目

IV

目
第 I 部

次

次
無機化学の基礎理論

第1章

原子の誕生

1―1

素 粒 子 ………………………………………… 2

1―5

赤色超巨星と青色超巨星 ……………………… 4

1―2

ビッグバン ……………………………………… 3

1―6

超新星爆発と中性子星・ブラックホール …… 6

1―3

星 の 一 生 ……………………………………… 3

1―7

金・銀・ウランなどの重元素 ………………… 6

1―4

赤 色 巨 星 ……………………………………… 42―1

原子を表す ……………………………………… 82―2放射性元素 ……………………………………… 8

2―3

ウランの誘発核分裂反応 ……………………… 82―8

原子核の核結合エネルギー ……………………12

2―4

原 子 炉 …………………………………………10

2―9

原子核の構造 ……………………………………13

2―5

原 子 爆 弾 ………………………………………102―9―1

液滴モデル …………………………………13

2―6

原子核の融合 ……………………………………112―9―2殻構造モデル ………………………………142―7

核融合反応 ………………………………………11

2―9―3

安定な島 ……………………………………15

第2章

第3章
3―1

バルマー系列 ……………………………………16

3―2

ボーアの太陽モデル ……………………………17

3―3

量 子 論 …………………………………………18

3―3―1

粒子の波動性 ………………………………18

3―3―2

不確定性原理 ………………………………18

3―3―3

シュレーディンガーの波動方程式 ………18

原子核と原子2―7―1

恒星による核融合反応 ……………………112―7―2

水素爆弾による核融合反応 ………………12

原子の構造
3―3―4

二次元の箱の中に閉じ込められた電子の

3―3―5

箱の中の気体分子はどうして量子化

3―3―6

原子の中でどうして電子は原子核に

量子化 ………………………………18
されないで，連続的に動けるのか ? …20
落ち込まないのか ? ………………20
3―4

第4章

水素原子の波動関数 ……………………………20

電 子 軌 道4―1

電子軌道と電子殻 ………………………………23

4―3―1

典型元素と遷移元素の電子の詰まり方 …274―2

周期表と原子 ……………………………………25

4―3―2

多電子原子の電子の入り方 ………………28

4―2―1

典型元素と遷移元素 ………………………26

4―3―3

貫入効果・遮へい効果・有効核電荷 ……28

4―2―2

金属元素と半金属元素 ……………………26

4―3―4

遮へい効果と有効核電荷 …………………30

4―3

周期表への電子の入り方 ― 構築原理・

4―4

第 2 周期と第 3 周期の対角関係 ………………31

フントの規則・パウリの排他原理 ― …27

第5章

原子の性質

5―1

原 子 半 径 ………………………………………32

5―5

マリケンの電気陰性度と柔らかさと硬さ ……34

5―2

スカンジノイド収縮とランタノイド収縮 ……32

5―6

ポーリングの電気陰性度 ………………………35

5―3

イオン化エネルギーと電子親和力 ……………33

5―7

ボーン―ハーバーサイクルと格子エネルギー

5―4

光電子分光法 ……………………………………34

6―1

ルイス構造と原子価結合法 ……………………37

6―2

形式電荷と酸化数 ………………………………38

第6章………………………………………………35

原子価結合法 ― 分子結合論（ 1 ）―6―3

ルイス―ラングミュアの原子電荷 ― L―L 電荷 ―……………………………………………39

目

6―4

ルイス構造のオクテット則では描けない化合物

次

V

6―8

原子価結合法における混成軌道 ………………43……………………………………………39

6―8―1

ベンゼンの混成軌道 ………………………44

6―5

共鳴構造と共鳴混成体 …………………………416―8―2

一酸化炭素 CO の混成軌道 ………………44

6―6

ポーリングの電気的中性の原理 ………………41

6―8―3

