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

No.1 ベストアンサー 回答者： 101325 回答日時： 2012/09/05 10:08

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。

この回答へのお礼

有り難うございました。gooの回答を見て少しは分かりましたが、
ではイオンの場合ってどうなのですかね？例えば、NH3とNH3+の混成軌道って
違うらしいなのですが、その訳って教えていただけると有り難いです

お礼日時：2012/09/05 13:08

No.2 回答者： 101325 回答日時： 2012/09/05 17:25

イオンの場合でも、不対電子がなければ、電子対反発則が使えます。

例えばメチルカチオン CH3+ ならsp2混成で平面三角形構造、メチルアニオン CH3- ならsp3混成で三角錐構造、というぐあいです。

不対電子がある場合は、電子対と不対電子の間の反発の大きさが電子対反発則から予測できないので、厄介です。そこで、不対電子を持つ分子やイオンに対しては、実験（または高精度の量子化学計算）により得られた分子構造に矛盾しないように、おそるおそる電子対反発則を適用していきます。

例えば、メチルラジカル CH3・ は、実験から平面三角形構造であることが分かっています。これと矛盾しないように混成軌道を考えると、「炭素原子はsp2混成軌道で三個の水素原子と結合し、不対電子は混成しないp軌道に入る」ということになります。あるいは、「sp2混成なら平面型、sp3混成なら三角錐型、実際には平面型なのでメチルラジカル CH3・ はsp2混成」と考えてもいいです。

NH3+も、実験から平面型のイオンラジカルであることが分かっていますから、窒素原子はsp2混成になります。もしNH3+に関する実験結果がなかった（あるいは知らなかった）としても、「NH3+と等電子構造のCH3・がsp2混成なのだから、NH3+もsp2混成なのだろう」と、予想することはできます。

> その訳って教えていただけると有り難いです

ということで
「NH3は三角錐構造でNH3+は平面三角形構造だから」
というのが“その訳”になります。

No.3 回答者： doc_monday 回答日時： 2012/09/06 18:48

＃１様は物理の専門家ですので、通常反対したいとは思いませんが今回は反対したいと思います。

ＮＨ3^+の正しい記述法はＮＨ3^+.ラジカルカチオンです。

つまり非結合電子対の片方の電子が抜け落ちています。

それでもsp3の構造は残っています。平面にはなれません。平面になるにはＮＨ3^2+になるひつようがあるでしょう。

No.4 回答者： 101325 回答日時： 2012/09/06 23:19

> それでもsp3の構造は残っています。

CH4の結合電子対の片方の電子が抜け落ちて

　CH4 → CH3・ + H・

CH3ラジカルができたときにsp3の構造が残らないのと同じようなものだと考えてください。


> 平面にはなれません。

そのような実験結果があるのでしたら、教えていただけるとありがたいのですが。

http://link.aip.org/link/doi/10.1063/1.459941
のアブストラクトには
"... clearly shows the characteristics of a D3h planar structure with a 2A"2 ground electronic state, just like its isoelectronic case CH3 radical."
とあります。

http://resolver.caltech.edu/CaltechAUTHORS:BAWjc …
のアブストラクトには
"The spectral pattern indicates that NH3+ is a planar molecular with D3h symmetry, consistent with a 2A"2 ground electronic state."
とあり、本文中の表Vには、N-H結合距離も与えられています。