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酸素の結合について

教えてください。

三重項の方が一重項よりも安定な理由を教えてくだい。

あと、酸素は二重結合だと高校では教わりましたが、あれはウソだったのでしょうか?

よろしくお願いします。

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A 回答 (6件)

#1さんの回答で十分ですね。

それ以降の回答は、私のこの回答も含めて、すべて蛇足です。

フントの規則、パウリの排他原理(あるいは排他律)、構成原理(Aufbau principle)、の三つについては、ネットで調べて済ますのではなく、きちんとした教科書で学んでください。


--- 以下は蛇足 ---

> 酸素は二重結合だと高校では教わりましたが、あれはウソだったのでしょうか?

ウソではありません。酸素分子は二重結合です。三重項基底状態の酸素分子が二重結合なのはもちろんですが、いわゆる一重項酸素も二重結合です。

ウソがあるとすれば、共有電子対が酸素分子には2組ある、というところですね。このようなウソをつくのが嫌いな人は、共有電子対の例として H:H, F:F, N:::N, H:O:H, などを挙げて、酸素分子には言及しなかったりします。そして、そ知らぬ顔で、価標で表すと H-H, F-F, O=O, N≡N, H-O-H となる、と酸素分子をこっそり紛れ込ませます。O::OはウソかもしれないがO=Oはウソではないので間違ったことはいっていない、ということなのでしょう。一方で、ウソと知りながら F-FはF:F, O=OはO::O, N≡NはN:::N, と教える人もいます。早熟な生徒に「ウソでは?」と聞かれたら、「うん、ウソだよ」と答えればよい、そして本当のところを教えてあげればよい、ということなのでしょう。ウソも方便です。

大学の化学の授業でしばしば使われる「ウソも方便」の例としては、構成原理があります。

エネルギー準位の低い軌道から順に電子を詰めていくと基底状態の電子配置が得られる、というのが構成原理ですけど、これはウソです。このウソを糊塗するために、3d軌道より4s軌道の方がエネルギーが低い、というウソをさらに重ねることが多いです。
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/4170566.html
典型元素だけで構成されている有機分子などでは構成原理がよく成り立ちますから、ウソも方便になります。3d軌道より4s軌道の方がエネルギーが低い、というウソは、私自身にとっては少し迷惑なウソなのですけど、化学を学ばなければならない大学生の数と遷移金属の化合物について学びたい学生の数との比を考えれば、仕方のないことだろうなとは思います。


>三重項の方が一重項よりも安定な理由を教えてくだい。

これについては理由は明確です。フント則で説明できます。計算するとそうなる、のではなく、フント則はある仮定の下で数学的に証明できます。「理論」が「無い」ということはないです。

ある仮定とは以下の二つです。
仮定1:分子軌道関数は(正準)ハートリーフォック方程式の解である。
仮定2:三重項状態を表す分子軌道関数と一重項状態を表す分子軌道関数は同じである。

何を言っているか分からない、解読不能の仮定にみえるでしょうけど、心配しなくてもいいです。大抵の人には理解できませんし、する必要もありません。大事なことは、量子化学と名のつく授業でもない限り、大学の化学の授業で使われる分子軌道はこの二つの仮定を満たしている、ということです。つまり、最も大事なことは、安心してフント則を使っていい、ということです。

それでもフント則には疑問が残る、ということであれば、例えば
佐甲徳栄「ヘリウム様原子におけるフントの第一規則の起源」日本物理学会誌 68, 358-365 (2013).
http://www.phys.ge.cst.nihon-u.ac.jp/~sako/Artic …
などの解説記事にチャレンジしてみて下さい。


> sp混成の寄与があるためwxとwx,xπは逆転している。

今の議論には無関係なので、わりとどうでもいいですが「厳密には間違っています」。

#2の図も#5の図も、軌道の縮退が明示されていないので、初学者には分かりにくいんじゃないかな、と思います。エネルギー準位図としては#5のリンク先のウィキペディアの図の方が分かり易いでしょう。軌道の順序も間違っていませんし。

