PDF 第4章 分子の構造（その1） - 福井大学

化学 I

第４章

分子の構造（その１）

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補講の予定

６月１８日（金）４限（

118M

講義室）

７月 ２日（金）３限（

115M

講義室）

７月１６日（金）３限（

118M

講義室）

７月２３日（金）３限（

118M

講義室）

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I

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授業計画

1回 物質観の進歩と自然科学の 発展

2回 原子の電子構造

－電子，陽子，原子量－

3回 水素原子の電子スペクトル 4回 Bohrの水素原子模型

5回 物質の波動性 6回 量子数

7回 原子の電子配置と周期律表 8回 化学結合 ―イオン結合―

9回 化学結合 ―共有結合― 10回 化学結合 ―分子軌道法― 11回 分子の構造

―共有結合の方向性― 12回 配位結合

13回 金属結合，多重結合 14回 水素結合

15回 期末試験

授業計画

1回 物質観の進歩と自然科学の 発展

2回 原子の電子構造

－電子，陽子，原子量－

3回 水素原子の電子スペクトル 4回 Bohrの水素原子模型

5回 物質の波動性 6回 量子数

7回 原子の電子配置と周期律表 8回 化学結合 ―イオン結合―

9回 化学結合 ―共有結合― 10回 化学結合 ―分子軌道法― 11回 分子の構造

―共有結合の方向性― 12回 配位結合

13回 金属結合，多重結合 14回 水素結合

15回 期末試験

共有結合のより正確なモデル

ルイスの原子価論：

２個の原子が電子対で共有することにより 共有結合を形成

より正確なモデル：

Heitler & London (1927)

２個の原子の原子軌道が互いに重なり合い、

それぞれの原子軌道に存在する不対電子 が電子対となり、それを２個の原子が共有 することによって結合が形成

原子価結合法（ Heitler-London の計算）

H_A(1)^ _H_B(2) (1)

H_A(2)^ _H_B(1) (2)

H_A(1,2)



^{- H}_B⁺

(3)

H_A⁺ H_B(1)



^-

(4)

+

H H H

₂

原子価結合法（ Valence-Bond method, VB 法）

-

-

H H : H H : H

:

H

^

   

^

化学結合を各原子の原子価軌道に属する電子の 相互作用によって説明する手法

一つの分子を表すのにいくつかの極限構造式の 共鳴を考慮する必要がある．

このようにいくつかの極限構造式を考える必要が ある分子を、共鳴混成体であるという．

(1) (2)

+ (2) (1)

=

(1,2) c

₁

φ

_Ha

φ

_Hb

c

₂

φ

_Ha

φ

_Hb

Φ

分子軌道法（ Molecular Orbital method, MO 法）

(1) (2)

(2) (1)

(1,2) =c

₁

Φ

_a

Φ

_b

+c

₂

Φ

_a

Φ

_b

Φ

原子軌道に対応して，分子全体に広がる一電子 空間軌道関数である分子軌道によって，分子を構 成する個々の電子の状態が記述されると考える．

この分子軌道を計算して，分子の電子状態を求め る方法が分子軌道法である．

LCAO 分子軌道法

B A

a

B A

b















 Φ

Φ

原子軌道の線形一次結合（Linear Combination of Atomic Orbitals）によって分子軌道（MO）を近似する 方法は，

「LCAO分子軌道法」、 「LCAO法」

あるいは「LCAO MO法」

と呼ばれる．

原子軌道と分子軌道

_A

-_B

_A-_B ⁽_A-_B)²

_A _B _A+_B ⁽_A+_B)²

結合性分子軌道_b 反結合性分子軌道_a

酸素分子の電子配置

1s 2s 2p_x, 2p_y, 2p_z

1s 2s

2p_x, 2p_y, 2p_z

O O

₂

O

結合次数

（結合性軌道の電子数－

非結合性軌道の電子数）

/2

=(10-6)/2

=4/2

=2

授業計画

1回 物質観の進歩と自然科学の 発展

2回 原子の電子構造

－電子，陽子，原子量－

3回 水素原子の電子スペクトル 4回 Bohrの水素原子模型

5回 物質の波動性 6回 量子数

7回 原子の電子配置と周期律表 8回 化学結合 ―イオン結合―

9回 化学結合 ―共有結合― 10回 化学結合 ―分子軌道法― 11回 分子の構造

―共有結合の方向性― 12回 配位結合

13回 金属結合，多重結合 14回 水素結合

15回 期末試験

授業計画

1回 物質観の進歩と自然科学の 発展

2回 原子の電子構造

－電子，陽子，原子量－

3回 水素原子の電子スペクトル 4回 Bohrの水素原子模型

5回 物質の波動性 6回 量子数

7回 原子の電子配置と周期律表 8回 化学結合 ―イオン結合―

9回 化学結合 ―共有結合― 10回 化学結合 ―分子軌道法― 11回 分子の構造

―共有結合の方向性― 12回 配位結合

13回 金属結合，多重結合 14回 水素結合

15回 期末試験

共有結合の方向性

分子 結合角 結合距離 / Å H₂O

H₂S H₂Se

H₂Te

104.5º 93º 91º 89.5º

0.957 1.328 1.460 1.7

混成軌道 Hybrid orbitals

混成軌道：エネルギーに極端な差がない

n

個の軌道が混成して 再編成し、形成されたエネルギーの等しい

n

個の新たな軌道

s 軌道と p 軌道からできる３種類の混成軌道

混成軌道の配置

分子中の原子において、その最外殻（原子価殻）に存在 する共有電子対や非共有電子対は、互いに反発してで きるだけ離れて存在しようとする。

＝「原子価殻電子対反発理論」

静電反発

非共有電子対の間

＞ 非共有電子対と共有電子対の間

＞ 共有電子対の間

（二つの原子に跨る共有電子対は、電子の空間的広が りが広いので、電子密度が低く、静電反発力が小さい）

4.1.1 sp 混成軌道（アセチレンの分子軌道）

http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/602/616516/Chapter_07.html

4.1.2 sp

²

混成軌道（エチレンの分子軌道）

http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/602/616516/Chapter_07.html

4.1.3 sp

³

混成軌道（メタンの分子軌道）

http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/602/616516/Chapter_07.html

sp混成軌道

sp²混成軌道

sp³混成軌道

まとめ：混成軌道

軌道 分子構造 例

sp混成軌道 直線構造 HC≡CH, BeCl₂

sp²混成軌道 平面三角形構造 H₂C=CH₂, BBr₃,

sp³混成軌道 (正)四面体構造 CH₄, NH₃, H₂O