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第4回
化学結合(1)
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☆化学結合は何故出来る?原子 → (電気的に)中性
(中心に+、外側にー)原子同士は外側の電子により反撥するはず。しかし、互いの電子をやりとりすることで、
ことが出来る場合がある
やりとりする電子:
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○電気陰性度:電子の受け入れやすさ
数学いらずの化学結合論p24Pauling (1932), Mulliken (1934)
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○ 化学結合の種類
イオン結合
共有結合
金属結合
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○イオン結合
電気陰性度の差が大きい原子の間にできやすい
例) Na+
Cl-
陽イオンと陰イオンの間には があり互いに引き合う。
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○共有結合電気陰性度が大きい原子の間に出来やすい。☆原子同士が価電子を 結びつく。
例)
(1)水素分子 H:1s1
H・ + ・H→ H:H
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(2)酸素分子 O :
・O・
:: ・O・
::
+ → O : : O
:: ::
一見正しいが・・・
”O2は常磁性である”(磁場に引き寄せられる)という事実を説明できない!常磁性:”不対電子”を持つ
↑不対電子なし
一重項酸素(活性酸素)
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☆異なる原子間の共有結合は多少の を帯びる。
H H
O
電気陰性度が大きい方の原子に、共有されている電子対が引き寄せられている。
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☆分子の極性結合自体が分極していても、分子全体ではどうか?
CO2 O = C = O→:双極子モーメント
双極子の強さ、方向を表す 矢印をかく
:分極 矢印をかく
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☆分子の形2原子 → 直線
3原子 → ?
互いに反撥し、おさまりの良い配置をとろうとする。(絶えず運動している)
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○原子価殻電子対反発則valence shell electron pair repulsion rule (VSEPR理論)原子価に関係する軌道上の電子→ 互いに反撥
なるように配置する
非共有電子対間の反発>非共有電子対ー共有電子対の反発>共有電子対間の反発
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○原子価殻電子対反発則
BeCl2 H2O:折れ曲がり:直線
BCl3:平面 NH3:三角錐 CH4:正四面体
↓非共有電子対
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☆原子軌道電子は円軌道を描いているわけではない
副殻:s, p, d・・:
s軌道:球対称
p軌道:軸対称(x,y,z軸に方向性を持っている)
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不確定性原理 (Heisenberg)電子の状態を一点で表すことはできない
で表す。→☆化学結合(共有結合)電子対を共有することで形成される
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○σ(シグマ)結合
数学いらずの化学結合論p31結合は回転可能
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○ π(パイ)結合
結合は回転できない
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☆混成軌道◎二種類以上の できる軌道
例)炭素
C:1s22s22p2
C:1s22s12p3エネルギー低
エネルギー高
結合形成により全エネルギーは低下
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1s
2s
2p
○励起状態
この時点では、2s軌道と2p軌道は で、エネルギー差もある
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(a)sp混成軌道
直線方向に を形成残りの2p軌道は を形成
1s
2sp2p
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(b)sp2混成軌道
平面120°方向に を形成残りの2p軌道は を形成
1s
2sp22p
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(c)sp3混成軌道
正四面体頂点方向に を形成
1s
2sp3
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まとめ
混成軌道とは、原子の励起状態においてエネルギーの異なる軌道が混ざり合うことによって形成される軌道のこと
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☆有機化合物の構造
(a)メタン(CH4)
sp3混成軌道によって形成される4つの水素が正四面体の頂点方向に
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(b)エチレン(C2H4)
sp2混成軌道:2つがH、1つがCと残りのp軌道:C同士で
120°CとC:σ1個、π1個
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↑1s 2sp2 2p
↑CA
↑↑
↑ ↑↑↓
↑↑↑↓
↑ ↑
↑↑
CB
HA HB
HC HD
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(c)アセチレン(C2H2)sp混成軌道:1つがH、1つがCと残りのp軌道:C同士で2つの
CとC:σ1個、π2個