硝酸分子の構造式を教えてください。
質問番号1873126 とか
URL http://web1.caryacademy.org/chemistry/rushin/Stu …
を見ました。
質問は、N原子のL殻最外殻電子は8個で安定すると思いますが、質問への解答では、6個しか見受けられません。
上記URLの図では、H原子と結合していないO原子がまだ電子が一つ不足しているように見受けられます。

H-O-N=O
   ||
O
とすると、N原子の最外殻電子が10個で多すぎます。
この図では、N原子のローンペアが3個?とも見えますので、
4個目の電子対が空席になっているような気もします。
よろしくお願いします。

A 回答 (6件)

^^,ではこれではどうでしょう。

「硝酸分子の構造式を教えてください」の回答画像2

この回答への補足

doc_sundayさま
N=OとN→Oは共有結合と配位結合で結合方法が異なるということでしょうか。ということなら、ローンペア数も4となり、よくわかります。

補足日時:2009/05/20 21:28
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#3です。


だから#1さんの示されたURLの図を見ましょうね。
http://en.wikipedia.org/wiki/Nitric_acid
Nの上に+電荷が、Oの上に-電荷があり、さらにそれらが共有結合しているのです。

>単結合ではなく、配位結合でしょうか。
いいえ。前回の記述を読めばそう読めるはずはないのですが。

>塩酸はH^+Cl^-と記述しますね。
>硝酸は、H^+NO3^-と描きますが
どちらも不正確です。塩酸(の溶質の塩化水素)はHClであり、H^+ Cl^-というのはそれが電離していると言うことを示しているにすぎません。そして電離したこのH^+とCl^-はもはや共有結合をしていません。すでに分子ではなく、塩化水素分子を表しているものではありません。
同様に硝酸もH^+とNO3^-に電離しますが、これは硝酸分子を表したものではありません。すべては#1さんの示されたURL中にある構造式にあります。
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#1さんの示された構造式で良いと思います。


その構造式で、電子の数に問題がないことを出来るだけ分かりやすく説明してみたいと思います。
硝酸はHNO3ですから、水素原子1個、窒素原子1個、酸素原子3子から成りますよね。
実際の合成方法とは異なりますが、水素と1個の酸素が結合してHO・になったとき、水素の周りの電子配置に問題はないことはおわかりですよね。
窒素にこのHOが結合するとHONとなります。この時のNには、不対電子が2つと1つの非共有電子対が残っています。
この不対電子に酸素原子が2つ結合するとNの周りの電子は丁度満たされますが、2つの酸素原子とも片方の不対電子が余ってしまいます。
そこで、窒素の非共有電子対から電子1個を酸素原子の方に移動させます。
電子を受け取った酸素原子は、電子が一つ余分になるわけですから、マイナス電荷となり、オクテットを完成させます。
窒素原子はどうでしょう?
電子を一つ酸素原子に与えてしまったので、電荷が不足してプラス電荷になります。
この時に与えた電子は、非共有電子対の1つですから、非共有電子対は不対電子となってしまいます。
この不対電子と電子をもらわなかったもう一方の酸素に残っている不対電子とが、共有結合を形成すると考えれば、はじめに水素原子1個、窒素原子1個、酸素原子3個からスタートし、それ以外とは電子の授受を行っていないのですから、全ての原子についてオクテットが完成しています。
窒素から電子を与える酸素は、2つの内、どちらでもよいですよね。
量子力学的には、どちらの酸素に与えているのかは等価となるのです。
実際に今回示した順番で合成されているわけではありません。
このように順番に考えると理解しやすいと思うのです。
硝酸は、分子内にプラス電荷とマイナス電荷とを併せ持っています。
分子全体では、電荷の数が等しいのでイオンではありません。

この回答への補足

psa29さま
丁寧な説明有り難うございます。
>この不対電子に酸素原子が2つ結合するとNの周りの電子は丁度満たされます
L殻のオクテットが完成することがわかりました。

>2つの酸素原子とも片方の不対電子が余ってしまいます。
窒素の非共有電子対から電子1個を酸素原子の方に移動させます。

「移動させる」結合は配位結合というのでしょうか。

>窒素原子電荷が不足してプラス電荷になります。非共有電子対は不対電子となってしまいます。この不対電子と電子をもらわなかったもう一方の酸素に残っている不対電子とが共有結合を形成すると考えれば

