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CO2のVB法でC]haSP混成軌道でOがSP2混成軌道になるのがよく分かりません。OはSP軌道ではいけないんですか?

A 回答 (3件)

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/med …
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/med …

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/med …

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。
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> CO2のVB法でCはSP混成軌道でOがSP2混成軌道になるのがよく分かりません。



はい。よく分からなくて正解です。このような混成軌道の組み合わせにならなければならない理由は、実はVB法の中にはありません。No.1さんの説明にあるように、電子対反発則(VSEPR則)にもとづいて、Cがsp混成軌道でOがsp2混成軌道になる、と考えてください。

分子の構造を考えるときに使われる理論には、電子対反発則(VSEPR則)、原子価結合法(VB法)、分子軌道法(MO法)の三つがあります。混成軌道という考え方はもともとVB法から生まれたものなのですけど、非常に便利な考え方なので、今ではVSEPR則やMO法でも混成軌道が広く使われています。とくにVSEPR則では、原子価殻にある電子対の数と混成軌道とが(ほぼ)一対一に対応するので、混成軌道の概念とVSEPR則とは切っても切れない間柄になっています。しかしそのために「VSEPR則」と「VB法」の違いが不明瞭になってしまったので、これらの言葉の指し示すものが人によって少し違うことがあります。複数の教科書を読み比べるときには注意してください。

> OはSP軌道ではいけないんですか?

Oがsp混成軌道になると考えても本当はいいんですよ。実際、VB法でCO2の共鳴構造を考えるときは、CもOもsp混成軌道で考えます。ですけどCO2の共鳴構造なんてマニアックなものは、大学の授業ではふつう出てこないです。また、「CO2のOがsp混成軌道になると考えてもいいよ」と言っちゃうと、詳細は省きますが同じ論理で「H2OのOがsp2混成軌道になると考えてもいいよ」と言ってもいいことになります。H2OのOがsp2混成軌道になると考えても理論的にはまったく問題ないのですけど、理論化学を専門にしない人にとっては厄介ごとが増えるだけですよね。ですので、厄介ごとをさけてVSEPR則の結果と整合性をとるために、VB法でもCがsp混成軌道でOがsp2混成軌道になる、としているのでしょう。
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炭素の二つの直交するp軌道と両端の酸素のp軌道がπ結合を作る為には、酸素側はそれぞれp軌道一つずつでないと「困ります」。


なぜかと言うと、両端の酸素がsp混成でp軌道が二つずつあると、三つの原子に共通してp軌道が二つずつあることになり、どう重ね合ってもそのいくつかは「反結合性軌道」に電子が入ると解釈するしか無くなります。(MO法になっちゃう)
図で書くと分かり易いのですがね。
#1のお答えの図では無理ですね。
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Q混成軌道について

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ベストアンサー

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。

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...続きを読む

Qσ結合、π結合、sp3混成???

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σはsに対応しています。sとsの結合でなくともsとp他の結合でも良いのですが、対称性で、「結合に関与する(原子)軌道が(分子軌道でも良い)結合軸に関して回転対称である」つまり結合軸の周りにどの様な角度回しても変化のない結合です。
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この様に「典型的な」表現から他の数学的に等価な(直交した)はじめの軌道数と同数の軌道を作り出したものです。
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Q二酸化炭素の形と混成軌道の関係

二酸化炭素の形を、混成軌道の考え方を用いて説明して頂けませんか。また、混成軌道の意味についても簡単に教えて頂けると有難いです。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

簡単な分子の形を考えるには、原子価殻電子対反発理論(VSEPRT)を勉強されることをお勧めします。
σ結合の数+非結合電子対の数: 中心原子の混成状態:  形
     2       sp       直線
      3       sp2      平面三角形
     4        sp3      四面体

Q混成軌道について

わからないところがあるので教えて下さい

二酸化炭素のO2部分ってどうしてsp2混成軌道なのですか?