ちなみに、ウィキペデアの図も厳密には間違っています (今の議論に関係なくもないけど少し専門的なお話).
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 私たちの世代は高校でs,p,混成軌道もイメージだけは習っていて、大学一年でこのあたり学びました。

もう何十年も前。記憶に間違いがあるかも。

 典型元素の2周期目はとても重要--私は有機--なので・・・
 u,v,w,x,yはエネルギー順位の順番で、σπは接合の形・・
 sp混成の寄与があるためwxとwx,xπは逆転している。

 電子は一番下のzσから入っていく。
 N₂は、wσ²,xπ⁴で三重結合で最も強い 反磁性
 O₂は、wσ²,xπ²で弱い vπに2個の電子があるため常磁性
 F₂は、wσ²で最も弱い 反磁性

 ここにも、それがなぜ三重項なのかの説明がある
 ⇒一重項酸素 - Wikipedia( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%80%E9%87%8D% … )
 一応同じ事書いてあってほっとしてる。それこそ何十年も前の記憶なので自信なかったが(^^)
 ただ前の図で、zσが二つあるのはミスです。上はyσです。
「酸素の結合について」の回答画像5
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#2のお答えが適切ですが、最初の一行が分かりにくい。


三重項で二重結合だよ、と云う事なのですが、等価記号(イコール)で結んだので、意味不明になった。

図の方は、描き慣れて居られぬ様で、無茶苦茶分かりにくい。
無視して下さい。

>三重項の方が一重項よりも安定な理由を教えてくだい。
これについては未だに理由が不明、フント則は疑問が一杯。計算するとそうなるのは確か。だが「理論」が「無い」。

>あと、酸素は二重結合だと高校では教わりましたが、あれはウソだったのでしょうか?
はっきり言ってウソ。
だが、図で分る様に、いやわからんだろうな、説明がないもん。
π結合軌道に四電子、でσ軌道と合せると、三重結合、そこにπ*の反結合軌道に、平行なスピンの二電子が入って、結合を打ち消す。
それで、
1+2-1=2
で二重結合、
これを化学がメインで無い人に説明して、理解して貰えますか?
絶対無理。
大学の分子軌道法を習わないとさっぱりわからない。
私も納得したのは大学院でギリギリ苛められて、突如「あ、なんだ当たり前じゃん」となるまで、鬱々としてました。
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「一重項/三重項」という概念と「単結合/二重結合」という概念はまったく別個のもの.



「一重項」とか「三重項」とかは (大雑把にいうと) 「スピンがペアにならない電子が何個あるか」を表すものだと思っていい. #2 の図を借りると, N2 や F2 はすべての電子がペアになってるから一重項だし, O2 はペアにならない電子が 2個あるので三重項.

一方「単結合」や「二重結合」などは (これも大雑把にいうと) 「結合の強さ」の指標. 結合に関与する原子が同じなら, 単結合より二重結合の方が強いと思っていい.

ということで全く別の見方である以上, 例えば「一重項であるような二重結合」や「単結合だけど三重項」も存在する.

ちなみに #2 の図は厳密には間違っています (ただし今の議論には無関係).
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三重項=二重結合です。


 視点によって呼び名が変わる。

同族元素同士の二原子分子の分子軌道は、次のように考える。
N₂~F₂は次のように考える。

N₂ π軌道が二個とσ結合で三重結合
O₂ π結合は反結合軌道で打ち消されてπ結合1個とσ結合で二重結合
F₂ σ結合一つ残る。一重結合
「酸素の結合について」の回答画像2
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嘘か本当かは誰にも分かりませんが


計算では
酸素分子の結合次数B.O.を計算すると
B.O.=(結合性の電子-反結合性の電子)/2
=(10-6)/2=2
で、簡単にゆうとこれが結合の数ですね。

フント、パウリ、構成原理などに従って
電子を入れていくのが最も安定です。
よって三重項が安定です。
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Q一重項酸素と三重項酸素の違いを簡単に教えてください

一重項酸素と三重項酸素の違いが知りたいです。
量子力学で習うスピンという物が重要とはわかっているのですが量子力学は習ってないのでスピンというものがわかりません。
一重項酸素の方が反応性が高いということでエネルギーが高いというのは知っているのですが、根本的な違いがわかりません。たとえばルイスの電子構造式で表したら同じなのでしょうか???
どなたか簡単に説明していただけませんか?
お願いします。

