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(1)エタンは自由に回転できるけどエチレンは自由回転できないのはどうしてですか?
(2)エチレンのHはC=Cと同一面にあるがエタンのHはC―Cと同一面にないのはなぜですか?
(3)エタンがC-Cを軸に回転するときの回転角度と分子のエネルギー関係はどうなっているのですか?

3つの内どれか一つでもわかったら教えてください!!謎が多くて勉強が進みません・・。

A 回答 (3件)

どこでも通用する模範解答を書きます。



(1) エチレン分子の炭素原子間には,回転障壁の高いπ結合が存在するから。

(2) エチレン分子の炭素原子は C3v 対称の sp2 混成軌道によってσ結合を形成しており,また (1) で述べた通り炭素原子間には回転障壁の高いπ結合が存在するため,その分子構造は平面構造となる。一方,エタン分子内の炭素原子は Td 対称の sp3 混成軌道によってσ結合を形成しているため平面構造にはならない。

(3) 立体配座がシン型の時にエネルギーは極大値を示し,アンチ型の時に極小値を示す。


> たまねぎの例がすっごいわかりやすかったです!!

分子模型などのモデルは,限られた実験結果のみを説明するために作られた物です。モデルはモデルでしかないため,モデルを用いて現実を説明することは避けたほうが無難です。これは一般論です。

現に,二重結合というのは同じ結合が二本あるのではなく,σ結合とπ結合という全く異なる結合が一つずつ存在しています。このうちσ結合は自由に回転できπ結合だけが回転しづらくなっています。どうでしょう? モデルとはかけ離れていませんか?

> すみませんが(3)がちょっとむずかしくて理解できないです。

今回の質問内容とは無関係な回答ですので,理解できないのは当然です。そもそも,分子の回転遷移のエネルギーはマイクロ波領域であり,赤外線は振動遷移です。
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(1)回答済みなので、省略



(2)2重結合状態では、互いに約60°ずつ離れた状態が、もっとも互いに離れた状態になります。4つの電子がもっとも離れる状態になるのは、三角錐の頂点に水素が来た状態です。
(ちなみに2結合をなすπ結合は8の字のような軌道を取ります)

(3)C-Cボンドは、1450カイザー(センチメートルの逆数)付近のエネルギーを、C-Hボンドは2900カイザー付近のエネルギーが回転・収縮に用いられます。
 このような性質を用いて、赤外線吸収スペクトル法でどのような結合があるか確認試験を行う方法もあります。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。2重結合のもっとも離れた状態を初めて知りました♪すみませんが(3)がちょっとむずかしくて理解できないです。もう少し簡易な説明があったらお願いします。

お礼日時:2004/08/05 13:36

分子模型というのをご存知ですか?なければイメージでも構わないのですが。

実際に組み立ててみればすぐに答えが出ますよ。

(1):例えばたまねぎ二つを1本の串で挿した場合と2本挿した場合、自由回転できるのはどちらか。それが答えです。

(2):軌道が関わってくるんですが…他の方の回答を待ってください。

(3):同じ原子は互いが近づくことを嫌います。例えば水素原子を磁石のN極と仮定してみてください。C-C結合を回転させてみて、どのポジションがエタンの水素原子6つの距離が遠くなるのか。それが答えです。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。直接答えでわなく問題形式で教えて頂いて楽しく考える事ができました。たまねぎの例がすっごいわかりやすかったです!!

お礼日時:2004/08/05 13:25

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Qエタンとエチレンとアセチレン

エタン、エチレン、アセチレンはそれぞれ炭素間が1重、2重、3重結合していますよね。
でもエチレンとアセチレンはエタンの結合エネルギーの2倍、3倍にならないのはなぜでしょうか?
わかる方、よろしくお願いします。

Aベストアンサー

高校生だとして答えます。
二重結合の結合エネルギーが一重結合の2倍にならない理由を聞いているわけですね。教科書に載っている値では2倍よりも小さくなっているはずです。二重結合と三重結合の差は一重結合と二重結合の差よりも小さいです。
普通ここまで問題にする高校生はいないので感心しています。

この値からわかることは最初に原子と原子を結びつけている結合が強いということです。二重結合と3重結合はその補強のような形になっています。二重結合を持っている化合物はその場所で反応が起こりやすくなります。付加反応が起こります。酸化剤が働く場所もここからです。でもふつう結合が切れるところまで行きません。
では結合はどう違うのかというところに関係するのが#1,#2の方の言われているσ結合、π結合です。これは結合の性格が異なると言うことを表している記号だと思って貰うといいです。

教科書で有機化学のところのエチレン、アセチレンの反応を見て下さい。色んな反応が載っています。でもエタンはあまり反応例が載っていないと思います。反応の起こるとっかかりがないのです。二重結合は開きやすい。一重結合は丈夫だということになります。

