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化学結合

共有結合分子軌道法

(基本無機化学p.3843ただし説明の順序入れ替えてある)

この項目のポイント

  波動関数原子軌道  用語に触れるのみ

  分子軌道法による共有結合の考え方σ結合とπ結合の定義  結合性軌道と反結合性軌道

  簡単な等核原子分子分子軌道結合次数  特に酸素分子分子イオン分子軌道

 波動関数原子軌道

   波動関数軌道関数  原子中の電子の軌道は非常に複雑な関数表現することができる

             例) 2py軌道の波動関数

波動関数乗した関数が電子雲の形表現するものである

             かなり厳密さ欠くが軌道の形と波動関数形は似ていると考えてよいまたとき

には軌道波動関数が同じ意味に使われたりすることもある

   線形結合テキスト中の用語  この結合という言葉は化学結合のことではなくて足し算引き算

ということ原子結合原子波動関数の足し算引き算で表現するのが分子軌道法

   上のつの言葉は量子化学で詳しく説明されるここでは気にしないこと

 σ結合とπ結合

 

  σ結合 ある結合結合軸に平行に見たとき原子軌道の投影図形がs軌道に似ている結合

         テキストではもっと複雑な表現になっているが今は気にしないこと

  π結合 結合軸に平行に見たときの原子軌道の投影図形がp軌道に似ている結合

  原子軌道軌道関数重なりの程度が大きいほど強い結合きる

  1)2pz軌道同士のσ結合2py軌道同士のπ結合とではどちらの結合が強いか?

 結合性軌道と反結合性軌道  厳密な理解は後回しにして以下の重要事項覚えること

  個の原子本ずつ軌道重ね合わせて共有結合作るときにはもともとの原子軌道旦消

滅し新たに本の結合性軌道本の結合性軌道ができるこれら分子軌道という

下の図の縦軸はエネルギー表す

 重要② 結合性軌道はもとの原子軌道よりもエネルギー低く結合性軌道エネルギーが高い

したがって結合性軌道結合作り結合性軌道結合解消しようとする軌道である

 原子軌道の重なりが大きいほど結合性軌道エネルギー低く結合性軌道エネルギ

は高くなる

 重要③ 電子はPauliの原理とHundの規則に従い分子軌道入りなおす

 したがって個の水素原子から水素分子ができること考えると水素分子分子軌道には電子は中央のように入る

問題分子軌道に入った電子のエネルギーもとの原子軌道のときと比べてどのように変化したか?

 すなわち共有結合ができるということは電子がもともとの原子軌道よりもエネルギー低い分子軌道結合性軌道に入ることによって電子エネルギー安定になるという現象が起こるということである

 確認 He2という分子が存在しない理由分子軌道に基づいて説明せよ

 簡単な等核原子分子分子軌道 O2例にして

  酸素原子原子軌道

  結合軸に向いたp軌道pz軌道とするとpz軌道同士はσ結合py同士とpx同士はπ結合作るσ結合の方が軌道の重なりが大きいからp軌道だけに注目すると下図中央のような分子軌道きる

  1s軌道2s軌道の電子は結合作らない

結合キャンセルされるから考えなくて良い

 上図中央に×個の電子③に従って

配置すると右下に示すようになる

 すなわち酸素分子結合性軌道に入った

の電子と結合性軌道に入った個の電子(これ

らは不対電子)によって結合されている

 酸素分子は常磁性磁石に引き寄せられる性質ある

常磁性不対電子存在することに起因する性質である

酸素分子中の不対電子の存在は高校で習ったルイス

点電子式では説明できないことに注意すること

F2分子分子軌道同様にして考えることができる

B2C2N2分子軌道2s由来の軌道との相互作用があるためO2同じようには考えることができ

ないテキストはやや厳密に書きすぎているので理解しにくいかもしれないこれらの分子軌道つい

ては今のところ理解しなくても良い

 結合次数

   結合次数  結合性軌道内の電子数結合性軌道内の電子数÷

   点電子式でいうところの○重結合とほぼ同じ意味しかし結合次数は整数でないこともある

宿題

酸素分子結合次数はいくらか

スーパーオキサイドアニオン(O2-) …これは活性酸素の種で生体の老化と深いかかわりがある…

結合次数はいくらか

酸素分子酸素分子イオンO2スーパーオキサイドアニオン結合距離が短いと思われる順に並

べよ

NONONO-の分子および分子イオン分子軌道はO2分子同様に描くことができるそれぞれの分子

軌道に電子配置し結合次数答えよまた点電子式でNO分子何重結合言い当てることがで

きるだろうか?

過酸化水素(H2O2)の点電子式書けこのときO-O結合は何重結合になるか?その点電子式が正しいか

どうか過酸化物イオン(O22-)分子軌道に電子配置して確かめよ分子軌道O2分子同様である

高校の教科書考にして以下の問題解け

  弱酸とは何か2030字程度で簡単に説明せよ

  弱酸の性質正しく記述しているもの以下の中からふたつ選べ

      弱酸とその塩の混合水溶液で緩衝液作ることができる

      弱酸とその塩の混合水溶液のpHの値は常により大きい

      弱酸酸性塩水溶液常に酸性示す

      弱酸の水溶液では弱酸濃度大きいほど電離度は小さい

  リン酸は弱酸であるリン酸水溶液に水酸化ナトリウム水溶液加えたときに起こる変化のうち正し

いもの下からふたつ選べ

     PO43-の濃度が大きくなる

     pHの値が小さくなる

     発熱反応が起こる

     吸熱反応が起こる

     O2が発生する

     H2が発生する

予習問題酢酸濃硫酸に溶かすと下のような解離平衡が生じる左辺ブレンステ酸はどれかまたその共役塩基はどれか

CH3COOH + H2SO4  CH3COOH2 + HSO4


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