Aベストアンサー

基本的に「量子化学無し」で一重項と三重項を区別するのは「無理」です。
#2のお答えが最も適切だと思いますが、正しくは三重項酸素のルイス構造は、三重結合がある、
 ‥  ‥
・O:::O・
となり、オクテットからはずれています。
両方の酸素にある不対電子が「縮重軌道」に関する「フント則」により同方向に揃って「反結合軌道」に入っているため、1/2+1/2=1のスピンを持ち、三重項となります。また反結合軌道に二つの電子が入っているため三重結合の一結合分が「無効」化されます。
一重項の酸素一番下の構造はルイス構造で描くと、
 ‥  ‥
・O:::O(・)
になります。カッコ内の電子はさらに高い順位へ昇っています。その場合「縮重」が解けて「フント則」が適用されなくなり不対電子二つが逆平行になるため、1/2+(-1/2)=0、となり一重項になります。
と、このように量子化学を使わないと全然意味が分かりません。

Q酸素分子の電子について

 活性酸素についての本を読んでいると、「酸素分子は原子核2個、その周りに16個の電子が回っている」とあり、これは理解できるのですが、続けて「電子の回る軌道は小型2個、中型5個、大型2個の計9個あり、2個の電子が不対電子になっており不安定な状態となっている」とあり、この部分が理解できません。
 Q1.酸素分子は2組の共有電子対による二重結合をしており不対電子はないはずですが、2個の電子が不対電子になっているとはどいうことなのか?
 Q2.電子の回る軌道は1個の原子核の周りを電子が回っている時にはK殻、L殻、M殻、N殻の電子殻がありますが、分子の場合には小型・中型・大型と変わるのでしょうか?
 高校レベルの教科書を参考にしながら、活性酸素の本を読んでいる社会人です。どうか宜しくお願い致します。

Aベストアンサー

>>高校レベルの教科書を参考にしながら、活性酸素の本を読んでいる社会人です。どうか宜しくお願い致します。
それじゃ分からないのは無理もないです。
>>「三重項酸素(O2)は炭素(C)から2個の電子を奪って O2+C→CO2 となる」
これはほとんど「詐欺」のたぐい。
単純なボーア近似のモデルで説明できますが、実際には永遠の研究テーマですので「正しい説明」はありません。(この際言い切っちゃう)大体水素分子だって説明できてないんだから。
だから、以下の解説は単なる「説明」。
さて酸素原子にはK殻(1)に2つの電子、L殻(2)の球対称軌道(2s)に2つの電子、同じくL殻の軸対称かつ面逆対称の∞型した軌道(2p)に4つの電子が入っています。
このうちL殻に入っている6つの電子を使って酸素原子二つが結合し酸素分子を作っています。
この際SATA_YUKI様がおっしゃるように::O=O::になれば幸せなのに、何が悲しいのかそうなりません。
実際には[・:O≡O:・]と[・::O-O::・]が混ざった状態にいます。どちらも酸素原子の周りの電子は7つずつ、オクテット則などクソ食らえとおっしゃっております。
だけどフント則(不対電子が複数ある時はスピンがそろっている(同じ方向を向いている、あるいはみんな+かみんな-かになる)方が安定だ)には従うためスピン数は、電子1個で+1/2か-1/2かなのでこの際そろうと+1(-1側はふつう使わない)になります。スピン多重度はスピン数の2倍足す1という表現になるので多重度3これを三重項状態と呼びます。
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酸素は化合物の水素を引き抜いてさらに活性なヒドロペルオキシラジカル(HOO・)になりこれが解離するとスーパーオキシド(スーパーオキサイド)陰イオンラジカル(・OO-)となります。(このあたりになると、留学中のテーマだから力(リキ)はいっちゃう。爆)こいつは体内でスーパーオキシドディスムターゼ(SOD)で分解され最後は酸素と水になります。うん、活性酸素らしくなってきたぞ。(笑)
>>小型2個、中型5個、大型2個の計9個あり
ほとんど謎解きですね。小型二個は分かりますK殻(1)のこと、結合に関与してない。中型五個は多分[・::O-O::・]の形の結合軌道と非共有原子対、そして大型2個は不対電子が入っている軌道二つではないでしょうか。他の可能性もあるけどこれ以上の解釈は意味なし。分からなければ、追加質問して下さいねー。
<(_ _)>

