基礎化学４

化学結合と分⼦の形
なぜ原⼦と原⼦はつながるのか
なぜ分⼦はきまった形をしているのか
化学結合の本質を理解しよう基礎化学４分子の形と電子状態には強い相関がある！
原子分子

基礎化学
（化学結合論・構造化学・量子化学）

電子配置
分子の形
強い相関関係（電子状態）（立体構造）
分子の性質（反応性・物性）（反応性 物性）

先端化学（分子設計・機能化学）

機能基礎化学４分子の形と電子配置の基礎的理解
基礎（簡単）・定性的

１）オクテット則（８電子則）
オク則
電 則

原子ルイス(Lewis)構造

２）原子価殻電子対反発則(VSEPR則）

分子

Valence Shell Electron Pair Repulsion Rule)

電子配置
分子の形
強い相関関係（電子状態）（立体構造）

３）原子価結合法(VB法）
混成軌道(Hybridized Atomic Orbital)

４）分子軌道法（MO法）
Molecular Orbital法
⾼度（複雑）・定量的

様々な考え方（手法）を対象・目的
様々な考え方（手法）を対象
目的によって使い分ける！

基礎化学４

学習⽬標と講義の流れ
時と場合に応じて様々な考え方を使い分けたり複合する§3§4軌道の重なり
結合性軌道
反結合性軌道
結合次数σ、π結合

価電子交換相互作用
混成軌道
sp3,sp2,sp§1§22オクテット則
電子対
Lewis構造構造
超原子価VSEPR則
電子対間反発立体構造

基礎化学２（既習）基礎化学４§１ 原⼦軌道（Atomic Orbital）（）

基礎化学４⽔素原⼦の軌道の概略

基礎化学４水素原子の軌道
rs軌道

p軌道

d軌道

f軌道

Q n= 7l=07sl =1

l=2

l=36s6pP n=6· · · ··軌道
エネルギー

E=-O n=5N n=45s5p5d5f4s4p4d4fz

M n=33p3s3dzzdxydxzdz2y

L n=2K n=1zz

px

1syx

2p2sdyzpyyxxzme4 Z2 18 0 2 h2 n28ezdx2-y2zpz
yyyyxxxx|L2 | = l(l + 1)h2

軌道角運動量xy

基礎化学４軌道全体の形は 動径部分と角部分の掛け算で決まる

基礎化学４多電⼦原⼦の基底状態の原⼦軌道

軌道
エネルギー
第７周期

16~

電⼦同⼠は互いに反発する（遮蔽・貫⼊）
5f
7s
6p5d

第６周期

32

66s
5p

第５周期

185s
4p

第４周期

18
第３周期

4s
3s

3p8

第２周期

2s8
第１周期

21s

2p

4f4d3d1s2s 2p3s 3p 3d4s 4p 4d 4f5s 5p 5d 5f6s 6p 6d7s

周期表の成り⽴ち

基礎化学４5f

VII 16~ 7s6p11s1IHs1VI 32
V2s23s

III Na Mg

345p4d4p

3d5s

IV 184s3s3p

II 82s2pp

I1s25673dHHe

13 14 15 16 17s2p1 s2p2 s2p3 s2p4 s2p5 s2p6

B891018
1s24f6s18

III 8

II Li 2s Be5d11C N2p O F Ne

12 Al Si3p
P S Cl Ar44p

IV K4s CaSc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr5sV Rb Sc

Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb5pTe I Xe

VI Cs6sBa
VII Fr7sRas4d5d

Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi 6pPo At Rnpd

La Ce Pr Nd Pm Sm Eu4fGd Tb Dy Ho Er Tm Yb
Ac Th Pa U Np Pu Am5fCmBk Cf Es Fm Md Nof

基礎化学４

周期表の成り⽴ち

12アルカリ金属
アルカリ土類金属

I

13HII Li

IV K

金属元素

34567141516

非金属元素

BeIII Na Mg

ハロゲン891011B12希ガス

1718HeC N O F NeP S Cl ArAl Si

Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br KrV Rb Sc

Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe

VI Cs BaLu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn

VII FrRa

遷移元素
ｄ，ｆブロック

非金属元素
金属元素

La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb（希土類）
ランタノイドAc Th Pa U Np Pu Am CmBk Cf Es Fm Md No アクチノイド
典型元素

典型元素

ｓブロック

ｐブロック

基礎化学４化合物中の原⼦の最外殻軌道
nd軌道(n+ 1)p軌道(n+ 1)s軌道
np軌道
p軌道

充填軌道

ns軌道
軌

典型元素
n = 1,2の場合はs,p軌道1 2の場合はs p軌道のみを考えればよい！

nd軌道

充填軌道

遷移元素
遷移金属のs,p軌道
は原子芯（内殻）と考える

基礎化学４§２ ルイス構造（Lewis式）（式）

基礎化学４共有結合（２原⼦分⼦）基礎化学４多原⼦分⼦

基礎化学４ルイス式の考え方(1)
全ての最外殻電子は対（電子対）を作ろうとする
注）不対電子が存在する
場合もあるので注意する

結合電子対 （bonding pair electron)