また宜しければ上記と同じように二酸化炭素以外にも他の化合物の例を挙げて説明して頂けると
有難いです

Aベストアンサー

電子対反発則と整合性をとるためです。

sp混成軌道で考えてもいいんですけど、難しい理屈が必要になるので、sp2混成軌道になると教えられることが多いです。詳しくは、
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/4220738.html
の回答No.3を見てください。

Q結合性軌道と反結合性軌道とは?

結合性軌道と反結合性軌道とはどういうものなのでしょうか?
調べてみたのですが少し専門的で理解できませんでした。
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また、「水素の分子軌道において、基底状態では反結合性軌道に電子が含まれない」ということも合わせて教えていただけるとうれしいです。

Aベストアンサー

分子の化学結合理論で、分子軌道法という理論の中で使われます。
文だけで分かりづらいと思うので画像をご覧ください。

まず、簡単に水素原子2つから水素分子1つができる過程を考えます。
それぞれの水素は1s軌道に電子を1つずつ持っています。
この2つの1s軌道は相互作用し、エネルギーの異なる2つの軌道ができます。
このときエネルギーの低い方の軌道は、2つの軌道の電子波の位相(波動関数の符号)を合わせて重なります。
すると重なった部分(2つの原子間)の電子密度が高くなり、この軌道の電子は2つの原子核を引き寄せ結合を生成しますから、「結合性軌道」と呼ばれます。
しかしエネルギーの高い方の軌道では、2つの軌道の電子波は位相を逆向きにして重なるのです。
すると、重なった部分の電子密度は低くなり、2つの原子間とは反対方向の電子密度が高くなります。
結果、この軌道はそれぞれの原子を結合とは逆向きに引き離し、結合を破壊する性質を持つので「反結合性軌道」と呼ばれます。

水素分子H2では、このように2つの1s軌道から結合性軌道・反結合性軌道ができます。
電子は合わせて2つです。パウリの原理に従い、エネルギーの低い軌道から電子を詰めていくと、2つの原子はどちらも結合性軌道に位置します。
反結合性軌道には電子は入っていません。

結合次数は (結合性軌道中の電子 + 反結合性軌道中の電子)/2 で求められます。水素分子の結合次数は1となります。
水素分子の結合は単結合である、ということに一致していますね。

分子軌道法はこのように考えます。

分子の化学結合理論で、分子軌道法という理論の中で使われます。
文だけで分かりづらいと思うので画像をご覧ください。

まず、簡単に水素原子2つから水素分子1つができる過程を考えます。
それぞれの水素は1s軌道に電子を1つずつ持っています。
この2つの1s軌道は相互作用し、エネルギーの異なる2つの軌道ができます。
このときエネルギーの低い方の軌道は、2つの軌道の電子波の位相(波動関数の符号)を合わせて重なります。
すると重なった部分(2つの原子間)の電子密度が高くなり、この軌道の電子は2...続きを読む

Q共鳴構造式の書き方って?

有機化学を大学で習っているのですが、いきなり最初の方で躓いてしまいました><
教科書に「巻矢印表記法を用いて、化合物の構造に寄与する共鳴構造式を書け」という問題があるのですがさっぱりわかりません。参考書等を調べてみてもさっぱりわからないので…どうか教えてください><

Aベストアンサー

巻矢印が電子対の移動を表しているということはわかりますか?
また、分子や原子の電子配置はわかりますか?つまり、Lewis構造式を正しくかけますか?

これらがわかっていなければ、共鳴構造式は書けません。逆にこれらがわかっているのであれば、教科書等の例を、その電子配置を考えながら、丁寧に見ていけば理解出来るはずです。

なお、原子の電荷を考える場合には、共有されている電子は共有している原子で等分し、孤立電子対は、それを有する原子のみに属すると考えて、その電子数を、その原子本来の電子数と比較することによって決定します。
上述の電子数が、その原子の本来の電子数よりも多ければ負電荷をもつことになり、少なければ正電荷をもつことになります。

また、共鳴構造式を考えるときには、炭素以外の原子から考え、炭素以外の原子において、ほとんどの場合、本来の結合数(酸素なら2、窒素なら3、ハロゲンならI)よりも、1本多い結合を作っていれば+、1本少ない結合を作っていればーの電荷をもつことになります。これは、上述の電子配置のことがわかっていれば明らかですけどね。

まあ、細かなノウハウはありますが、それは経験的に身につけることですね。

巻矢印が電子対の移動を表しているということはわかりますか?
また、分子や原子の電子配置はわかりますか?つまり、Lewis構造式を正しくかけますか?

