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水分子のハイブリダイゼーション


水は極性分子を持つ無機化合物です。常温では無色無臭の液体です。水については、他の化合物よりも多くの研究が行われています。それは普遍的な溶剤として、また生命の溶剤としても知られています。水のこれらすべての特性は、その分子構造の結果です。水は地球上で最も豊富な化合物であり、水素分子と一酸化炭素に次いで 3 番目に豊富な分子です。

水分子の結合

分子の極性により、水の分子は互いに水素結合を形成します。極性の性質は、水の分子構造の結果です。分子のこの極性により、塩のイオンが解離し、酸やアルコールとの結合も形成されます。したがって、水は万能溶媒として知られています。この水素結合は、水の多くのユニークな特徴をもたらします。

水素結合による水の性質

● 固体の水は、液体より密度が低い。

● 摂氏 100 度の沸点は、モル質量に対して比較的高いです。

● 高い熱容量を実現。

水分子の分子構造

水の分子は極性です。これは、水素原子との結合を形成した後に酸素に残った 2 つの孤立電子対が軌道を押し、水分子を非線形の曲がった形状にするためです。

水分子のハイブリッド化

2 つ以上の原子が結合して形成される分子には、2 つの原子で形成される分子よりも複雑なモデルが必要です。水分子は、複数の原子が集まって分子を形成する例の 1 つです。

水の分子は、1 つの酸素原子と 2 つの水素原子で構成されています。酸素の電子配置は 1s22s22p4 です。 2 つの 2p 軌道のそれぞれには、不対電子のペアがあります。原子価結合理論を用いて分子構造を決定すると、酸素の 2p 軌道と水素の 1s 軌道が重なって O-H 結合が形成されることが示唆されます。これにより、結合角が 90 度になります。

しかし、酸素と水素の結合は104.5度であることが実験によって判明しています。この結果の違いは、量子力学的計算によって説明されます。

波動関数と呼ばれる数学的規則があります。この波動関数は、電子の波のような性質を表します。原子が結合すると、この波動関数がさまざまな形状の軌道を生成します。原子軌道の波動関数のこの組み合わせは、混成と呼ばれます。混成の結果として形成される軌道は混成軌道と呼ばれます。

孤立した酸素原子には、原子価軌道に 1 つの 2s 軌道と 3 つの 2p 軌道があります。しかし、酸素原子が水分子の水素原子と結合すると、原子価軌道が異なります。この状況では、酸素の原子価軌道は 4 つの混成軌道になり、各軌道は仮想的な四面体の角を指します。

ハイブリダイゼーションの特徴

分子軌道の混成に必要な特定の特性と条件があります。これらは次のとおりです。

● 共有結合が起こると混成軌道が形成されます。孤立した原子では発生しません。

● 混成軌道の形状と向きは、孤立した原子に見られる軌道とは異なります。

● 混成軌道は、原子軌道の組み合わせの結果です。したがって、混成軌道の総数は、結合された原子軌道の数を数えることによって取得できます。

● 特定のセットに属する混成軌道はすべて、同じ形状とエネルギーを持っています。

● 分子の電子対の配置は、どのタイプの混成軌道が形成されるかを決定する要因です。

● 混成軌道が重なり合い、互いにシグマ結合を形成します。

結論

水の混成は、酸素と水素の原子価軌道の波動関数の組み合わせの結果です。軌道の向きが原子価結合理論で予測されるように直線的ではない理由は、水分子の酸素原子の孤立電子対が軌道を直線的な方向から押し出すためです。水分子の混成により、地球上の生命を維持するために不可欠な多くの独自の特性が水分子にもたらされます。



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