このことがあってベンゼンC6H6の丈夫さが問題になったのです。普通の二重結合ではないという考え方が出てきました。

高校生だとして答えます。
二重結合の結合エネルギーが一重結合の2倍にならない理由を聞いているわけですね。教科書に載っている値では2倍よりも小さくなっているはずです。二重結合と三重結合の差は一重結合と二重結合の差よりも小さいです。
普通ここまで問題にする高校生はいないので感心しています。

この値からわかることは最初に原子と原子を結びつけている結合が強いということです。二重結合と3重結合はその補強のような形になっています。二重結合を持っている化合物はその場所で反応が起こりや...続きを読む

Qミラー指数:面間隔bを求める公式について

隣接する2つの原子面の面間隔dは、ミラー指数hklと格子定数の関数である。立方晶の対称性をもつ結晶では

d=a/√(h^2 + k^2 + l^2) ・・・(1)

となる。

質問:「(1)式を証明せよ」と言われたのですが、どうすれば言いかわかりません。やり方を教えてもらえませんか_| ̄|○

Aベストアンサー

「格子定数」「ミラー指数」などと出てくると構えてしまいますが、この問題の本質は3次元空間での簡単な幾何であり、高校生の数学の範囲で解くことができます。

固体物理の本では大抵、ミラー指数を「ある面が結晶のx軸、y軸、z軸を切る点の座標を(a/h, b/k, c/l)とし、(h, k, l)の組をミラー指数という(*1)」といった具合に説明しています。なぜわざわざ逆数にするの?という辺りから話がこんがらがることがしばしばです。
大雑把に言えばミラー指数は法線ベクトルのようなものです。特に立方晶であれば法線ベクトルと全く同じになります。すなわち立方晶の(111)面の法線ベクトルは(1,1,1)ですし、(100)面の法線ベクトルは(1,0,0)です。法線ベクトルなら「ミラー指数」よりずっと親しみがあり解けそうな気分になると思います。

さて(hkl)面に相当する平面の方程式を一つ考えてみましょう。一番簡単なものとして
hx + ky + lz=0  (1)
があります。(0,0,0)を通る平面で法線ベクトルは(h,k,l)です。
これに平行な、隣の平面の式はどうでしょうか。
hx + ky + lz = a  (2a)
hx + ky + lz = -a  (2b)
のいずれかです。これがすぐ隣の平面である理由(そのまた間に他の平面が存在しない理由)は脚注*2に補足しておきました。
点と直線の距離の公式を使えば、題意の面間隔dは原点(0,0,0)と平面(2a)の間隔としてすぐに
d=a/√(h^2+k^2+l^2)  (3)
と求められます。

点と直線の距離の公式を使わなくとも、次のようにすれば求められます。
原点Oから法線ベクトル(h,k,l)の方向に進み、平面(2a)とぶつかった点をA(p,q,r)とします。
OAは法線ベクトルに平行ですから、新たなパラメータtを用いて
p=ht, q=kt, r=lt  (4)
の関係があります。
Aは平面(2a)上の点でもありますから、(4)を(2a)に代入すると
t(h^2+k^2+l^2)=a
t=a/(h^2+k^2+l^2)  (5)
を得ます。
ここにOAの長さは√(p^2+q^2+r^2)=|t|√(h^2+k^2+l^2)なので、これを(5)に代入して
|a|/√(h^2+k^2+l^2)  (6)
を得ます。OAの長さは面間隔dにほかならないので、(3)式が得られたことになります。

bokoboko777さん、これでいかがでしょうか。

*1 (h, k, l)の組が共通因数を持つ場合には、共通因数で割り互いに素になるようにします。例えば(111)面とは言いますが(222)面なる表現は使いません。
*2 左辺はhx+ky+lzでよいとして、なぜ右辺がaまたは-aと決まるのか(0.37aや5aにならないのは何故か)は以下のように説明されます。
平面をhx+ky+lz = C (Cはある定数)と置きます。この平面は少なくとも一つの格子点を通過する必要があります。その点を(x0,y0,z0)とします。
h,k,lはミラー指数の定義から整数です。またx0,y0,z0はいずれもaの整数倍である必要があります(∵格子点だから)。すると右辺のCも少なくともaの整数倍でなければなりません。
次に右辺の最小値ですが、最小の正整数は1ですから平面hx + ky + lz = aが格子点を通るかどうかを調べ、これが通るなら隣の平面はhx + ky + lz = aであると言えます。このことは次の命題と等価です。
<命題>p,qが互いに素な整数である場合、pm+qn=1を満たす整数の組(m,n)が少なくとも一つ存在する
<証明>p,qは正かつp>qと仮定して一般性を失わない。
p, 2p, 3p,...,(q-1)pをqで順に割った際の余りを考えてみる。
pをqで割った際の余りをr[1](整数)とする。同様に2pで割った際の余りをr[2]・・・とする。
これらの余りの集合{r[n]}(1≦n≦(q-1))からは、どの二つを選んで差をとってもそれはqの倍数とは成り得ない(もし倍数となるのならpとqが互いに素である条件に反する)。よって{r[n]}の要素はすべて異なる数である。ところで{r[n]}は互いに異なる(q-1)個の要素から成りかつ要素は(q-1)以下の正整数という条件があるので、その中に必ず1が含まれる。よって命題は成り立つ。