これらがわかっていなければ、共鳴構造式は書けません。逆にこれらがわかっているのであれば、教科書等の例を、その電子配置を考えながら、丁寧に見ていけば理解出来るはずです。

なお、原子の電荷を考える場合には、共有されている電子は共有している原子で等分し、孤立電子対は、それを有する原子のみに属すると考えて、その電子数を、その原子本来の電...続きを読む

QN原子のsp3混成軌道について教えてください.

とある教科書で
N原子の基底状態
1s (↑↓)
2s (↑↓)
2p (↑↑↑)
となっており,sp3混成軌道をとる場合については
1s (↑↓)
sp3 (↑↑↑↑)
というような表記がされていました.

率直に・・・これは正しいのでしょうか??
正しいのであれば,sp3混成軌道をとる場合,電子が一つ足りないのはなぜなのか.
また,間違っている場合は,電子の正しい軌道配置?を教えて頂ければと思います.

色々自分で調べては見たのですが,ほとんどの説明はカーボン原子で説明されているため,N原子についてはほとんど見あたりませんでした・・・.

御存知の方おられましたら,書き込みよろしくお願いします!!

Aベストアンサー

間違ってます。

1s  (↑↓)
sp3 (↑↓、↑、↑、↑)

が正しい電子配置です。
四つの等価なsp3軌道のうち一つにはスピンが逆向きになるよう二つの電子が
収容され、残り三つに一つずつ電子が入ります。

電子が二つはいった軌道は非共有電子対に相当し
一つだけ入った軌道は不対電子に相当します。

Q原子価結合法と分子軌道法

原子価結合法と分子軌道法の違いが
いまいち分かりません。
数式ばかり並べられているのを見ても
どこがどう違うのかを言葉でうまく表現出来ません。
本なども読んでみたのですが、どれも難しすぎて、明確にどこがどう違うのかが分かりません。
どなたか分かりやすく、これらの違いを説明してくださいませんか?

Aベストアンサー

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

Q混成軌道

酸素の混成軌道についてですが酸素が水を構成しているときはsp^3混成軌道であるのに酸素がアセトンを構成しているときはsp^2混成軌道になるのはどうしてですか?

Aベストアンサー

二重結合を作るためには、π結合を作る必要があり、そのために、酸素は2p軌道を使う必要があります。
そうするとアセトンの酸素に残っている軌道は2個の2p軌道と、1個の2s軌道ということになります。これらが混成すればsp2になります。

水の場合には二重結合はありませんので、3個の2p軌道が混成に使えますので、sp3ということになります。

Q二酸化炭素の構造

二酸化炭素が直線状分子になる理由を教えてください!!

Aベストアンサー

量子化学の話になりますね
sp混成軌道 二酸化炭素
というキーワードでgoogle検索してみてください
一応、参考URLを下に書きました
ここでの話の要約としては、シグマ結合とパイ結合により直線的に固定化された結合になるからということです
つまり、炭素と酸素の結合部分だけ(片側だけ)を説明すると、炭素のsp混成軌道の電子1個と酸素のp軌道の電子1個が結合した軌道を共有してシグマ結合(下記URLの図を参照)を形成し、混成軌道をつくらなかった炭素のp軌道の不対電子1個と酸素の残りのp軌道の不対電子1個が結合した軌道を共有してパイ結合(下記URLの図を参照)を形成することが、直線状分子になるという説明です
具体的な書名は忘れましたが、量子化学関係の本をいくつか探すといいかと思います

参考URL:http://ww2.et.tiki.ne.jp/~km8-shop/sub16.htm


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