凝集力（化学）

無重力状態での水の凝集性がはっきりとわかる

化学および物理学において、凝集力（ラテン語の cohaesiō「凝集、統一」に由来）は、凝集引力または凝集力とも呼ばれ、同種の分子が互いに引き合い、互いにくっつく作用または性質のことです。これは、分子の形状と構造によって引き起こされる物質固有の性質であり、分子が互いに近づくと周囲の電子の分布が不規則になり、水滴のような巨視的構造を維持できる電気的引力が生じます。凝集力は表面張力を可能にし、軽量または低密度の材料を置くことができる「固体のような」状態を作り出します。  

例えば、水は、各分子が他の水分子と四面体構成で4つの水素結合を形成できるため、凝集力が強い。これにより、分子間に比較的強いクーロン力が生じる。簡単に言えば、水分子の極性（分子の極が反対に帯電している状態）により、水分子は互いに引きつけられる。この極性は酸素原子の電気陰性度による。酸素は水素原子よりも電気陰性度が高いため、共有結合を介して共有する電子は、水素よりも酸素に近いことが多い。これらは極性共有結合と呼ばれ、このように反対に帯電する原子間の共有結合である。^[1]水分子の場合、水素原子は正に帯電し、酸素原子は負に帯電している。分子内のこの電荷分極により、隣接する分子と強い分子間水素結合を介して整列することができ、バルクの液体が凝集性になる。しかし、メタンなどのファンデルワールス気体は、 非極性分子に 誘起された極性によって作用するファンデルワールス力のみにより、弱い凝集力を持ちます。

凝集力は、接着力（異なる分子間の引力）とともに、メニスカス、表面張力、毛細管現象などの現象を説明するのに役立ちます。

ガラスフラスコ内の水銀は、凝集力と接着力の比率の影響を示す良い例です。水銀は凝集力が高く、ガラスへの接着力が低いため、フラスコの底を覆うほど広がらず、底を覆うほどの量の水銀をフラスコに入れると、水のメニスカスが凹状であるのに対し、水銀は強い凸状のメニスカスを形成します。水や他の多くの液体とは異なり、水銀はガラスを濡らしません^[2]。また、ガラスを傾けると、水銀はガラスの中で「転がり」ます。

参照

• 接着– 分子または化合物が他の異なる種類の分子を引きつけること
• 比熱容量- 物質1グラムの温度を1 ℃上げるのに必要な熱量
• 蒸発熱- 一定温度で1グラムの液体物質を気体に変化させるために必要なエネルギー量
• 両性イオン–イオンである個々の官能基から構成される分子。最も顕著な例はアミノ酸である。
• 化学極性- 中性、つまり電荷を持たない分子、またはその化学基は電気 双極子 モーメントを持ち、負に帯電した端と正に帯電した端を持つ

参考文献

1. ニール・キャンベル著『生物学』第9版、92ページ
2. カールトン・ウォルジー・ウォッシュバーン著『コモンサイエンス』

外部リンク

• バブルウォール（国立高磁場研究所による凝集力、表面張力、水素結合を説明する音声スライドショー）
• 「水の接着と凝集」 – 米国地質調査所