おしえて

化学で結合について習っているのですが二酸化炭素がCO2になる理由を説明しています。これってなんでCを

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質問者：せらせいら
質問日時：2020/05/09 18:44
回答数：2件

化学で結合について習っているのですが二酸化炭素がCO2になる理由を説明しています。これってなんでCを真ん中に置いてOを両端に置いているのですか？Oの方が価電子数が多いのでOを真ん中においてCを両端に置いてもいいじゃないかと思うのですが決まりがあるのでしょうか。教えてください。

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No.2

回答者： Bunbuk803
回答日時：2020/05/09 19:40

まず、ＣとＯについての理解を確認します。

その最初に、物質を成り立たせている原子同士の結合についてです。
原子同士の結合には『金属結合』『共有結合』『イオン結合』『ファンデルワールス結合』
このうち最後のは不活性ガスの場合にしか考えなくていいですから放っておきましょう。

ではＣの場合。
周期律表を見てもらいたいのですが、Ｃは金属ではありません。
また、イオン結合は周期律表の端の方（不活性ガスは除きます）ですから、これもＣには関係ありません。
つまり、Ｃは共有結合をする物質なのです。
ＣＯ２を形成する前の典型的なＣの姿はなんでしょう。
それは、例えば『炭』や『石炭』です。
これらは炭素だけが結合してできたものです。
Ｃ同士がそれぞれ４つある価電子を隣同士と共有して結晶構造を作っています。

この炭や石炭を燃やすとどうなるでしょう。
燃やすというのは高い温度にするということで、そうなるとＣの結晶の結合は壊れてしまいます。
ではどうなるか。
それは、その燃焼のときにＣは空気中にあったＯと結合してしまうのです。
その理由は、今までのＣと結合しているよりＯと結合した方が安定だからです。
ＣがＯに結合するとき、結合の結果の形にはふたつあります。
ＣＯとＣＯ２です。
ＣＯはＯの2個の価電子がＣと結合しますが、Ｃの残りの２個の価電子は何とも結合していません。
なので、これは不安定なんです。
その結果、炭や石炭を燃やすとＣＯ２が出来るんです。

余談ですが、もし炭や石炭を酸素をあまり供給しないで、いわゆる蒸し焼きという燃やし方をすると、酸素が足りないのでＣＯが発生します。
これが都市ガスです。
都市ガスは石炭を蒸し焼きにして作るようなものです。

さて、十分な酸素を供給して炭や石炭を燃やすとＣＯ２が作られます。

このときＣになぜＯが二つだけ結合するかです。
それはＯの価電子で結合に使われなかったのが４だからです。
本来は価電子は８個だと、不活性ガスのように安定で他のものと結合に使われませんが、その次に安定な状態が４個なのです。
おまけに、この状態だとＣの価電子はすべて酸素との結合に使われて安定です。
共有結合はとても強固な結合なので、ＣとふたつのＯはこの安定な状態を維持しようとします。

ではなぜＯがＣを挟んで一直線になるか。
それはふたつのＯの電子や陽子からの電気的な力から、お互いを一番遠ざける位置にしようとするからです。
電気的にお互いを反発させる力が働くのです。

これによってどこから見ても電気的に均等な状態ができるので、ＣＯ２は電気的に特別極性を持たないのです。
ただし、これはＣＯ２からずっと遠くから見た場合のことを言っていて、すぐ近くで見れば左右のＯの近くではプラスに偏っていたりマイナスだったりはします。

お尋ねのように、Ｏを真ん中に置くという選択肢もないわけではないですね。
この場合、Ｏは価電子が６個ですからＣ３Ｏとなりますね。
でも、この場合、Ｃは最外郭の価電子が２個となります。
一番安定なのは８個、次は４個、その次が２個で、２個はあまり安定ではありません。
なので、この形態の結合が出来ないんでしょう。

この手の説明は『講釈師、見てきたようなウソを言い』の類で、厳密にはもっと色々説明しないといけないと思います。
なぁ、この辺で勘弁してもらえませんか。