化学の混成軌道についての質問です。 sp3軌道の例としてメタン、sp2軌道の例としてエチレンがありま

化学の混成軌道についての質問です。
sp3軌道の例としてメタン、sp2軌道の例としてエチレンがあります。電子の数は変わらず軌道が違うことでこのような変化が出てるんですか？メタンからエチレンに急に変わることはないんですか？何故このような別種類の分子になってしまうのか気になります。

質問の意図がわからないようであれば、どのようにわからないのか伝えてもらえると助かります。意図的にわかりにくくしてるものではないので、批判されると心が痛みます…。

No.1 ベストアンサー 回答者： psa29 回答日時： 2021/06/14 09:52

sp3混成軌道をした炭素原子を含む分子の事例として、

メタンという分子が挙げられ、sp2混成軌道をした炭素原子を
含む分子の事例として、エチレンが例示されただけのことです。
ですから、メタンとエチレンは全く別の物質です。

動物には４本足の動物と２本足の動物がいる。
４本足の動物として牛がいる。
２本足の動物として、人間がいる。
と説明されていたら、牛と人間は全く別の動物ですよね。
それと同じことです。

炭素原子は１つの２s軌道と３つの２p軌道を結合に使います。
メタンのように４つの原子（この場合は水素原子）と
結合する場合、それらを混ぜて平均化させた後
結合すると考えるのです。（混成軌道を作るということ）
１つのs軌道と３つのp軌道の合計４本の軌道を混ぜるんで
できあがるsp3軌道は４本生じます。
どのsp3軌道も等価で、正四面体の中心に炭素原子を置くと
それぞれ４つの頂点に向かう形になります。
この頂点に水素原子が結合した形がメタンです。
一方、エチレンの炭素原子は１つの隣の炭素原子と２つの
水素原子と結合しており、メタンとは違い３つの原子としか
結合していません。
ですから、１つのs軌道、２つのp軌道の合計３本の軌道で
混成しsp2混成軌道を３本作ります。
３本は等価で、平面上に各々が１２０°の角度に位置するように
配置されます。
このうち１つで隣の炭素原子と結合し、残りの２つの
sp2混成軌道で２つの水素原子と結合します。
sp2の場合、p軌道が１つ余ります。
同じくp軌道が１つ余った隣の炭素原子とp軌道同士で
結合したのがπ結合です。

sp2混成軌道を用いて結合した結合がσ結合です。
エチレンの２重結合は、１本のσ結合と
１本のπ結合から成っているのです。

No.3 回答者： EZWAY 回答日時： 2021/06/14 13:53

そもそも、メタンとエチレンでは原子の数が違いますし、水素と炭素の比率も違います。

１個の炭素と４個の水素からできる分子としてメタンが安定であり、２個の炭素と４個の水素からできる分子としてエチレンが安定であるという事実と、それぞれの固有の構造があり、それを説明するための理屈として混成軌道の考え方が使われるというだけのことです。

この回答へのお礼

回答していただきありがとうございました。わたしもうすうすそのようなことだとわかっていたのですが、言葉に表していただき答えにたどり着けました。ありがとうございました。

お礼日時：2021/06/22 17:21

No.2 回答者： konjii 回答日時： 2021/06/14 10:08

何故と言われても困ります。

分子軌道法は実際の分子に合うように軌道を
きめているからです。
ｓｐ³は２ｓと２ｐ３つで４つの軌道を作ります。その４つの軌道は、正四面体の4隅を向くようにしています。そうすれば、メタンの実際の立体構造と
一致します。
ｓｐ²は２ｓと２ｐ２つで３つの軌道を作ります。2組の３つの軌道は平面上
に作れば、エタンの実際の立体構造と一致します。残りの２組のｐ軌道で
π結合を作ると、σ結合とπ結合で２重結合も上手く説明できます。