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1、分子の形①
参考文献

無機化学 上



新理系の化学


1回目は分子の形についてです。
例えば二酸化炭素は直線型であるとか、水は折れ線型であることは皆さんよくご存知だと思います。
しかし、「何故そういう形になるか」については案外知られていないところです。
今回はそんな「分子の形はどうなる?」についてお話したいと思います。


 厳密に分子の形・共有電子対の存在確率を探ろうと思えば
波動関数を解くしかありませんが、
おおよその形はそんなことをせずとも、「だいたい」予測可能です。

ここでは、おおまかな分子型の予測に
「原子価殻電子対反発理論(VSEPR)」を用いたいと思います。
なんだか、えらく仰々しい名前ですねぇ。思わず目を背けたくなります。笑
しかし中身はそうでもありません。
ただ単に「(非)共有電子対どうしは反発し、できるだけ遠ざかろうとする」と言うことです。
こう言うと化学マニアな高校生の方はご存知かもしれません。汗


さすがにこれだけではちょっと分かりにくいですね。
というわけで百聞は一見に如かず、具体例を一つずつ見ていきましょう。


まずメタンの例を下に挙げます

methane1.jpg


これは真ん中のC原子の周りに、水素原子が正四面体を作るように配置されています。
これがC-Hの共有結合をなす「共有電子対」どうしがお互いに一番離れるような配置なのです。
(いわゆるsp3混成軌道というものです)

試しに他の形でもっと電子対どうしが離れるものを考えてみてください。
もちろんどの水素原子も区別はつけられませんから、
任意の「C-H結合とC-H結合の成す角」は全て同じ角度でなければなりません。
(全部で4C2=6通りあります)
それに、どれか1本C-H結合の角度を変えると、別のC-H結合と必ず近づいてしまいます。
(これに関してはベクトルかなんか使えば証明できるでしょう)
やっぱり、正四面体形が最も結合電子対どうしが離れる形ですよね!?
(押し付けがましくも…)

よろしいでしょうか??これで納得してもらえるんかなぁ。汗
説明が大下手で申し訳ないです。大汗



以上に説明したことは実はイオンの場合でも成り立ってしまうんです。
とにかく大事なのは電子対どうしの反発で結合角が決まっちゃうという事なんですから。



ではその例を以下に示します。

硫酸イオンやアンモニウムイオンも同様の正四面体型を示します。
(なぜなら、全て、中心の原子まわりの電子対は4組であるから)

m_a_s.jpg


これら全ての共通点は先ほども述べました通り
中心原子のまわりに電子対が4組あることなんです。

ではオクテット則(またいずれ説明します)に従って
電子式(electron dot式)を描いてみましょう。

methane_electrondot.jpg


これをご覧になれば明らかですね。
それぞれ結合の角度に関与しそうな電子対
(ここでは全て中心原子まわりの電子対のこと)
は全て4対となっています。


従って、これらは全て、メタンと同様に正四面体の構造を示します。


以上の論点を軽くおさらいしておきますと…


1、電子対どうしの反発により結合角が(ある程度)予測できる。
2、4つの電子対が最も遠ざかろうとする時、結合角は全て109.5°となる。
  すなわち、その形は正四面体型である。


あくまで「ある程度」なんですがね…

またおいおい他の形の分子についても触れたいと思います。
お楽しみに~



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