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はじめまして。

現在相互作用と結合の違いについて知りたいと考えているのですが、
このふたつって明確な定義があるのでしょうか。

相互作用が強いものが結合と呼ばれる
というふうに書いてあるものが多いのですが、
これは結合エネルギーが○○以上なら結合
というような線引きはあるのでしょうか。

よろしくお願い致します。

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A 回答 (4件)

>単原子の場合はレナードジョーンズポテンシャルの引力部分に、 説明していただいた部分が含まれているということでしょうか。



それから#3のお答え。

これを見て、私はお話を止めることにしました、御免なさい。

理由は簡単です、あなた様は完全に「古典論」で話されています、もちろん「レナードジョーンズポテンシャル」を私の話しに含めても良いのですが、図が描けないので説明がムツカシイのです。

私は出来るだけ「準量子論」(準と云うのは私の説明は専門家から見ると「また半端な量子論振りかざすアホが出たなと」思われるから)一本で話しを進めようと思って居ました。

原子軌道→(疑似)分子軌道→結合軌道と反結合軌道の順位図→フロンティア電子軌道、で反応まで進みます。
(疑似)分子軌道の処で、疎力を扱うつもりでした、初回のお答えがそれです。
この辺はフロンティア電子の話しを先にする事も出来ました。
レナードジョーンズポテンシャルは「無視」する積もりでした。
量子論はあくまで順位の数値解だけですので、空間的連続性を主張するレナードジョーンズポテンシャルと馴染みが悪いのです。

最後に
>例えば双極子相互作用で物質同士が(弱く)くっついていたりしている場合もありますよね?
これは「結合」と呼ばないのはなぜなのか
これも結合に加えて構わないのです、だが結合強度が閾値(これも恣意的過ぎますが)を越えている時間が短か過ぎるので、これまで加えると「何でも」結合になって仕舞うので除外されているとお思い下さい。
なお「水素結合」も単一の結合だけに注目すると、結構結合時間は短いですが、結合の強度が平均すると閾値を超えている時間が長く、結合が切れても直ぐ別の分子、あるいは元の分子と再結合するし、純水では水分子はほぼ1.5個の水素結合を常に保持しているので、水素結合として「別格」に扱われるに足る「理由」を持って居ます。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

私も一応量子化学を勉強していますので、
フロンティア軌道など簡単な専門用語を出されてもついていけると思います。

もしお暇があれば詳細を教えていただくことは可能でしょうか。

よろしくお願いします。

お礼日時:2014/07/31 11:20

 静電相互作用 - Wikipedia(

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9D%99%E9%9B%BB% … )
 ですね。
・イオン間相互作用
・水素結合
・双極子相互作用
・ファンデルワールス力
 をまとめてそう呼びます。力の大きさの目安は、下にいくにしたがって×1/10程度に下がります。

一方化学結合と言う場合は
分子(あるいは金属)の内部構造を構成する化学結合
 ・共有結合(非金属-非金属)
 ・配位結合
 ・金属-金属間結合
分子(もしくは原子)およびその集団(配位結合など)を構成する化学結合
 ・イオン結合(非金属-金属)(配位結合による多原子イオン)
 ・金属結合
 ・水素結合
 ・ファンデルワールス結合

をすべて含めて考えます。
>相互作用が強いものが結合と呼ばれるというふうに書いてあるものが多いのですが、
それはないでしょう。
 その結合の根源に合わせて、「ファンデルワールス結合」と言いますが、「ファンデルワールス結合」が強いわけではない。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