二酸化炭素 CO2 の混成軌道 ………………44

6―7

ルイス構造を式にする

6―8―4

トリフッ化ホウ素 BF3 の混成軌道 ………45

6―8―5

炭酸イオン CO32− の混成軌道 ……………45― 水素分子の結合理論 ― ………………42

第7章
7―1

VSEPR モデルによる分子の構造 ― 分子結合論（ 2 ）―VSEPR モデルの使い方 …………………………47

7―1―9

五方両錐型の安定な異性体 ………………49

7―1―1

分子の電子対間のクーロン反発 …………47

7―2

3 つのカルボニル化合物の ∠ X−C−X 角 ……50

7―1―2電子対間の反発力の比較 …………………47

7―3

H2O と NH3 の結合角の VSEPR モデルを

7―1―3

パウリの力 ― パウリの排他原理 ― ……477―1―4

四角錐 spy ⇄ 三方両錐 tbp ………………47

7―4

VSEPR モデルによる 15 族と 16 族の7―1―5

三方両錐型の Lp―Bp の反発 ………………48

7―1―6

三方両錐型の Lp―Lp の反発 ………………48

7―5

周期表第 3 周期以下での dp –pp 結合 …………52

7―1―7

立体的に不活性な非共有電子対 …………48

7―6

VSEPR モデルの証拠 ……………………………53

7―1―8

Lp と二重結合性の M＝O の取扱い ……49

7―7

VSEPR モデルによる分子の形 …………………53

第8章

用いた 2 つの考え方 ……………………51
水素化物による結合角の予測 …………51

分子軌道法 ― 分子結合論（ 3 ）―8―1

波 と 粒 子 ………………………………………55

8―2

分子軌道法の基礎 ………………………………56

8―9

第 2 周期の等核二原子分子のエネルギー準位

8―3

水素分子 H2 の分子軌道法 ……………………57

8―10

第 2 周期の等核二原子分子の性質……………62……………………………………………60

8―4結合性軌道と反結合性軌道 ……………………57

8―11

異核二原子分子…………………………………62

8―5

単原子分子としての He 原子 …………………58

8―12

HF はなぜ極性をもつのか ? …………………63

8―6

軌道の重なり ― 重なり積分 S ― ………………58

8―13

分子軌道からみた CO 結合 ……………………64

8―7

結 合 の 形 ………………………………………59

8―14

オクテット則に従わない BeH2 ………………64

8―8

第 2 周期の等核二原子分子の分子軌道 ………60

8―15

ジボランの 3 中心 2 電子結合…………………65

8―16

H3＋ は直線型分子か，三角形型分子か ………66

第9章

金属錯体の結合論 ― 分子結合論（ 4 ）―9―1

EAN 則と 18 電子則 ……………………………67

9―7―1

d z2 軌道の形 …………………………………73

9―2

18 電子則と混成軌道 ……………………………67

9―7―2

6 配位八面体の結晶場分裂 ………………74

9―2―1 ［CoIII（NH3）6］3＋ の電子配置 ………………68

9―7―3

高スピンと低スピンの錯体 ………………74

9―2―2 ［Ni（CN）
4］ の電子配置 …………………68

9―7―4

CFSE…………………………………………75

II2＋
9―2―3 ［Zn（NH3）
4］ の電子配置 ………………68

9―7―5

高スピンと低スピンの錯体物性 …………76

内部軌道錯体と外部軌道錯体 …………………68

9―7―6

金属錯体の配位構造による

9―7―7

ヤーン―テラー効果…………………………78

9―7―8

ヤーン―テラー効果とキレート効果………78

9―7―9

スピン対形成エネルギー …………………79

9―7―10スピンクロスオーバー……………………80

II

9―3

9―3―1

2−

Fe ：
［Ar］3 d の内部軌道錯体と3＋

外部軌道錯体 ………………………68
9―3―2

結晶場分裂の変化 …………………76

5

Co2＋ 錯体の内部軌道錯体と外部軌道錯体 ………………………69II2＋
9―3―3 ［Cu（NH3）
4］ の内部軌道錯体と外部軌道錯体 ………………………69