>>高校レベルの教科書を参考にしながら、活性酸素の本を読んでいる社会人です。どうか宜しくお願い致します。
それじゃ分からないのは無理もないです。
>>「三重項酸素(O2)は炭素(C)から2個の電子を奪って O2+C→CO2 となる」
これはほとんど「詐欺」のたぐい。
単純なボーア近似のモデルで説明できますが、実際には永遠の研究テーマですので「正しい説明」はありません。(この際言い切っちゃう)大体水素分子だって説明できてないんだから。
だから、以下の解説は単なる「説明」。
さて酸素原...続きを読む

Q酸素分子について

ネットで調べものをしていると、
 「酸素分子の分子軌道は、2p軌道の計8個は、もともと対になっている4個(2組)と共有されて対になった2個と、対になっていない2個という配置になる」
という文章を見つけたのですが、(ウィキペディア)

対になっていない2個は、対になって、OとOの間で2重結合になると思っていたのですが、ならないのでしょうか?

対にならないとしたら、酸素分子は、 O2^2- (マイナス2価)
になってしまうのではないでしょうか?

よろしくお願い申しあげます。

Aベストアンサー

質問の意味がわかりません。軌道と点電子構造の関係性は主に主量子数のみ考えるべきだと思います。

酸素原子は

1s^(2)、2s^(2)、2p^(4)
=K殻に2個、M殻に6個

であり、等核二原子分子になる際に(酸素分子)、s軌道とp軌道が混成します。結合の数は、結合次数で決まります。

酸素分子

δ1s^(2)、δ※1s^(2)、δ2s^(2)、δ※2s^(2)、π2pz^(2)、π2px^(2)、π2py^(2)、π※2px^(1)、π※2py^(1)


結合次数=(結合性軌道にある電子数-反結合性軌道にある電子数)÷2
    =(10-6)÷2
    =2

点電子構造
 ‥ ‥
:O=O:

よって、二重結合で安定化します(オクッテド則)。
以上より「対になっていない2個という配置になる」というのはπ※2px^(1)、π※2py^(1)のことです(フント・パウリの規則)。

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。
初心者にも分かる程度にご教授お願いいたします。

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電子配置について

Ni2+(ニッケルイオン)の電子配置と不対電子を示せという問題で僕は、[Ar]3d64s2と考えたのですが・・・答えは[Ar]3d8となっています。電子軌道は4s軌道が満たされてから3d軌道に入るのではないのですか?よくわからないので教えてください。

Aベストアンサー

> 電子軌道は4s軌道が満たされてから3d軌道に入るのではないのですか?
中性の原子では、そうなりますね(CrとCuは例外)。
ですけど、イオンではそうはならないです。

■考え方その1
遷移金属の陽イオンでは、3d軌道が満たされてから4s軌道に入る、と考えます。これらのイオンの4s軌道はふつう空っぽになりますから、第4周期の1族~12族の金属イオンでは、
 3d電子の数=族番号-イオンの価数
という公式が成り立ちます。

■考え方その2
あるいは、中性の原子を基準に考えて、
 軌道から電子が抜けるときには、4s軌道から先に抜ける。
と覚えるのもいいです。

■Ni2+の場合
はじめの考え方に従うと、ニッケルは10族、イオンの価数は2なので、
 3d電子の数=10-2=8
となって、電子配置は[Ar]3d8になります。
 二番目の考え方では、中性のニッケル原子の電子配置[Ar]3d84s2から、電子を2個抜いたのが2価ニッケルイオンなので、4s軌道から電子を2個抜くと、イオンの電子配置は[Ar]3d8になります(Ni3+ならNi2+の電子配置からさらに1個電子を抜いて、[Ar]3d7になります)。