例えば双極子相互作用で物質同士が(弱く)くっついていたりしている場合もありますよね?
これは「結合」と呼ばないのはなぜなのか
ということが知りたいです。

よろしくお願いします。

お礼日時:2014/07/29 10:58

#1です、ファン・デル・ワールス力まで御存知だと、こちらも背筋を伸ばさねばなりませんね。


どなたか物理化学に精通した方に助けて欲しいですが、一応不幸な場合を想定して始めます、多分今回だけでは終わりません、運が悪いと三回ほど掛かりますし、それでも完全ではありません、
ファン・デル・ワールス相互作用の「言葉」だけの説明は「気が狂う程変」で量子論と統計力学の知識を必要とする筈です。
最初に、ファン・デル・ワールス半径の定義から始めます、私も十五年前まで「定義無し」で使っていました、今想い出すと恐いです。
面倒なので単原子分子で説明します、拡張は容易ですから考えてみて下さい。
ファン・デル・ワールス半径の定義、ある原子(分子)が「剛体」であると仮定したとき、求まる半径です。
だから、凝集したときは最密充填になります。また原子核同士がファン・デル・ワールス半径の二倍より接近したら、定義からその原子(分子)間には「引力」が存在しなければなりません。
此処まではお分かりでしょうか、単原子分子で説明したのは多原子分子だと「部分が回転すればもっと近くに寄れる」可能性があるからです。
双極子相互作用の引力で近付いても、一次近似ではファン・デル・ワールス半径より近づくことは出来ません、だが双極子であると言うことは「最低」でも「二種類」の異なった原子から成ることを意味します。
+ー-が最も「安定な形で」並べば剛体近似は既に使えません、+部分は-部分と引き合いますからファン・デル・ワールス半径の和よりも原子核は近付くはずです、この場合前回述べた電子の移動が無視出来なくなり、分子間化合物(ドナーとアクセプター)に似た作用が起きている筈です。(今回はここまで)
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この回答へのお礼

ご丁寧にありがとうございます。

単原子の場合はレナードジョーンズポテンシャルの引力部分に、
説明していただいた部分が含まれているということでしょうか。

今のところはついていけています。
お時間があるときに続きをご教授ください。

よろしくお願いします。

お礼日時:2014/07/29 10:55

>現在相互作用と結合の違いについて


済みません、ご質問を見ただけで、疲れ果てました。
余りにも「国語」能力が無い奴らが、相互作用について説明しています。
相互作用は化学では「定義」されていませんなぜなら、普通名詞だからです。

人間関係でも物理現象でも何にでもあります。
相互作用には「疎力」と「引力」があります。

分子同士が跳ね返るのは他の分子の「疎力」軌道に電子が押し込まれたからです、
結合するのは他の分子の「結合」軌道に電子を供給した「結果」で、その時の結合力が他の「疎力」を超えれば「安定」に存在出来る事になり、結合が出来た事になります。
但しその「強度」は千差万別、例えばアルゴン原子(単原子分子)がぶつかったとき、衝突速度で結合は切れるか切れないか決まります。

ですから、
>結合エネルギーが○○以上なら結合
の様な基準はありません。
あったら、全ての化学結合は同じ強度だと主張する様なものです。
H-H結合とCl-Cl結語の強度は異なります、
そして強度は温度に依存します、
ボルツマン分布を見て下さい。

あーあ疲れた、
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
相互作用と結合に線引きがないことは分かりました。

ただよいまいち理解していないのは、その違いについてです。
doc_somdayさんのお話によると、相互作用が働いた結果、結合になるということでよろしいでしょうか。
つまり、引力の相互作用(ファンデルワールスや双極子相互作用など)によって近づいた分子が
電子を共有すればそれは結合(共有結合、水素結合など)になっているということでしょうか。

よろしくお願い致します。

お礼日時:2014/07/28 19:28

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静電相互作用は
・イオンーイオン
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・双極子ー双極子
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Q電子配置について

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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。

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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、
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■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、
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ロンドンの式を使うと分子間の相互作用エネルギーは

(1)  E(AB) = -(3/2)*IA*IB/(IA+IB)*αA*αB/r^6 = -(3/2)*CAB/r^6
(2)  E(AA) = -(3/2)*IA*IA/(IA+IA)*αA*αA/r^6 = -(3/2)*CAA/r^6
(3)  E(BB) = -(3/2)*IB*IB/(IB+IB)*αB*αB/r^6 = -(3/2)*CBB/r^6