9―8

配位子場理論と角重なり理論 …………………81

9―4

18 電子則とカルボニル錯体 ……………………70

9―8―1

分光化学系列 ………………………………81

9―5

18 電子則の限界 …………………………………71

9―8―2

配位子場理論 ………………………………83

9―6 ［Re Cl8］ の金属間四重結合 …………………72

9―8―3

角重なりモデル ……………………………85

III
2

9―7

2−

結晶場理論 ………………………………………73

目

VI

第 II 部次

非金属元素の各論

第 10 章水

素

10―1

水素の形態………………………………………90

10―6―2水素結合のポテンシャル表示……………98

10―2

水素の同位体……………………………………91

10―6―3

極めて強い水素結合………………………99

10―2―1

軽 水 素……………………………………92

10―6―4カルボン酸の水素結合二量体……………99

10―2―2H2 の反応 …………………………………92

10―6―5

低移動障壁型水素結合………………… 100

10―2―3重 水 素……………………………………92

10―2―4

三重水素……………………………………92

10―3

10―7

重水の製造 ― ガードラー ―スぺバック法

氷 と 水……………………………………… 100

10―7―1

水 と は ? ……………………………… 100

10―7―2

バナール―ファウラーの規則（二重温度交換法）による重水の濃縮 ― …93― 完全な氷をつくるための規則 ― … 101

10―4

水素分子の核スピン異性体……………………94

10―5

水 素 化 物 ………………………………………95

10―8

イオンの水和………………………………… 102

10―5―1

塩類似水素化物……………………………95

10―9

水 の 構 造 …………………………………… 102

10―5―2共有結合性水素化物………………………96

10―10

クラスレートハイドレート（CH） ……… 103

10―5―3遷移金属水素化物…………………………96

10―10―1

メタンハイドレート（MH） ………… 104

水 素 結 合 ………………………………………97

10―10―2

水素ハイドレート（HH） …………… 104

10―6

10―6―1

10―7―3大気圧で生成する 2 つの氷…………… 101

水素結合とは………………………………97

第 11 章

ホ

ウ

素

11―1

ホウ素の化学的性質………………………… 106

11―8―9カルボラン……………………………… 115

11―2

ホウ素とケイ素の化学的類似性

11―8―10カルボリン …………………………… 115― 周期表対角関係 ― ………………… 106

11―8―11カルボラン酸 ………………………… 116

11―3

ホウ素の単離………………………………… 107

11―8―12

ボランからカルボランへの反応 …… 117

11―4

ホウ素の同位体……………………………… 107

11―8―13

ジカルボリドイオン ………………… 117

11―5

ホウ素の同素体……………………………… 108

11―6

ヒドロホウ酸イオン………………………… 109

11―9―1

B, C, N の性質 ………………………… 118

11―7

優れた性質をもつホウ化物………………… 109

11―9―2窒化ホウ素……………………………… 118

11―8

11―9

B−N 化合物 ………………………………… 118

ボ ラ ン……………………………………… 110

11―9―3

ボラザン………………………………… 120

11―8―1ジボランの構造………………………… 110

11―9―4

ボラゾン………………………………… 120

11―8―2ジボランの合成………………………… 111

11―9―5

ボラジン………………………………… 121

11―8―3ジボランの反応（ I ）…………………… 111

11―8―4ジボランの反応（ II ） ………………… 111

11―8―5ジボランを用いたヒドロホウ素化…… 112

11―8―6

リプスコムの半位相幾何学的表現…… 112

11―8―7

ポリボラン類とウェイド則…………… 112

11―11―1

BX3 付加体 …………………………… 125

11―8―8

クロソ・ニド・アラクノ・ヒホの構造

11―11―2

BX3 付加体の反応性 ………………… 126

11―10

ホウ素の酸素化合物 ……………………… 123

11―10―1

ホ ウ 酸………………………………… 124

11―10―2

ペルオキソホウ酸ナトリウム ……… 125

11―11

ハロゲン化ホウ素 ………………………… 125…………………………………… 114

第 12 章炭

素12―1

一般的な炭素の性質………………………… 127

12―3―2黒鉛の反応……………………………… 12912―2

炭素の同位体………………………………… 127

12―3―3

黒鉛層間化合物………………………… 130

12―2―1

同位体 C ……………………………… 127

