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CO2とH2O2の混成軌道を知りたいです。

まず、CO2はSP混成軌道でしょうか?私なりに考えたのですが、2つの混成軌道で各1つずつがCとOとの間でσ結合をつくり、残った2Pz軌道同士でπ結合をつくって結局二重結合を形成すると思いました。分かりにくい説明ですが、このような考え方で合っているのでしょうか?

そして、H2O2はSP3混成軌道ですか?H2O2は直線型の構造をしているのでしょうか?こちらはまったく分からないので教えて下さい。
回答、よろしくお願いします。また、混成軌道について分かりやすく説明しているサイトがありましたら教えていただけると嬉しいです。

A 回答 (5件)

あ、私の説明が分かりにくかったみたいですね、すいません。



真ん中の炭素の混成軌道の絵を描いてみれば分かると思います。
z軸方向にsp混成軌道が2個ありますね。
また、y軸とx軸方向に、2p軌道が1個ずつありますね。
そして、価電子を1個ずつ入れておけば腕4本となりますね。

O-C-Oという分子骨格のうち、左側のO-C結合についてまず考えてみると、この結合は、炭素のsp混成軌道および酸素のsp混成軌道からなるシグマ結合と、炭素の2px軌道と酸素の2px軌道からなるパイ結合からできます。ですから2重結合です(余った酸素の軌道は、ローンペアを収容するのに使います)。
次、右側のC-O結合に就いて考えると、これも同様にして、シグマ結合が炭素および酸素のsp混成軌道、パイ結合が炭素および酸素の2py軌道から形成されます。ですから2重結合です。

さて、左側のパイ結合と、右側のパイ結合の絵を描いてみてください。
これらは、それぞれx軸、y軸方向にローブを持っています。
ですから、直交していますね。

同様の分子軌道は、R2C=C=CR2(アレン)や、その集積体(C=C=C=..., クムレン)でも見られます。
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この回答へのお礼

お礼が遅くなって大変すみません。
丁寧な回答、ありがとうございました。お陰でなんとか書けました!!何回も回答してくださって本当にありがとうございました。

お礼日時:2006/12/17 16:50

tacosanさんのお書きになっていることについて、私も考えてみましたが、理由が分かりません。


酸素上のローンペアと、O-Hの反結合性軌道のネガティブハイパーコンジュゲーションの効果も効いているのかな?とも思いましたが・・・
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ちなみに H2O2 の 4個の原子は同一平面上に*ありません*. 一方の HOO を含む面ともう一方の HOO を含む面は 112

度くらいの角度をなしています. これ, H と遠い方の O の孤立電子対が重なる配座だと思うんですが, C2H6 では重なり配座が高エネルギーなんだよなぁ. + に分極した H と O の孤立電子対が重なるので安定化するんだろうけど, アンチ配座より安定なのかなぁ?
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この回答へのお礼

まだまだ私が勉強不足なためちょっと難しいです・・・。調べてみます。
回答ありがとうございました。

お礼日時:2006/12/17 16:52

再レス。


O-C-Oの結合軸方向をz軸に取ることにして話を進めます。
この場合、炭素および酸素のsp混成軌道は、2s軌道と2pz軌道からできます。
よって、あまるのは2px,2py軌道です。
すなわち、シグマ軌道はsp混成軌道(由来は2s, 2pz)、パイ軌道は2py(炭素)-2py(酸素)の組み合わせからできたものと、2px(炭素)-2px(酸素)の組み合わせからできた2つとなります。
したがって、分子軌道の絵を描いた場合、O-C-Oの左側のパイ結合と右側のパイ結合は90度直交した位置に存在するような絵になります。

この回答への補足

すみません。最後の一行がイメージがつかめないのですが・・・・。
回答を参考にして書いてみたのですが、三重結合になってしまう気がします。二重結合にならなければなりませんよね・・・・。ちょっと分からないので再び回答していただけると嬉しいです。

補足日時:2006/12/08 10:45
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CO2はその通りです。


CとOの間には、シグマ結合とパイ結合が1本ずつあります。すなわち二重結合です。

H2O2は酸素のsp3混成軌道からできていて、折れ曲がっています。
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VB法とか関係なしに電子対が1つあると軌道が一つ増えます。
軌道は、s→p(x)→p(y)→p(z)→d・・・と増えていきます。

ここで、二酸化炭素の結合状態を考えます
O=C=O
ですね?これを電子式であらわすと
http://www.miyazaki-c.ed.jp/miyazakiminami-h/media/elearn/bakegaku/co2.gif
になります。

