塩素の混成軌道を教えてください。

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質問者：KaikeNinja
質問日時：2010/12/04 19:27
回答数：2件

過塩素酸HCｌO4は１４電子が塩素の回りにあるわけですが、この混成軌道はｓｐ３ｄ３と考えてもよろしいのでしょうか？見たことが無いので、教えていただきたいです。

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回答 (2件)

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No.2ベストアンサー

回答者： 101325
回答日時：2010/12/05 17:00

混成軌道は、実は、好き勝手に考えてもかまわないものなので、sp3d3と考えてもかまいません。

ですけど、HClO4の混成軌道はsp3と考えるのがふつうです。

■エチレンC2H4はsp2?それともsp3?

エチレンC2H4は８電子が炭素原子の周りにあるわけですが、炭素の混成軌道はsp2と考えるのがふつうです。そして、混成に参加しなかったp軌道が重なり合って炭素原子間のπ結合をつくる、と考えます。sp2混成軌道は炭素原子間と炭素原子-水素原子間のσ結合をつくる、と考えます。

しかし、混成軌道は、好き勝手に考えてもかまわないのですから、エチレンC2H4は８電子が炭素原子の周りにあるので炭素の混成軌道はsp3になる、と考えても本当はいいんです。sp3混成軌道をつかっても、エチレンの炭素原子間の二重結合は説明可能です。じっさい、一昔前の教科書などをみると、そのような模式図(炭素を中心とする四面体が稜共有でつながっている図)が描かれていることがあります。同じように、アセチレンC2H2もsp3混成軌道で考えることができて、炭素を中心とする四面体が面共有でつながっている図も、同じ教科書で見ることができます。

■過塩素酸HClO4はsp3で考えよう

ですので、過塩素酸HClO4の混成軌道をsp3d3と考えても本当はいいんです。本当はいいんですけど、エチレンC2H4やアセチレンC2H2の多重結合をsp3混成軌道で説明するのがマイナーな考え方であることから推測できるように、過塩素酸HClO4の混成軌道をsp3d3で説明するのは、やはりマイナーな考え方になります。また、sp3d3混成軌道が極めて複雑な形になると思われることも、この混成軌道が敬遠される理由の一つでしょう。私も見たことが無いので、どんな形になるかは分かりません。

塩素の周りにある１４電子のうち、酸素とσ結合を作っているのは、4原子×2電子対＝8電子です。残りの14-8=6電子は、酸素とπ結合を作ります。エチレンC2H4の炭素原子がsp2混成軌道になるのと同じ考え方をすれば、σ結合を作る８電子を収容するには４軌道あればよい。よってsp3混成軌道を作ればよい、ということが分かります。酸素とπ結合を作るのは、塩素のd軌道になるわけですが、π結合が３つあるのでd軌道は３つ使えばいい。d軌道を３つ使うのは質問者さんの考え方と同じなわけですが、これらのd軌道を混成させずにπ結合形成に使う、というところが異なるところです。

> １４電子を持つ事に関して、どのように理解したらいいのでしょう

塩素原子と酸素原子の間に二重結合ができていると考えれば、塩素の周りにあるのは１４電子になりますけど、塩素原子から酸素原子へ配位結合ができていると考えれば、塩素の周りにあるのは８電子になります。sp3混成軌道なら、どちらの考え方にも対応できますけど、sp3d3を使っていると混成のやり直しが必要になります。このこともsp3混成軌道を使うメリットの一つでしょう。