分子構造は、どのように考えるの？

なぜ二酸化炭素は、直線分子なのに水は、非直線分子なのですか？電子対が関係しているのでしょうか？　二重結合と単結合では何が変わるのですか？　化学はぜんぜんわかりません。　誰か助けてください。

No.1 ベストアンサー 回答者： doc_sunday 回答日時： 2007/12/30 04:02

>二重結合と単結合では何が変わるのですか？　

これが先ですね。ちょっとムツカシイかも知れませんが、読んで下さい。一番簡単な第２周期で説明します。
第2周期の元素は２ｓ1つと2ｐ3つの原子軌道を持っています。
ｓ軌道は皆原子核を中心として球対称です。ｐ軌道はみな電子の居ない「面」を持っています。ｐxはｘ軸方向に伸びた軌道で、ｙｚ面が対称面で同時にこの面内に「電子密度がありません」=「ｙｚ面内に電子が居ない」。ｐｙ・ｐｚも同じでこの３つのp軌道は互いに垂直になっています。これが基本。
しかしこれで有機化合物の構造を説明するのは困難です。そこでライナス・ポーリング先生(ノーベル化学賞受賞者）達が、この２ｓ、２ｐx、２ｐy、２ｐzを組み合わせて「混成軌道」を作ることを考えました。混成軌道の数は元の軌道の数と同じ４つです。そしてこれら4つは、量子化学的に、元の四つの軌道と同じく数学的に「直交」しています。(これが大事だが初心者は丸呑みにして下さい）
メタン分子のような四つの等価な結合が出来るとき、それぞれの結合間の角度は109.5度になっています。このときｓ軌道一つとｐ軌道三つが混成して109.5度の角を持つ四つの等価な軌道に再編成されていますこれをｓｐ3混成と呼びます。
さて、他にも混成軌道は作れます。ｓ軌道一つとｐ軌道二つから互いに120度の角をなす平面内の三つの等価な軌道を作ることが出来ますｓｐ２と呼ばれます。この場合残りの１つのｐ軌道は使われません。
この状態が「二重結合」を生む混成です。エチレンなどの二重結合を持つ分子は二つのｓｐ2軌道同士が結合しているのに加え使われなかったｐ軌道同士も結合しているため、二重結合が生じます。
次はｓ軌道一つとｐ軌道一つが混成したｓｐ軌道ですｓｐ軌道は二つの軌道が180度、つまり向かい合って反対側に伸びています。このときはｐ軌道二つが残っています。
二酸化炭素の中央の炭素はｓｐ混成をしており酸素２つはｓｐ２混成をしています。つまり二つの二重結合が炭素の左右に出来ており、ｓｐ混成のためにＯ-Ｃ-Ｏは一直線状に並びます。
再度、
>二重結合と単結合では何が変わるのですか？
既に述べましたが混成軌道で結合している以外にｐ軌道でも結合しているのが多重結合です。二重結合の場合、ｐ軌道一対が関与しています。ｐ軌道が揃って同じ方角を指すために、エチレンのように分子は平面に固定されます。つまりｓｐ2混成の120度が二つ並んでおり、その平面の上下にｐ軌道があって隣り合うｐ軌道でもう一つの結合が出来ています。これが二重結合です。
少し長くなりましたが、ご質問は喜んで受け付けますので、少し考えてみて下さい。
m(_ _)m

この回答へのお礼

私には、少し難しかったようです。でも、見ず知らずの私のために、こんなにも長い長文で答えていただき大変感謝しています。ありがとうございます。もう少し自分でも勉強してみます。

お礼日時：2007/12/30 05:01