sp3混成軌道をとって結合している分子は、どれも軌道のなす角は、109.5°となるのでしょうか？

sp3混成軌道をとって結合している分子は、どれも軌道のなす角は、109.5°となるのでしょうか？

構成する原子によって、角度が、例えば10°とか、大幅に変わることはあるのでしょうか？

構成する原子にかかわらず角度がほぼ変わらないとしたら、私にはとても不思議に思えます。

質問者からの補足コメント

• 混成軌道についてのウィキペディアなど見てみると、sp3、sp2、sp混成軌道に対して、「なす角」が書かれています。
  
  構成する原子や原子団によって角度が変わるとしたら、なぜ定まった角度が記載されているのでしょうか？

    補足日時：2016/05/31 18:17

• この表のことです。

  
    補足日時：2016/05/31 18:18

No.10 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2016/06/04 09:52

こういうこと。

C以降のs²p²～s²p⁵ については、孤立電子対ができるために・・結合すると

No.9 回答者： Tacosan 回答日時： 2016/06/01 00:53

その表の上に

メタンの正四面体型形状で説明されているように、結合間の角度が混成軌道間の角度に（ほぼ）等しいため、軌道混成は分子形状を説明するのを助ける。
って書いてある. あくまで「ほぼ等しい」であって「常に同じ」ということではありませんよ.

あと, #8 にもあるように, 実際にはいろんな解釈ができます. 例えば単独の H2O 分子においては
O が持つ 2つの非共有電子対は非対称
(1つは H-O-H のなす面内にあるが, もう 1つはその面に垂直になっている) であることが知られています. これを混成軌道で説明すると, sp3 よりは sp2 の方が近くなっちゃうんだね.

No.8 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2016/05/31 19:25

あと一つ、忘れてはならないのは、あくまで混成軌道だ・・結合だと言っているのは、それだと説明できるというだけの話で、混成の程度自体が100%完全に混成しているとは限らない。

　そのために、「しばしば、混成の関与があるとするとこの結合角が説明できる」などと表現される。
　あくまで波動関数は説明の手段でしかないことを忘れないように。

No.7 ベストアンサー 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2016/05/31 19:04

そりゃそうです。

・・・（結合する前の）混成軌道であって結合軌道ではない。
・・
結合したら、そこにある原子核や孤立電子対がかかわって角度が変わる。

水は、sp³混成軌道のうち、二個は孤立電子対だけですが、残り二つは水素原子が入ったシグマ結合になる。孤立電子対は負電荷ですので反発するから、その影響で水素-炭素-水素の結合角は105度程度に歪んでしまう。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
たくさん回答ありがとうございました。

私がいくつか間違って理解していたものもあり、前回のお礼のコメントの欄にも変な書き込みをしてしまいました。

ウィキペディアなどに書かれている角度は、メタンなどを除けば、理論値であって、
結合する原子などにより、変わってくるのですね。

水分子も、sp3ではなく、sp混成軌道だと誤解していました。


しばらく、電子の軌道について勉強していますので、また質問すると思います。
よかったら、ご回答お願いします。

お礼日時：2016/05/31 19:20

No.6 回答者： NiPdPt 回答日時： 2016/05/31 18:58

厳密に109.5度になる結合はむしろ少ないです。

ほとんどの場合、少しずれています。
そもそも、sp3だから109.5度というのではなく、109.5度、もしくはそれに近い結合角になる説明として、sp3混成軌道の考え方が使われるということです。
したがって、「sp3混成軌道をとって結合している分子は、どれも軌道のなす角は、109.5°となるのでしょうか？」というのは話が逆です。
だとすれば、たとえば、結合角が90度に近い結合があった場合に、それをsp3と考えるかどうかという話になります。一つの考え方として、そういう結合はp性が高い軌道として説明することもあります。sp3が捻じ曲げられたものとして説明することも可能でしょう。仮に、その角度が100度であればどうかといっても、結局はその議論の延長です。だとすれば、習慣的にどのあたりまでを許容と考えるかという話であり、結局は解釈の問題だと思いますよ。
極端な話、sp3の理論上の結合角が109.5度であるというのであれば、それから少しでもずれれば完全なsp3ではないということも可能ですし、シクロプロパンのような60度の結合角のものをsp3をつかったbent bond（曲がった結合）として説明することも可能です。

No.5 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2016/05/31 17:52

それはあり得ない

３つの混成軌道に存在する他の原子が異なるとそれに反発や吸引が起きる。
たとえばメタンは、すべてプロトンがありますから、正確に4面体角ですが、水だと２個にプロトンが入りますから、電荷は幾分中和されて、孤立電子対どおしの反発で　104.15°、アンモニアだと105°ていどです。
　また大きな基がついていると、空間的な問題で角度が変わります。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

説明不足だったのかも知れませんが、同じ混成軌道での話です。

sp3混成軌道をとる分子のなす角は、どれも109.5°となるのか、
sp2混成軌道をとる分子のなす角は、どれも同じ角度になるのかということです。

どうなんでしょうか？

お礼日時：2016/05/31 18:14

No.4 回答者： 猫爺 回答日時： 2016/05/31 16:06

＞角度が、例えば10°とか、大幅に変わることはあるのでしょうか？

１０度は無理ですが、かなり変わると思っても間違いでは無い。そもそも結合はボール　アンド　スティックじゃなく電子雲でしかない、だから角度に厳密な意味など無い。
Ｘ線や中性子線回折で分子構造を厳密に決める事は出来るが、原子の中心を線分でつなぐのは科学とは言えません。

No.3 回答者： Tacosan 回答日時： 2016/05/31 08:28

propellane なんてのもあったな.

No.2 回答者： Tacosan 回答日時： 2016/05/31 00:47

tetrahedrane とか cubane とかはお好きですか?

No.1 回答者： むらさめ 回答日時： 2016/05/30 23:39

ならないです、sp3混成軌道の原子がすべて同じならそうですが、

1つとか2つとか3つとか他の原子や基が配置してくると、
それは原子や基の電荷特性に影響をうけて結合角が変化していきます。