共有結合ですね。わかります。
一つの酸素と共有2重結合して、もうひとつの酸素と単結合してさらに電子をひとつ与えているイメージがわかりました。

補足日時:2009/05/25 23:03
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>OHとの結合に1個、2重結合のOとの結合に2個、1重結合のOとの結合に1個 計4個なので、1個不足になりませんか。



よく見てもらえれば分かりますが、NではなくてN^+となっており、電子を1個失っています(つまり炭素と同じ最外殻電子数になった、多少語弊はありますが) よって、電子の数は合ってます

この回答への補足

owata-wwwさま
N^+とO^-ということでしょうか。
例えば、塩酸はH^+Cl^-と記述しますね。
硝酸は、H^+NO3^-と描きますが、HNO2^+O^-とは描きません。
この2つの違いの意味がわかりません。
だんだん、ドツボにはまってゆきそうです。

補足日時:2009/05/20 21:18
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より正しくは#1さんのURLに示されたものです。


形式的にN原子は1個電子を失った形のN^+、酸素のうち1つは1個電子をもらった形のO^-になっていることに注目してください。

#2さんの図においても、配位結合に使われている電子対をそれぞれ1こずつNとOに分けて考えてやると#1さんのものと全く同一になります。

実際には単結合N-Oと二重結合N=Oには全く差が無く、両者が絶えず入れ替わり、平均化したような状態です。

この回答への補足

Ichitsuboさま
>単結合N-Oと二重結合N=Oには全く差が無く、両者が絶えず入れ替わり、平均化したような状態
イメージはよくわかります。有り難うございます。
単結合ではなく、配位結合でしょうか。

補足日時:2009/05/20 21:36
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この回答への補足

早速有り難うございますございます。
このURLの図では、Nの5個の電子の数が合わない気がします。
OHとの結合に1個、2重結合のOとの結合に2個、1重結合のOとの結合に1個 計4個なので、1個不足になりませんか。
よろしくお願い致します。

補足日時:2009/05/20 17:38
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Aベストアンサー

#3です。
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仰るように価標を使っている表現であるようです。
私は電子式がルイス構造だと思っていました。

電子式という言葉は辞典には出てきませんね。
「電子式」はルイス構造を考える途中の表現であるということです。
でもルイスは電子式までしか提案していないようです。

「電子対の共有で結合が生じる」という、現在「共有結合」という名前で呼ばれているものを最初に提案したのがルイスです。「不活性元素の電子配置と同じになる」という「オクテット則」を提案したのもルイス(1916年)です。共有された電子対を結合線で表して分かりやすくしたのはラングミュア(1919年)だそうです。共有結合の理論的な裏付けはハイトラー・ロンドン(1923年)によってなされています。

「価標と電子の両方を書く表現」が「ルイス構造」だとされているのは後からそういう形でまとめたものだということになります。見やすくしたということです。
シュライバーの「無機化学」を見ると
「電子を使った表現を完成させたのち、確定した共有電子対を結合線に書き換える」
という手順が示されています。(第2版p66、第4版p50)
結合線の数というのは結果として決まるものです。共有されている電子対の数です。
いくつの電子対が共有されるのかはオクテットを満たすようにして決めます。

>「窒素Nについては手が5本、酸素Oについては手が6本になるように書いたつもりです」のところは、オクテット則を満たすように各原子の周りに電子があり、かつ原子価が、Nなら5、Oなら6となるように書いたと言いたかったのです。

手順の最初に「ルイス構造の中に組み入れる電子の数は、結合に関与する原子の価電子をすべて加えあわせたものである」と書かれています。
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>Hを外す方法でやってみるとできました。これは、他の構造式にでも使えるのでしょうか?例えば、炭酸イオン(CO3^2-)を考えるのであれば、炭酸(H2CO3)を書いて、二つのHを外すという方法でしょうか?