■考え方が破綻する例
Ca+,Sc+,Ti+,V+,Mn+,Fe+,Co+,Ni+,Zn+では、これらの二つの考え方から導かれる答えは一致しません。例えば、考え方その1ではNi+の電子配置は[Ar]3d9になりますが、考え方その2ではNi+の電子配置は[Ar]3d84s1になります。しかしこれらの1価の陽イオンは、きわめて特殊な条件下でしか生成しませんので、通常これらの電子配置が問題になることはありません。
 第4周期の1族~12族の1価金属イオンで重要なものは、K+とCu+です。この二つのイオンに関しては、考え方その1でも考え方その2でも、正しい電子配置を与えます。

■なぜ中性原子とイオンで電子の詰め方が変わるのか?
カリウム(原子番号19)とカルシウム(原子番号20)では、4s軌道の方が3d軌道よりもエネルギーが低いのですけど、じつは、原子番号が20より大きい原子では、エネルギーの順序が逆転して、4s軌道よりも3d軌道の方がエネルギーが低くなります。
 ですので、「エネルギーが低い軌道から電子を詰めていく」というルールに従えば、Sc,Ti,V,Cr,Mn,...では、4s軌道よりも先に3d軌道に電子を詰めていくことになるのですけど、こうやって作った電子配置は、中性原子(と多くの一価イオン)では、正しい電子配置にはなりません。つまり、原子番号が20より大きい中性原子では、「エネルギーが低い軌道から電子を詰めていく」というルールだけでは、正しい電子配置を予測することができません。
 この困難を乗り越えるためには、本当ならば、「電子と電子の間に働くクーロン反発力」を考えに入れなければならないのですけど、これが結構めんどうな話になります。そこで、めんどうな話を避けるために、少し反則気味なのですけど、「エネルギーが低い軌道から電子を詰めていく」というルールだけを使って正しい電子配置を予測できるように、『原子番号が20より大きい原子でも、4s軌道の方が3d軌道よりもエネルギーが低い』ということにしておいて、4s軌道が満たされてから3d軌道に電子が入る、という説明がなされます。
 陽イオンでは、中性原子に比べて電子が少なくなっていますので、電子と電子の間に働くクーロン反発力は、中性原子のそれと比べて小さくなります。そのため、クーロン反発の話を無視しても、正しい電子配置を得ることができます(一価の陽イオンは除く)。本来、4s軌道よりも3d軌道の方がエネルギーが低いのですから、3d軌道が満たされてから4s軌道に電子が入る、ということになります。

■まとめ
中性原子では、4s軌道の方が3d軌道よりもエネルギーが低いので、4s軌道が満たされてから3d軌道に電子が入る。
陽イオンでは、4s軌道よりも3d軌道の方がエネルギーが低いので、3d軌道が満たされてから4s軌道に電子が入る。
中性原子と陽イオンで軌道の順序が変わるのは、電子と電子の間に働くクーロン反発力が陽イオンでは小さくなるからである。

> 電子軌道は4s軌道が満たされてから3d軌道に入るのではないのですか?
中性の原子では、そうなりますね(CrとCuは例外)。
ですけど、イオンではそうはならないです。

■考え方その1
遷移金属の陽イオンでは、3d軌道が満たされてから4s軌道に入る、と考えます。これらのイオンの4s軌道はふつう空っぽになりますから、第4周期の1族~12族の金属イオンでは、
 3d電子の数=族番号-イオンの価数
という公式が成り立ちます。

■考え方その2
あるいは、中性の原子を基準に考えて、
 軌道から電子が...続きを読む

Qガソリンは混合物で有機化合物??

危険物取扱者の勉強をしてます。
あるテキストを読んでいたら、ガソリンは化合物ではなく混合物である、との記述があり、その後第四類危険物(二硫化炭素を除く)は有機化合物であるとの記述がありました。ガソリンは第四類危険物に含まれるので有機化合物ということになり、結果的にガソリンは混合物であり有機化合物であるということになります。
このことは矛盾しないのでしょうか?学生時代より化学の成績の方はさっぱりでしたので混乱しています。

Aベストアンサー

>有機化合物はどれかという選択設問で、ガソリン、あるいは灯油等を選択した場合は不正解ということでしょうか?
 他の選択肢を見てみないとわかりません。
 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 ただ、化学ではガソリンや灯油は有機化合物ではありません。あくまで、「いくつかの有機化合物と無機化合物などを含んだ混合物」です。
 ただ出題者が正確な定義を知らない可能性もある--その可能性が大なので--問題の全体を見て判断するしかないでしょう。

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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。

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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。

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分子結晶と共有結合の結晶の違いは?

