アンモニアの結合角がメタンより歪んでいる理由として、非共有電子対と結合の反発が結合同士より強いと言う

アンモニアの結合角がメタンより歪んでいる理由として、非共有電子対と結合の反発が結合同士より強いと言う解釈はなんとなく理解できるのですが、その次に出てくる「非共有電子対を含む軌道はs性が少し大きいはずで、それに応じてN-H結合軌道は少しp性が大きくなる必要がある」という解釈について、s性が大きくなったりp性が大きくなったり、と言うところまでは理解できるのですが、それが結合角に与える影響がよくわかりません。

p性が大きくなるとs性の大きい混成軌道よりも結合角が小さいのは、単純に電荷の分布が細ながーくなって反発も小さくなるからと言うことですかね？

No.3 ベストアンサー 回答者： EZWAY 回答日時： 2020/05/06 13:39

#1です。

まあ、概ねそういう理解で良いでしょう。
結合角が109.5度よりも小さいということは90度に近いということになるから、結合に使われている軌道はp性が大きくなり、p性がそちらに取られるから、孤立電子対に使われるp性が減少することになり、それを埋め合わせるためにs性が大きくなると「考える」ということです。

それと、そういった実験事実をどう理解するかというのは、明確な正解がないことのようにも思えます。個人的には、共有電子対では両側に原子があり、それらに引っ張られるので細い空間に入るのに対して、孤立電子対では片側にしか原子がないので、広がりがちでかさ高くなるという「イメージ」をもって理解していますけど、それが妥当かどうかはなんとも言えません。

この回答へのお礼

ありがとうございました。
自分は解釈やイメージを大事にしたいタイプなので、今回のこの問題もそれっぽいイメージが得られて良かったです。

お礼日時：2020/05/06 17:01

No.2 回答者： konjii 回答日時： 2020/05/06 08:21

これだけは覚えておいて下さいね。

量子力学で得られた解は水素原子だけです。
それを無謀にも分子まで拡張したのが分子軌道法です。分子軌道法からメタンもアンモニアも同じですが
実験値と合わない（双極子モーメント：メタン＝０、アンモニア＝１．４Ｄ）ので混成軌道を人為的に変えたわけです。分子軌道法も使えるのは、周期律表の第周目の元素が限界です。

No.1 回答者： EZWAY 回答日時： 2020/05/06 03:19

そもそも、「アンモニアの結合角がメタンより歪んでいる」というのが意味不明ですけど、メタンよりも結合角が小さいという意味でしょうか？もしもそうなら、そのように書くべきです。

p軌道は直交するので、p軌道を使って結合を作れば結合角は90度です。それにs性が25%入ったものがsp3で109.5度になります。sp2であれば結合角は120度です。要するに、s性が高いほど結合角が大きくなるということで、それは、p性が大きいほど結合角が90度に近づくことと表裏一体です。H-N-Hの結合角が109.5度よりも小さいという事実を軌道のs性とかp性で解釈するなら、「非共有電子対を含む軌道はs性が少し大きいはずで、それに応じてN-H結合軌道は少しp性が大きくなる必要がある」ということになります。

要するに「結合角が109.5度よりも小さい『から』、p性が大きい」という単純な理屈というか、解釈です。結合角を軌道のs性、p性で説明しようとしてるんです。

この回答へのお礼

御回答ありがとうございます。夜分遅くにすみません。

s性、p性の違いは結合角の違いの言い換えであって、理由を説明しているのではないということですかね。理解しました。

国語の問題ですが「非共有電子対を含む軌道はs性が少し大きいはずで」のところは、非共有電子対を含むからs性が大きいという因果関係を説明したいのではなく、あらかじめわかっていた結合角から、混成軌道の中でも「非共有電子対を含む」やつはs性が大きくなるはずだよねと、単に軌道を限定するためだけの修飾語だという解釈で良いですかね…

また、そもそもアンモニアの非共有電子対を含む軌道がs性が大きくなる理由として、水素原子に電子を引っ張られていない非共有電子対はより窒素原子に近い領域に存在するから、s軌道の影響も大きくなるからかなとなんとなく思っているのですがこの推測でも支障はないでしょうか？

お礼日時：2020/05/06 03:45