そうです。
中性の分子で構造を書くことができればオクテットは満たされています。
そこから電子対を残してHだけを外してもオクテットはやはり満たされています。
分子の構造を書くのには馴染んでいますからHを外す方が簡単なのです。
(オクテット則を満たさないような分子もありますが、一応除外しておきます。)

イオンで考える場合、電荷をどこに所属させるかで混乱します。
電荷は特定の原子ではなくてイオン全体が担っているとします。
考えるべき価電子の数が変化したものでオクテットを満たすように構造を書きます。
いくつかの可能性が考えられる場合には別の判断が入ってきます。
(形式電荷の値が大きくならない表現の方が安定である、等)
OH^-であればOで6個、Hで1個、イオンの価数から1個、合計8個です。
これで考えます。電荷は[  ]^- とします。(シュライバーの本では全体に電荷が存在するというのは別の記号で表しています。)これでH-O-Hから電子対を残してHだけを外したものと同じになるはずです。

各原子に電荷を割り振るという表現も出てきます。
シュライバーの本では「形式電荷と酸化数」という別の章で扱っています。
そこの最初に「化学種の電荷はその化学種全体が担っているものであるが、場合によっては各原子に形式電荷を割り付けるのが便利な場合がある」と書かれています。
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ただ「形式電荷」という名前が示すように形式的なものです。電子対の電子が対等に共有されているのは同じ原子の間で共有されている電子対の場合だけでしょう。
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そういうことからもルイス構造式を書くというのは意義のあることでしょう。

※NO3^-=[NO3]^-であればN1つから価電子が5つ、O1つから価電子が6つ、イオンの価数から電子が1つ、これで電子は合計が24個になります。この24個の電子をオクテットを満たすように4つの原子に割り振ります。この可能性は1つではありません。
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仰るように価標を使っている表現であるようです。
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電子式という言葉は辞典には出てきませんね。
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#2です。
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配位結合は共有結合の一種です。電子を共有することによって結合が生じるのを共有結合といいます。この時結合する2つの原子から提供される電子の数が同じ場合と異なる場合とがあります。
例えばHClだとします。Hから1つ、Clから1つ、合わせて2つが共有されます。
でも片方からまるまる2つ提供される共有もあります。#2に書いたH-O-N=OのNにOがくっつくときの結合です。あららかじめイオンになっているのではありません。窒素の余っている電子対を酸素が使って共有するわけです。オクテットが完成します。電子2つの共有と言うことからすると一重結合です。イオン結合ではありませんので+とか-を書く必要はありません。元々窒素に所属していた電子のペアーが窒素と酸素の共有になりましたので結果として窒素の電子が減ったように見えます。酸素は増えた様に見えます。これを形式電荷と言っています。これはあくまでも結果としてであって結合する前から+と-があって引き合うと考えているのではありません。結合が生じない限り形式電荷もありません。
配位結合であるということをはっきり示したい場合には窒素から電子対が提供されたという意味で→を書くことがあります。でも出来上がった結合は一重結合であるということで構造を書けば価標一本でもいいわけです。(価標一本で示される構造の中に2つの種類があると考えればいいことになります。)
この結合を考えるとオクテットで考えることの出来る構造の範囲が広くなります。

#1の解答の中でルイス酸塩基という言葉が出てきたのもここで考えた「電子対の提供」で結合が生じるとという考え方に関係するものです。

配位結合自体は高校の化学で出てくるものです。「結合に関係する電子対が片方の原子から提供される共有結合」として出てきます。形式電荷は出てきません。次の反応は出てきます。

H3N:+HOH → [H3N:H]^+ +[:OH]^-

水中のアンモニアのNの孤立電子対に、近くにある水のHがOに電子対を残したままジャンプします。Hとしてはどちらの電子対を共有していても同じであるわけです。オクテット則は満たしたままです。 

>N(+に帯電)を中心として-OHと-O(-に帯電)と=Oが結合しているものと思いますが、-Oを=Oとしてしまえば+や-に帯電しなくとも良い気がします。

質問文の中のこの部分を読むと配位結合という結合の結果としての形式電荷ではなく独立して電荷を考えているように思いました。

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NO3-のイオンが生じたときはこの様なイオンを考える場面が出てくると思います。
どちらも同じではないかと言われればそうかなとしか言えません。でもそこまで踏まえているのであればこの様な質問は出てこなかったはずだと思います。

#2です。
#2では配位結合はご存知だと思って説明を省略しました。でも質問文と#1でのお礼の文章とを見て気になりましたので確認しておきます。

配位結合は共有結合の一種です。電子を共有することによって結合が生じるのを共有結合といいます。この時結合する2つの原子から提供される電子の数が同じ場合と異なる場合とがあります。
例えばHClだとします。Hから1つ、Clから1つ、合わせて2つが共有されます。
でも片方からまるまる2つ提供される共有もあります。#2に書いたH-O-N=O...続きを読む

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よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