AB

A

一重結合
single bondB

二重結合
double bond

A

B
三重結合
triple bond

孤立電子対 （lone Pair Electron)A
非共有電子対(unshared electron pair)
非結合電子対(nonbondingg electron pair)
非結合電子対(p )基礎化学４( )ルイス式の考え⽅(2)オクオクテット則（Octet則（OR lRule

八隅子則）
隅 則）

各原子がその最外殻電子が計８個になるように隣合う他の原子と結合電子対を共有する

n ≥ 2

最外殻電子 8最外殻電子=（安定電子構造）n = 1

最外殻電子= 2 （安定電子構造）

H C H
O((ns))2(np)( )6(1s)2基礎化学４ルイス式を描く
1)分子の総価電子数(V)を計算する
イオンの場合は電荷に応じて増（陰イオン）減（陽イオン）する

例）CO2Cの価電子数= 4 (2s22p2)Oの価電子数= 6 (2s22p4)
総価電子数 = 4+2x6 = 16

Nbc = (8x3-16)/2 = 42)共有結合の数(N b)を計算する
2)共有結合の数(Ncb)を計算する
n原子分子なら Ncb = (8n-V)/2
水素をm個含むn原子分子ならNcb = (8n+2m-V)/23)各元素を結合でつなぐ
電気陰性度の低い元素が中心にくる
3員環は作らない

ルイス式4)共有結合に電子対を振り分けオクテット則を完成する
電子の総和がVで、各原子の最外殻が電子の総和がVで各原子の最外殻が８電子（４電子対）になるようにする
注）多原子イオンの電荷は、特定の原子ではなくイオン全体に振り分けてよい

基礎化学４

基礎化学４

基礎化学４

基礎化学４

基礎化学４

基礎化学４共鳴構造(Resonance Structure)基礎化学４

基礎化学４

基礎化学４

基礎化学４共鳴構造

基礎化学４

基礎化学４n≧3の中心元素がある分子やイオンの場合

基礎化学４n≧3の中心元素がある分子やイオンの場合

基礎化学４n≧3の中心元素がある分子やイオンの場合

基礎化学４n≧3の中心元素がある分子やイオンの場合

基礎化学４n≧3の中心元素がある分子やイオンの場合

基礎化学４

酸 数
酸化数についてOxidation Number

基礎化学４n≧3の中心元素がある
分子やイオンの場合

超原子価化合物
Hypervalent Compound基礎化学４§2 原⼦価殻電⼦対反発則（VSEPR則）

基礎化学４

原⼦価殻電⼦対反発(VSEPR)モデル

基礎化学４VSEPRモデルで分⼦構造を考える【例えば】基礎化学４

一般原理
般原理

原⼦価殻電⼦対反発則

原⼦価殻電⼦対反発則
VSEPR則に基づく分子の形（価電子対の数と幾何構造）（１）

基礎化学４Angew. Chem. Int.Ed. Engl. 1996, 35, 495-514

原⼦価殻電⼦対反発則
VSEPR則に基づく分子の形（価電子対の数と幾何構造）（２）

基礎化学４

原⼦価殻電⼦対反発則
VSEPR則に基づく分子の形（価電子対の数と幾何構造）（３）

基礎化学４

原⼦価殻電⼦対反発則

基礎化学４•• • •O••C • • O•••• •FF•• O ••H 104.3° HN•• • ••H106.5°• HBF3H2O••

B •CO2F• •187°

F ••SF ••101°101••
F••Cl••

FCl••••••F••F ••BrF

ClF3CH4• Cl•

Cl

PCl5F

FFF

I

BrF5F

•• FFClIF7

VE = 7(I)+7x1(F)= 14 = 7bp

F

••
•
•

••
Xe

••
F

•
•
XeF2F
F

Xe

F
F

PCl4+

中⼼原⼦の価電⼦が８を越えオクテット則を満たさない化合物
超原⼦価化合物(HypervalentCompound)PCl6-•• F•
F •••+P•• •• • • ClClVE = 5(P)+4x1(Cl)-1= 8 = 4bp••
Cl • • - ••ClPCl • • • • Cl••

F84°

HCl••

SF4C•• • ••H •HNH3••Cl • •PCl • •Cl••HClF87.5°

H• • ••F(• • )VE = 8(Xe)+4x1(F)= 12 = 4bp + 2lp

XeF5

VSEPR則によると分⼦の構造をうまく説明できる。理想構造からの歪みに対しても考察することができるが，結合の性質についてはわからない。

基礎化学４

原⼦価殻電⼦対反発則

VSEPRで分子の形を考える（例１）基礎化学４

原⼦価殻電⼦対反発則

VSEPRで分子の形を考える（例２）基礎化学４

原⼦価殻電⼦対反発則

VSEPRで分子の形を考える（例３）基礎化学４VSEPR則の例外

原⼦価殻電⼦対反発則

基礎化学４VSEPR則の例外

原⼦価殻電⼦対反発則