高校化学に詳しい方！

電子対と分子の形について質問です。

CH4におけるCHの結合角が最も大きく(受験化学の範囲で)順にNH3,H2Oでは各々の結合角が段々と小さくなっています。

教科書には「共有電子対と非共有電子対の反発は共有電子対同士の反発よりも強いためNHよりCHの方がやや小さくなる」と書いてあるのですが、私はこれを読んだ時に「なるほど、では例えばNH3であれば非共有電子対によってNH3の構造全体が押しつぶされてる感じなのか」と思ったのですが、そうであるならば結合角はむしろCH4より大きくなるような気がします。(元を正四面体として、それを押しつぶしたイメージ)

私の考えのどこが間違っているのかどなたか説明して頂けないでしょうか(加えて何か身近なもので例えて頂けると大変助かるのですが...)

No.2 ベストアンサー 回答者： unos1201 回答日時： 2019/01/04 21:22

http://www.con-pro.net/readings/water/doc0002.html
>水分子H2Oは図１(A)のように酸素原子Oと２個の水素原子Hが共有結合で結ばれており、O―H 結合の距離は0.957Å、角度H―O―Hは104.5°です。これをさらに詳しくみると、図１(B)に示したような構造をしています。酸素原子を正四面体の中心に置いたとき、O―H 結合はこの酸素原子から正四面体のほぼ頂点方向に伸びています。
>中心と頂点の距離、すなわち、OとHの距離は0.957Åになります。また、２つのO―H 結合の作る角度は104.5°で幾何学的な正四面体の中心角109.5°と非常に近い値になっています。正四面体の残りの２つの頂点には酸素原子の2個の非共有電子対（孤立電子対：電子が2個ペアになって他の原子との結合性を失ったもの）が配向しています。

一応、長文ですがそのまま引用しました。水分子ですと、OHの共有電子対は2組、それと電子２つの孤立電子対の計４つのイメージです。Oを中心とすると、四面体というか3角錐の頂点へ向かい２つは共有電子対、他方の２つへ向かう向きへ孤立電子対となります。中心から２つの孤立電子対、つまり非共有電子対があるので、それとOHへの反発の方が強いのでその角度が大きくなるように配置するようになるものです。例えで書くと、磁石で4組あり、そのうちの2組は強めの磁力、残りはやや弱めの磁力で中心にN極を糸などでつなぐと、S極は反発し3角錐の4つの頂点を向くイメージです。孤立電子対が強い、そちら側が一番角度が開くように配列するので、残りのOHの共有電子対は一番小さい角度になる、その次が孤立電子対と共有電子対の角度ということです。

アンモニアはNHの共有電子対３つと孤立電子対１つの関係ですので、同様に孤立電子対と共有電子対の角度の方が大きいように配列する、結果として、３つの共有電子対と孤立電子対の角度が大きめになり、結果として共有電子対同士の角度は若干小さくなるということです。

メタンは非極性の典型例、共有電子対が4つですので、完全に正4面体の形になるように配列する、だから、その重心に炭素原子を置くと、重心と各頂点の角度はすべて同じ、計算してもすべて同じ角度になる109.47度程度になるのです。

https://www.uja.jp/2007/04/central-angle-of-tetr …
＞切りの悪い109.4712206344907...＝およそ 109.5度を分度器で測るのは面倒だが，cos=-1/3 を作図するのはたやすい．コンパスと定規で作図可能な角度である．
＞つまりこういう大きさ．

https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/questio …
＞結合電子対は原子間の狭い範囲に束縛されるが、
＞ローンペア(非結合電子対)は広く自由に動ける。

＞その点から電子対同士の反発の大きさを考えると、
＞ローンペア同士の反発 ＞ 結合電子対とローンペアの反発 ＞ 結合電子対同士の反発

ここまで書いて理解してもらえないとなると、私の説明が悪いか、あなたの日本語の解釈が逆だから角度の大小を反対に捉えているのが原因と説明することになるものです。もう一度、あなたの書いた説明を読み直すと、解釈が違うことがわかるかも知れません。

＞共有電子対と非共有電子対の反発は共有電子対同士の反発よりも強い
だから、非共有電子対のないメタンが一番広い角度、正四面体になれるのです。
そして、非共有電子対の一つあるアンモニアは非共有電子対を一番遠ざけるように非共有電子対を天頂にした背の高めの3角錐になろうとする、重心も上がりますので共有電子対同士の角度は若干小さくなる、そういう解釈でしょうか。

最後に水分子は非共有電子対は２つもある、孤立電子対同士の反発が一番大きいので、より共有電子対同士の角度が小さくなる、最初の引用の図を見るとわかりやすいかも知れません。

この回答へのお礼

非共有電子対を1番遠ざけるために重心が上がる必要があるのですね。磁石の例えもすごく分かりやすかったです。ありがとうございましたm(_ _)m

お礼日時：2019/01/04 23:38

No.1 回答者： doc_somday 回答日時： 2019/01/04 20:39

あなたの議論は整合性がありません。

分子が潰れるのはその通りですが、「結合角はむしろCH4より大きくなる」というのはモデルを組めば間違っていることがすぐ分ります。
あなたはH-C-Hの結合角と誤解していませんか？ここで言っているのは「非結合電子対と結合との角度」です。