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よって

E(AB) ≒ -(3/2)*√(CAA*CBB)/r^6
   = -√[E(AA)*E(BB)]

となります。

分散相互作用の他に双極子-双極子相互作用があると、近似は悪くなります。またロンドンの式そのものが近似式ですので、よい精度で成り立つ関係式というよりも、『算術平均を使うくらいなら幾何平均を使う方がよい』という程度の関係式と考えるほうが安全かもしれませんね。

分子間力として分散力を考えます。
ロンドンの式を使うと分子間の相互作用エネルギーは

(1)  E(AB) = -(3/2)*IA*IB/(IA+IB)*αA*αB/r^6 = -(3/2)*CAB/r^6
(2)  E(AA) = -(3/2)*IA*IA/(IA+IA)*αA*αA/r^6 = -(3/2)*CAA/r^6
(3)  E(BB) = -(3/2)*IB*IB/(IB+IB)*αB*αB/r^6 = -(3/2)*CBB/r^6

のように表されます。ここで、IA, IB はそれぞれ分子A,Bのイオン化エネルギー、αA,αB は分子A,Bの分極率、rは分子間距離です。

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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。
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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。

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Q共有結合の軌道間相互作用

等核二原子分子B2,C2;,N2等では2s軌道と2p軌道のエネルギー差が小さく、その相互作用が分子軌道のエネルギー準位に大きな影響を与える。
つまり2s軌道由来(2s-2s)のσ結合、2p軌道由来(2p-2p)のσ結合に、2s-2pのσ結合が影響する。

この時、エネルギーの低い2s軌道由来のσ結合、σ*結合はエネルギー準位が押し下げられ、2p軌道由来のσ結合、σ*結合はエネルギー準位が押し上げられる。

以上が無機の教科書で述べられていることなのですが、「この時」以降の意味がわかりません。何方かご教授願います。

Aベストアンサー

画像付きで。
等核二原子分子の話ですが、まず通常のようにそれぞれの軌道が相互作用してMOができます。
これが「この時」の話です。
それから、同じ対称性の軌道が二次で混合します。(これを「軌道混合」と呼びます)
ここではB2分子を例に考えます。
1sは相互作用して2つのMOができますが、結合性軌道1sσgと反結合性軌道1sσuが相殺されるため、無視します。
(1sと2s以上はエネルギー差が大きいので軌道混合はしないということにします)

まず結合性軌道2sσgには、同じ対称性の2pσgが同位相で混合して中心近くの軌道の重なりが大きくなり、エネルギーが下がります。
反結合性軌道2sσuには2pσuが逆位相で混合し、エネルギーが下がってほぼ非結合的になります(孤立電子対)。
結合性軌道2pσgには2sσgが逆位相で混合し、エネルギーが上がってほぼ非結合的になります(孤立電子対)。
これにより、2pσgは2pπgを追い越し、エネルギー順序が逆転します。
反結合性軌道2pσuは2sσuが逆位相で混合し、エネルギーが上がってかなり反結合的になります。
2pπは混合する相手がいないため、エネルギーは変わりません。

こんな感じでしょうか。
だいたいNまではエネルギーの逆転が起こり、Oからは起こらなくなってきます。
手書きですいませんが、お許しください。

画像付きで。
等核二原子分子の話ですが、まず通常のようにそれぞれの軌道が相互作用してMOができます。
これが「この時」の話です。
それから、同じ対称性の軌道が二次で混合します。(これを「軌道混合」と呼びます)
ここではB2分子を例に考えます。
1sは相互作用して2つのMOができますが、結合性軌道1sσgと反結合性軌道1sσuが相殺されるため、無視します。
(1sと2s以上はエネルギー差が大きいので軌道混合はしないということにします)

まず結合性軌道2sσgには、同じ対称性の2pσgが同位相で混合して...続きを読む


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