これから隣の平面はhx + ky + lz = aであると証明できます。ただここまで詳しく説明する必要はないでしょう。証明抜きで単に「隣の平面はhx + ky + lz = aである」と書くだけでよいと思います。

参考ページ:
ミラー指数を図なしで説明してしまいましたが、図が必要でしたら例えば
http://133.1.207.21/education/materdesign/
をどうぞ。「講義資料」から「テキスト 第3章」をダウンロードして読んでみてください。(pdfファイルです)

参考URL:http://133.1.207.21/education/materdesign/

「格子定数」「ミラー指数」などと出てくると構えてしまいますが、この問題の本質は3次元空間での簡単な幾何であり、高校生の数学の範囲で解くことができます。

固体物理の本では大抵、ミラー指数を「ある面が結晶のx軸、y軸、z軸を切る点の座標を(a/h, b/k, c/l)とし、(h, k, l)の組をミラー指数という(*1)」といった具合に説明しています。なぜわざわざ逆数にするの?という辺りから話がこんがらがることがしばしばです。
大雑把に言えばミラー指数は法線ベクトルのようなものです。特に立方晶であれば法線ベ...続きを読む

Q化学

エタン、エテン、エチン、の混成軌道について説明せよ。
とテストに出るかもなのでしが、みなさんの解答がしりたいです!!
よろしくお願いします(^_^)v

Aベストアンサー

あまり、上手い答えではないと思いますが、参考まで。

エタンの炭素原子は2つともsp3混成軌道であ。一方の炭素原子に注目すると、4つのsp3混成軌道がなす角度は109度28分(約109.5°)である。
よって、炭素原子を中心に正四面体構造形成している。
エテンの炭素原子は2つともsp2混成軌道である。
一方の炭素原子に注目すると3つのsp2混成軌道は、炭素原子と2つの水素原子との間にσ(シグマ)結合を形成し、これらは全て同一平面上に位置する。
各々の結合間の角度は120°である。
残りのp軌道の電子は、隣の炭素原子との間でπ(パイ)結合を形成し、このπ結合は、σ結合が形成する面に対し直角である。
エチンの炭素原子は2つともsp混成軌道である。一方の炭素原子に注目すると、2つのsp混成軌道は各々炭素原子と1つの水素原子との間にσ(シグマ)結合を形成し、これらは全て同一平面上に位置し、2つのsp混成軌道が形成する角度は180°である。
各炭素原子は2つのp軌道を有し、それらが2つのパイ結合を形成している。各々のπ軌道がなす角度は90°である。

なお、歴史のカテゴリーではなく、化学に登録した方が、沢山の回答が得られると思いますよ。

あまり、上手い答えではないと思いますが、参考まで。

エタンの炭素原子は2つともsp3混成軌道であ。一方の炭素原子に注目すると、4つのsp3混成軌道がなす角度は109度28分(約109.5°)である。
よって、炭素原子を中心に正四面体構造形成している。
エテンの炭素原子は2つともsp2混成軌道である。
一方の炭素原子に注目すると3つのsp2混成軌道は、炭素原子と2つの水素原子との間にσ(シグマ)結合を形成し、これらは全て同一平面上に位置する。
各々の結合間の角度は120°である。
残りのp軌道...続きを読む

Q六方最密格子の充填率の求め方

六方最密格子の充填率の求め方が分りません。今分っているのは面心立方格子と同じ0.74となることくらいです。
立方格子の場合は、原子を半径rの球体と考えて立方体の体積をrの式で求め、立方体内に含まれる原子の体積を求め、充填率を出しました。
六方の場合は…、同じようにやれると思うのですが、六角柱の体積をどう求めたらいいのか分りませんし、原子も一つがどれだけ立体内にあるのかも想像しにくいです。
解き方分る方ご教授願います。

Aベストアンサー

下記URLを参照ください.

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%AD%E6%96%B9%E6%9C%80%E5%AF%86%E5%85%85%E5%A1%AB%E6%A7%8B%E9%80%A0

Qジアンミン銀(I)イオンの反応

塩化銀にアンモニア水を加えるとジアンミン銀(I)イオンと塩化物イオンが生じます。その後に白色沈殿が出来るまで硝酸を加えます。
そのときの反応式はどういったものになるんですか?
詳しく教えてください。

Aベストアンサー

AgClは白色の沈殿で難溶塩の一つです。これに過剰のNH3を加えると、
AgCl + 2NH3 → [Ag(NH3)2]^+ + Cl^- の錯体生成反応が進んで
沈殿は溶解します。ここに強酸であるHNO3を加えていくと塩基である
NH3と中和が進むため、錯イオンが壊れてAg^+は再びCl^-と
結びついてAgClの白色沈殿を作ります。
[Ag(NH3)2]^+ + Cl^- + 2HNO3 → AgCl↓+ 2NH4^+ + 2NO3^-


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