酸素の周りには、電子対が3つなので、軌道三つ分(SPP混成軌道)
炭素の周りには、電子対は2つなので、軌道二つ分(SP混成軌道)
になります。


別の例
水 H-O-H
http://www.miyazaki-c.ed.jp/miyazakiminami-h/media/elearn/bakegaku/h2o.gif

水素の周りの電子対は1つ:S軌道
酸素の周りの電子対は4つ;SPPP混成軌道(SP3混成軌道)


メタン CH4
http://www.miyazaki-c.ed.jp/miyazakiminami-h/media/elearn/bakegaku/ch4.gif

炭素の周りの電子対4つ:SPPP混成軌道(SP3混成軌道)
水素の周りの電子対1つ:S軌道


ちなみに「混成軌道」っていうのは2つ以上の軌道が混じってることです。(SP混成軌道とか)
なので、1つの軌道しかないS軌道はS混成軌道なんて言いませんよ。

VB法とか関係なしに電子対が1つあると軌道が一つ増えます。
軌道は、s→p(x)→p(y)→p(z)→d・・・と増えていきます。

ここで、二酸化炭素の結合状態を考えます
O=C=O
ですね?これを電子式であらわすと
http://www.miyazaki-c.ed.jp/miyazakiminami-h/media/elearn/bakegaku/co2.gif
になります。

酸素の周りには、電子対が3つなので、軌道三つ分(SPP混成軌道)
炭素の周りには、電子対は2つなので、軌道二つ分(SP混成軌道)
になります。


別の例
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 http://www.keirinkan.com/
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要するに、超共役というのは、単結合の切れたような構造を含む共鳴のようなものであり、その構造がカルボカチオンの正電荷を非局在化させ、安定化に寄与するということです。正電荷を持つ炭素に結合しているアルキル基の数が多いほど、上述の超共役が起こりやすくなり、カルボカチオンが安定化されるということです。

カルボカチオンの安定性の話ですね。
単純化すれば、アルキル基が電子供与性の誘起効果を示すために、それが正電荷を持つ炭素に多く結合しているほどカルボカチオンの正電荷を中和されるために、安定化されるということです。
そのために、アルキル基の数が多いほどカルボカチオンが安定であり、それを言い換えると「カルボカチオンの安定性は、第三級>第二級>第一級である」ということになるわけです。

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レスが付かないようなので、一言。
このサイトのココ↓
http://okwave.jp/kotaeru.php3?q=561839
に大変詳しく、分かりやすい解説が載っていますよ。一度ご参照してみてください。

参考URL:http://okwave.jp/kotaeru.php3?q=561839

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Aベストアンサー

要は、「電気陰性度の大きい原子に結合した水素と、電気陰性度の大きい原子の間の静電的な引力」です。
電気陰性度の大きい原子というのは、事実上、F,O,Nと考えて良いでしょう。
電気陰性度の大きい原子と結合した水素上には正電荷(δ+)が生じます。また、電気陰性度の大きい原子上には負電荷(δー)が存在します。

水素が他の原子と違うのは、その価電子が1個しかないことです。つまり、他のイオンとは異なり、H+というのは原子核(通常は陽子)のみになります。他のイオンの場合には、内側にも電子格殻が存在しますので、原子格がむき出しになることはありません。
ご存じと思いますが、原子核というのは原子のサイズに比べてはるかに小さいために、H+というのは他のイオンとは比べ物にならないほど小さいといえます。もちろん、正電荷を持つ水素というのは水素イオンとは異なりますので、原子殻がむき出しになっているわけではありませんが、電子が電気陰性度の大きい原子に引き寄せられているために、むき出しに近い状態になり、非常に小さい空間に正電荷が密集することになります。
そこに、他の電気陰性度の大きい原子のδーが接近すれば、静電的な引力が生じるということです。
そのときの、水素は通常の水素原子に比べても小さいために、水素結合の結合角は180度に近くなります。つまり、2個の球(電気陰性度の大きい原子)が非常に小さな球(水素原子)を介してつながれば、直線状にならざるを得ないということです。

要は、「電気陰性度の大きい原子に結合した水素と、電気陰性度の大きい原子の間の静電的な引力」です。
電気陰性度の大きい原子というのは、事実上、F,O,Nと考えて良いでしょう。
電気陰性度の大きい原子と結合した水素上には正電荷(δ+)が生じます。また、電気陰性度の大きい原子上には負電荷(δー)が存在します。

水素が他の原子と違うのは、その価電子が1個しかないことです。つまり、他のイオンとは異なり、H+というのは原子核(通常は陽子)のみになります。他のイオンの場合には、内側にも電子格殻...続きを読む


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