分子の形

分子の形で水は折れ線形、アンモニアは三角錐形、メタンが正四面体形とかで表しますよね。なぜ目に見えないのにそれらの分子がそんな形を成して結合角とかわかるのですか？

No.3 ベストアンサー 回答者： Tacosan 回答日時： 2007/04/17 09:21

メタンは計算しなくても実験でわかるといえばわかる:

メタンが CH4 まではわかるんですが, 1置換体を合成することによりこの 4個の CH結合が全て等価であることもわかります. このことから, メタンが (炭素を中心とする) 正方形か (炭素を重心とする) 正四面体かのいずれかの形であることがわかります.
さらに 2置換体 (CH2X2) を作ると, 1種類しかないことが実験的に示されます. ここで, 正方形を仮定すると「2個の X が隣接する cis型」と「2個の X が隣接しない trans型」の 2種類の異性体が存在しなければならず, 正方形ではないことがわかります. つまり, メタンは正四面体となります.

No.4 回答者： mator 回答日時： 2007/04/19 22:23

ちなみに結合角において

電気陰性度がC　N　Oの順に大きくなるのに（Hの反発）
結合殻がO　N　Cの順に大きくなるのは、

非共有電子対の反発が、Hの極性による反発よりも
強いためです。

No.2 回答者： storm50 回答日時： 2007/04/17 00:08

量子化学を勉強してください。

原子価結合法をつかうとそうなります。また、実験では分光学などで分かるのではないでしょうか。

No.1 回答者： yumetbt 回答日時： 2007/04/16 23:27

どの辺まで詳しく説明すべきかはわかりませんが、「化学結合論」という学問があります。

挙げられたもの（水、アンモニア、メタン）の場合はXHnという分子式（X=O,N,C）になりますが、このXとHとの共有結合を考えた時に、合理的に説明できる結合角がはじき出されます。
なお、水の場合は２組、アンモニアの場合は１組の非共有電子対を考慮に入れると、どれも正四面体に近い形になります。
また、今は原子レベルで観察できる手法もありますので、直接ではないにしても「見る」ことが可能になってきています。