12―3―4

無定形炭素……………………………… 131

12―2―2

同位体 13C ……………………………… 128

12―3―5フラーレン C60 ………………………… 132

12―2―3

同位体 C ……………………………… 128

12―3―6

カーボンナノチューブ………………… 134

炭素の同素体………………………………… 128

12―3―7グラフェン……………………………… 137

12―3

12―3―112

14

ダイヤモンドと黒鉛…………………… 128

12―4炭素の酸化物………………………………… 138

目

次

VII

12―4―1

一酸化炭素と二酸化炭素……………… 138

12―4―2

CO の水性ガスシフト反応 …………… 139

12―7―1

イオン性炭化物 Al4C3，CaC2 ………… 144

CO2 による温暖化…………………………… 140

12―7―2侵入型炭化物 WC，
Fe3C ……………… 144

12―7―3共有性炭化物 SiC，B4C ………………… 144

12―5

12―5―1

近現代の CO2 による温暖化 ………… 140

12―5―2古生代から新生代の温暖化

12―8

炭 化 物……………………………………… 144

CN 結合を有する化合物 …………………… 144― CO2 と O2 の濃度変化 ― …… 141

12―8―1

ジシアン………………………………… 144

CO2 水溶液の pH と生物 ……………… 142

12―8―2

石灰窒素カルシウムシアナミド……… 144

ハロゲン化炭素化合物……………………… 143

12―8―3

シアナミド……………………………… 145

ハロゲン化炭素化合物とオゾン層の破壊

12―5―3
12―6

12―7

12―6―1
12―6―2

12―8―4

シアン化水素…………………………… 145…………………………………… 143

12―8―5

シアン酸とイソシアン酸……………… 146

オゾン層減少のメカニズム…………… 143

12―8―6

雷 酸 …………………………………… 146

第 13 章13―1

チリ硝石とハーバー ―ボッシュ法 ………… 147

13―2

ハーバー ―ボッシュ法によるアンモニア合成

窒

素

13―7

窒素酸化物…………………………………… 151

13―7―1

一酸化二窒素…………………………… 151………………………………………… 147

13―7―2

一酸化窒素……………………………… 151

13―3

オストワルトの硝酸合成…………………… 147

13―7―3

三酸化二窒素…………………………… 152

13―4

N2 の精製 ― 工業的空気の液化分留法 ― … 148

13―7―4

二酸化窒素と四酸化二窒素…………… 153

13―5

N2 の化学的性質 …………………………… 148

13―7―5

トリニトラミド………………………… 153

13―5―1

N の多重結合性 ……………………… 148

13―5―2

爆発性のアジ化物……………………… 148

13―8―1

ニトロソアミン………………………… 153

N の水素化物 ……………………………… 150

13―8―2亜 硝 酸 ………………………………… 154

13―8―3

硝 酸 …………………………………… 154

13―6

13―6―1

アンモニア……………………………… 150

13―6―2塩化アンモニウムと硝酸アンモニウム

13―8

窒素のオキソ酸……………………………… 153

13―9

窒 素 固 定 …………………………………… 154…………………………………… 150

13―10

窒素分子金属錯体 ………………………… 155

13―6―3ヒドロキシアミン……………………… 150

13―11

ニトロゲナーゼの活性サイトアナログの13―6―4

ヒドラジン……………………………… 150

第 14 章窒素錯体……………………………… 156

リ

ン

14―1

リン酸肥料の製造…………………………… 157

14―5

リンのオキソ酸……………………………… 159

14―2

リンの同素体………………………………… 157

14―6

縮合リン酸…………………………………… 160

14―3リンの水素化物……………………………… 158

14―7

ハロゲン化リン……………………………… 161

14―4リンの酸化物………………………………… 158

14―8

P−N 化合物 ………………………………… 162

酸

素

15―1

O2 の 発 見 …………………………………… 165

15―8

O2 と O2 誘導体の結合状態と性質 ………… 170

15―2

O2 の 性 質 …………………………………… 165

15―3

光 合 成……………………………………… 165

第 15 章

15―3―1

明 反 応 ………………………………… 166

15―3―2

15―8―115―9

O2 の酸化還元体 ……………………… 170

過酸化水素…………………………………… 171

15―9―1

フェントン反応………………………… 172

暗 反 応 ― カルビン回路 ― ………… 167

15―9―2

