混成軌道の種類はどのように決まるのですか？

いつもお世話になっています。
海外で理系の大学に通っているのですが高校で習ったことのない「混成軌道」の範囲に直面しあたふたしています・・・。

(1)CH4はどの種の混成軌道をとるか。

という問題があったのですが、「CH4は4面体だからsp3」と漠然と決めていた自分の方法では下記のような形の分からない問題で壁にぶち当たりました・・・。

(2)HCOOHはどの種の混成軌道をとるか。（答え：sp2）


分子がどの混成軌道をとるか求める正しい方法が分からなくて困っています・・・。
まず、●●をする！そして××を求める！最後に△△！など求める手順があればご指南頂けたら幸いですm(_ _;)m

よろしくお願い致します。

No.3 ベストアンサー 回答者： Tacosan 回答日時： 2008/10/21 10:40

分子が「理論的にどの混成軌道を取っていると考えられるか」は VSEPR でわかるけど, 「実際にどの混成軌道を取っているか」はやはり実験データを読むしかありません. まあ炭素は簡単なんだけど (といってもカルベンは微妙), その他の元素になるといろんな周辺状況で理論と現実が一致しないことはあり得ます.

CH4 は (実験的に) 4本の C-H 結合がすべて等価であることが分かっているので sp3 混成になります.
HCOOH は H-C(=O)-O-H という構造で, そのうち C および C と二重結合している O は構造から sp2 混成で確定. 問題は COH を構成する O で, こいつが sp2 か sp3 かというのは単純じゃないと思います. カルボキシ基が互いに水素結合を作るので, ことによっては「単独の分子の場合と複数の分子がある場合で混成状態が異なる」可能性も考えられます. 水素結合した 2量体だと, sp2 混成にして 10個の原子すべてを 1平面上に載せた方が安定になるかもしれません.

No.4 回答者： noname#69798 回答日時： 2008/10/21 18:34

No1,2です。

No1,2を書いたあと、恐らくNo3のような専門家のご指摘を受けるのではないかと危惧しておりました。
実は、共鳴構造式を考える場合はNo1,2で書きました事があてまらないことが出てきます。
例えば、
CH2=CH-CH^(+)-CH3
CH2=CH-CH^(-)-CH3
の場合ですが、
carbocationの時はsp2 でよいのですが、carboanionのとき3+1(lone pair)=4となり、sp3と成ってしまいます。
しかしこの時は、隣のπ結合と共鳴しておりますのでsp2混成軌道をとり、残りのp軌道にlone pairが入る事になります。
そのことにだけご注意ください。

No.2 回答者： noname#69798 回答日時： 2008/10/21 09:03

No1ですが、追加です。

CH3^+(carbocation) : ３個ですので、sp2
CH3:^-(carboanion):　３＋１(lone pair)=4ですので、sp3
CH3・(methyl radical):３個ですので、sp2
どうですか、何となく解りましたでしょうか。

No.1 回答者： noname#69798 回答日時： 2008/10/21 03:18

一番簡単な見分け方：

１：その該当する原子についている原子の数を数える
２：lone pair（非共有電子対）は１個と数える
４個：sp3　 CH4 (４）sp3
３個：sp2 HCOOHの場合、H-C(sp2)(=Osp2)-O(sp3)-H
２個：sp　 HC(sp)≡C(sp)H
H2O（２＋２＝４）sp3
NH3(３＋１＝４）sp3
VSEPRT(Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory)を理解されると良いかと思います。