分子結晶と共有結合の結晶の違いはなんでしょうか?
参考書を見たところ、共有結合の結晶は原子で出来ている
と書いてあったのですが、二酸化ケイ素も共有結合の
結晶ではないのですか?

Aベストアンサー

●分子結晶
分子からなる物質の結晶。
●共有結合の結晶
結晶をつくっている原子が共有結合で結びつき、
立体的に規則正しく配列した固体。
結晶全体を1つの大きな分子(巨大分子)とみることもできる。

堅苦しい説明で言うと、こうなりますね(^^;
確かにこの2つの違いは文章で説明されても分かりにくいと思います。

>共有結合の結晶は原子で出来ている
先ほども書いたように「原子で出来ている」わけではなく、
「原子が共有結合で結びついて配列」しているのです。
ですから二酸化ケイ素SiO2の場合も
Si原子とO原子が共有結合し、この結合が立体的に繰り返されて
共有結合の物質というものをつくっているのです。
参考書の表現が少しまずかったのですね。
tomasinoさんの言うとおり、二酸化ケイ素も共有結合の結晶の1つです。

下に共有結合の結晶として有名なものを挙げておきます。

●ダイヤモンドC
C原子の4個の価電子が次々に4個の他のC原子と共有結合して
正四面体状に次々と結合した立体構造を持つのです。
●黒鉛C
C原子の4個の価電子のうち3個が次々に他のC原子と共有結合して
正六角形の網目状平面構造をつくり、それが重なり合っています。
共有結合に使われていない残りの価電子は結晶内を動くことが可能なため、
黒鉛は電気伝導性があります。
(多分この2つは教科書にも載っているでしょう。)
●ケイ素Si
●炭化ケイ素SiC
●二酸化ケイ素SiO2

私の先生曰く、これだけ覚えていればいいそうです。
共有結合の結晶は特徴と例を覚えておけば大丈夫ですよ。
頑張って下さいね♪

●分子結晶
分子からなる物質の結晶。
●共有結合の結晶
結晶をつくっている原子が共有結合で結びつき、
立体的に規則正しく配列した固体。
結晶全体を1つの大きな分子(巨大分子)とみることもできる。

堅苦しい説明で言うと、こうなりますね(^^;
確かにこの2つの違いは文章で説明されても分かりにくいと思います。

>共有結合の結晶は原子で出来ている
先ほども書いたように「原子で出来ている」わけではなく、
「原子が共有結合で結びついて配列」しているのです。
ですから二酸化ケイ素Si...続きを読む

Q一重項と三重項のエネルギー的安定性

一重項は二つの不対電子(スピン)が逆平行の向きに、三重項は平行の向きに存在している、ということを学んだんですが、どうやら燐光(系間交差)の話でそれぞれの軌道のエネルギーは一重項>三重項のようです。

スピンの向きを見る限り、同じ向きより逆平行の向きの方が、互いに相殺し合ってエネルギー的に安定(つまり一重項<三重項)のように感じますが、なぜでしょう?

Aベストアンサー

スピンの向きが直接エネルギーにかかわるためには磁界が必要です。
磁界が無い時には、スピンの向きはエネルギーとは関係ありません。

3重項(つまり2つの電子のスピン状態が一緒)のほうがエネルギーが低くなる原因はパウリの排他律と考えると判りやすいです。

つまり、
スピン状態が同じ電子は近くに寄れない(パウリの原理)ため、
その分電子間の静電斥力が小さく、エネルギー的には低い準位が得られます。

一方、異なるスピン状態の電子はスピンについてはパウリの原理によらず自由に接近できるため、その分、静電斥力が多くなり、
エネルギー的には高い準位が形成されます。


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