H2O2 の合成 …………………………… 172

15―4

O の同位体 ………………………………… 168

15―9―3

H2O2 の酸化還元反応 ………………… 173

15―5

O の同素体 ………………………………… 168

15―10

フッ化酸素 ― OF2 と O2F2 ― …………… 173

O3 による酸化 ………………………… 168

15―11

励起状態の O2 の化学 …………………… 173

15―5―115―6

過酸化物と超酸化物………………………… 168

15―11―1

O2 の化学的励起状態 ………………… 173

15―7

オキソ O とヒドロキソ OH 化合物 ……… 169

15―11―2

O2 の光化学的励起状態 ……………… 174

15―7―1

ポ リ 酸 ………………………………… 169

15―11―3

光化学の基礎 ………………………… 174

15―7―2

層状金属酸化物………………………… 170

15―12

酸 素 錯 体 ………………………………… 174

目

VIII

次

天然酵素の酸素錯体 ………………… 174

15―12―1

第 16 章人工の酸素錯体 ……………………… 175

15―12―2

硫

黄

16―1

硫黄の同素体………………………………… 177

16―3

硫黄の酸化物………………………………… 179

16―2

ポリスルファン（H2Sn）とポリスルフィド

16―4オキソ酸アニオン…………………………… 180

16―5

硫黄のハロゲン化物………………………… 182

16―6

硫化窒素とポリチアジル…………………… 183

イオン（Sn2−）および Sn＋ と Sn− ラジカル…………………………………………… 178

第 17 章17―1

ハロゲンの合成と性質……………………… 185

ハ ロ ゲ ン17―5ハロゲン間化合物…………………………… 189

17―1―1

フ ッ 素 ………………………………… 185

17―5―1

ポリハロゲニウムイオン……………… 190

17―1―2フッ素の融解塩電解酸化合成法……… 186

17―5―2ポリヨウ化物イオン…………………… 191

17―1―3

塩 素 …………………………………… 186

17―5―3ポリハロゲン化物イオン……………… 192

17―1―4塩素の合成法…………………………… 186

17―6

ハロゲン酸化物……………………………… 192

17―1―5

臭 素 …………………………………… 187

17―7

ハロゲンのオキソ酸………………………… 193

17―1―6

ヨ ウ 素 ………………………………… 187

17―7―1

ポーリングの規則……………………… 193

17―2

ハロゲンの性質……………………………… 188

17―7―2

次亜ハロゲン酸，亜ハロゲン酸……… 193

17―3

C−F 結合の共有結合性とイオン結合性 … 188

17―7―3ハロゲン酸，過ハロゲン酸…………… 194

17―4

分子性 F 化物の性質 ……………………… 188

17―7―4

過塩素酸塩……………………………… 194

テフロン ＝ ポリテトラフルオロエチレン

17―7―5

過臭素酸………………………………… 194…………………………………… 189

17―7―6

過ヨウ素酸……………………………… 195

17―4―1
17―4―2

テフロンが丈夫な理由………………… 189

第 18 章

貴

ガ

ス

18―1

貴ガス化合物の発見………………………… 196

18―3―3

ラックス―フラッドの酸塩基の定義 … 199

18―2

貴ガスの製造と性質………………………… 196

18―3―4

キセノンのフッ素化合物の18―2―13 中心 4 電子結合 ……………… 201

原子量の逆転…………………………… 197

キセノンのフッ素化物……………………… 198

18―4

Xe−O 化合物 ……………………………… 201

18―3―1

フッ化キセノンの反応………………… 198

18―5

貴ガスクラスレート………………………… 202

18―3―2

フッ化キセノンの加水分解反応……… 199

18―6

貴ガスクラスレートハイドレート………… 202

18―3

引用文献……204

索

引……207

化学式索引……212【Column】
ブラックホールの直接観察
中性子星の構造

CO2 超臨界状態

赤色超巨星ベテルギウスの最後 ?
劣化ウラン弾
原子核の形

オゾンホールトリチウムは安全か ?

金星にも生物がいる ? ― PH3 の観測 ―
安全マッチ
潜水病

97

邪魔者だったメタンハイドレート

正二十面体をもつ B12 クラスターの描き方
109

195
197

ヘリウムボイスチェンジャー

104

ゾーンメルティング法 ― 帯域溶融法 ―生物とホウ素146

分子中で N が多い化合物はなぜ危険なのか ?

22

93

95

反物質と反水素140

143

青梅とシアン化合物

14

121

139

パムッカレの巫女

7

13

本当に電子軌道は観測できるのか ?
金属水素

最も硬い物質はダイヤモンド ?

5

6

107
108

空き家を換気する理由 ?
イオンエンジン

202

200

199

164

149