがなく、塩素側に電気の偏りが残ります。

 

まとめ総括

この問題の正解は、選択肢 (3) 二酸化炭素 です。

【極性を判断するときの鉄則】

• 原子がすべて同じ方向に引っ張り合っている、または対称な形で引っ張り合いが打ち消されている $\longrightarrow$ 無極性分子
  • 例： $\text{CO}_2$（直線形で左右の引っ張りが相殺）、$\text{CH}_4$（正四面体で四方の引っ張りが相殺）。

• 分子の形が非対称である、または両端の原子が違う $\longrightarrow$ 極性分子
  • 例： $\text{H}_2\text{O}$（折れ線形で非対称）、$\text{NH}_3$（三角錐形で非対称）、$\text{HCl}$（両端の原子が違う）。

 

極性の知識は、毒劇物の「水への溶けやすさ」や「毒性の強さ」とも関連してくる大切な基礎知識です。形と偏りのセットでしっかり覚えておきましょう！

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