アンモニアのN-H結合角

アンモニアの３つの結合角は互いに約１０７であることを混成軌道の考え方を用いて説明するにはどうしたらよいのでしょうか？よろしくお願いします。

No.4 回答者： noname#36462 回答日時： 2007/07/17 18:12

簡単な分子の場合VSEPRTはとても役に立ちます。

NH3は三角ピラミッドの形をとっており、非共有電子対を四面体の頂点に置くと四面体構造が書ける。非共有電子対は電子対よりも空間を大きく占有するので結合角は１０７度となり正四面体角（１０９．５度）に近いのでsp3混成の概念で説明するわけです。No3様は詳しく混成軌道を使って説明されておられるます。。
難しい事を考えないで説明するには、私はこのVSEPRTをとても重宝しております。

No.3 回答者： phosphole 回答日時： 2007/07/17 02:48

他の方の説明で十分だと思いますが、少々視点を変えた説明をしてみます。

典型元素化学ではしばしば見られる説明法です。

まず、仮想的に完全に平面なアンモニアを考えます（A)。sp2混成で結合角は120度です。N-H結合はsp2、ローンペアはp軌道。
また、仮想的に結合角が90度のアンモニアを考えます（B)。混成していません。N-H結合はp、ローンペアはｓ軌道。
実際のアンモニアの構造は、この両者の中間点なのは分かっています。

結合角が狭くなるほど、N-H結合のエネルギーは上がり、ローンペアのエネルギーは低下していきます。
メタンの場合だと四つの結合は等価なC-H結合なので、対称性から理想的なsp3混成となります。
しかしアンモニアは三つのN-Hとローンペアは非等価ですから、どこかで落としどころを見つける必要がありますね。
ローンペアの安定化（よりs性をます）のと、N-H結合電子対の安定化のどちらを重視するか？というところで、窒素原子だけで引き受けなければならないローンペアの方にs軌道を回すことにしたのです。
そのため、ローンペア軌道はsp3よりもややsが増し、N-H結合はsp3よりもややpがまします。

ちなみに、この傾向は高周期になるほどまします。
ホスフィン、アルシン、スチビン、ビスムチンと降りるにしたがってローンペアはほぼ純粋なs軌道に入り、E-H結合角は90度に接近します。これは、高周期元素では軌道の混成が不利になるため、あえて混成軌道を形成してもメリットが無いためです。

No.2 回答者： noname#41634 回答日時： 2007/07/16 23:57

窒素に対して３つの酸素がアプローチする場合、共有結合は当然三箇所の不対電子との間に成立します。

同じsp3混成軌道に非共有電子対(すでにペアになっている)があります。コレが水素との共有結合よりも大きいのです。その反発により109.5度より押されて狭く106.7度になってしまいます。
No.1さんと同回答ですが。

No.1 回答者： w-palace 回答日時： 2007/07/16 23:07

sp3の結合角109.5度よりも少し小さくなっていると考える。

何故小さくなっているかといえば、孤立電子対が共有電子対よりも広い空間を占有するためであると説明される。
なぜ、孤立電子対が共有電子対よりも広い空間を占有するかといえば、共有電子対ではその両側の原子によって電子が引っ張られるのに対して、孤立電子対は片側にしか原子がないためであると説明される。
ただし、その説明で納得できるかどうかはわからない。