硝酸イオンではなくて硝酸で考えます。
HNO3の結合はどうなっているのかという質問と同じです。
普通に共有結合を考えると電子の数が合わなくなるという疑問です。

分かりやすいのは亜硝酸HNO2です。
H-O-N=O
ですから普通に考えて問題のない構造です。
このNにもうひとつ酸素がくっつくのはどういうことで可能になるのという質問だということになります。

配位結合というのを習っていませんか。
普通の共有結合は結合する両方の原子から同じ数の電子が提供されて共有します。でも提供する電子の数が異なっていても「共有」は可能です。
H-O-N:
     ∥
     O
Nには使っていない2つの電子があります。Oの最外殻電子は6つですから後2つ必要です。Nの2つの電子をOが使わせてもらうというのでも共有結合が成り立ちます。NもOもNeと同じ電子配置になります。
H2O+H2O→H3O^++OH^-
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ですから普通に考えて問題のない構造です。
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Aベストアンサー

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電子式というのはこのような結合をうまく表現できないので、
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すみませんが、詳しく教えてください。

Aベストアンサー

SO2 の電子式は以下のようになります(MSゴシックなどの等幅フォントで見てください)。

 ‥  ‥  ‥
:O::S::O:   電子式(a)

 ‥  ‥ ‥
:O::S:O:    電子式(b)
      ‥

価標を使って結合を表すと、構造式はそれぞれ

 ‥ ‥ ‥
:O=S=O:   電子式(a)に対応する構造式

 ‥ ‥ ‥
:O=S→O:   電子式(b)に対応する構造式
     ‥

のようになります。

構造式で書くと明らかなように、電子式(a)では、SとOの間の結合は両方とも二重結合になっていて、配位結合はありません。それに対して、電子式(b)では、片方のSO結合は二重結合ですが、他方の結合が配位結合になっています。

電子式(a)と電子式(b)のどちらが正しいのか?については、少し難しい話になるのですけど、#1さんのリンク先にあるウィキペディアの解説によると、
・二酸化硫黄 SO2 の電子式は配位結合を使わないで電子式(a)のように書くのがよい
・オゾン O3 の構造式は配位結合を使ってO=O→Oのように書くのがよい
ということになります。

「電子対反発則」を使うと、SO2分子が折れ線形になることを、SO2の電子式から説明できます。電子対反発則についての簡単な説明は、ネット検索ですぐに見つかると思います。電子対反発則にそれほど精通しなくても、
・H2Oの電子式から、H2O分子が折れ線形になることを説明できる
・CO2の電子式から、CO2分子が直線形になることを説明できる
ようになれば、SO2分子が折れ線形になることを、電子対反発則から説明できるようになります。

SO2が極性分子になることは、「二酸化炭素 CO2 が極性分子に“ならない”こと」が理解できれば、これらの分子の形から簡単に分かると思います。

SO2 の電子式は以下のようになります(MSゴシックなどの等幅フォントで見てください)。

 ‥  ‥  ‥
:O::S::O:   電子式(a)

 ‥  ‥ ‥
:O::S:O:    電子式(b)
      ‥

価標を使って結合を表すと、構造式はそれぞれ

 ‥ ‥ ‥
:O=S=O:   電子式(a)に対応する構造式

 ‥ ‥ ‥
:O=S→O:   電子式(b)に対応する構造式
     ‥

のようになります。

構造式で書くと明らかなように、電子式(a)では、SとOの間の結合は両方とも...続きを読む

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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

Q水素結合とはどういうものですか?

現在、化学を勉強している者です。水素結合についての説明が理解できません。わかりやすく教えていただけないでしょうか?また、水素結合に特徴があったらそれもよろしくお願いします。

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

Q元素と原子の違いを教えてください

元素と原子の違いをわかりやすく教えてください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

難しい話は、抜きにして説明します。“原子”とは、構造上の説明に使われ、例えば原子番号、性質、原子質量などを説明する際に使われます。それに対して“元素”というのは、説明した“原子”が単純で明確にどう表記出来るのか??とした時に、考えるのです。ですから、“元素”というのは、単に名前と記号なのです。もう一つ+αで説明すると、“分子”とは、“原子”が結合したもので、これには、化学的な性質を伴います。ですから、分子は、何から出来ている??と問うた時に、“原子”から出来ていると説明出来るのです。長くなりましたが、化学的or物理的な性質が絡むものを“原子”、“分子”とし、“元素”とは、単純に記号や名前で表記する際に使われます。


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