二原子分子は、構造内に 2 つの原子を持つ分子です。これは、1 つの核に結合した 2 つの原子、または複数の核に結合した 2 つの原子 (異核) である可能性があります。
非常に小さな世界は、非常に大きな世界が示す特性を決定します。この「小さな世界」には、原子粒子と亜原子粒子が住んでいます。
アトムはレゴ ブロックのようなものと考えることができます。それらはさまざまな方法で組み合わされて、さまざまなものを作ります。つまり、原子が草の葉やキリンを作るのと同じように、同じレゴ ブロックでボートや橋を作ることができます。
原子が結合して分子を作ります。 (写真提供:Vitalii Barida/Shutterstock)
2 つ以上の原子が一緒になると、分子が形成されます。分子内の原子の数は接頭辞を表すため、2 つの原子を含む分子は 2 原子と呼ばれます。
二原子分子にはさまざまな種類があります。分子の働きをよりよく理解することから、この議論を始めましょう。
分子
分子は物質の構成要素です。それらは、それらが属する元素の化学的性質を示す最小の粒子です。分子は、1 つの化学元素 (例:水素 (H2)) からの原子のみで構成されていることを意味する等核の場合もあれば、複数の元素 (例:水 ( H2O)).
分子は、2 つ以上の原子が化学結合によって結合したときに形成されます。この結合は、分子、イオン、原子の間の永続的な引力を表しています。この結合は、反対に帯電したイオンの引力または 2 つの原子間の電子の共有の結果である可能性があります。
外側の層が満たされているか空の場合、原子は安定しています。満たされたと見なされるには、オクテットと呼ばれる外側の層に 8 個の電子が必要です。そうでない場合、原子は結合して別の原子から電子を受け取るか失うか、電子対を別の原子と共有します。
この電子取引は化学結合に取って代わられます:
イオン結合
この結合は、ある原子から別の原子への電子の完全な移動がある場合に発生します。これにより、2 つのイオンが生成されます。1 つ以上の電子を獲得した原子は陰イオン (負に帯電) と呼ばれ、1 つ以上の電子を失った原子は陽イオン (正に帯電) と呼ばれます。
NaClにおけるイオン結合のはたらき。 (写真提供:VectorMine/Shutterstock)
NaCl（食卓塩）の場合を考えてみましょう。塩素の外殻には 7 個の電子が含まれており、オクテットを完成させるには 1 個必要です。ナトリウムは、その外殻に 1 つの電子を持ち、塩素に供与してイオン結合を形成します。
共有結合
共有結合は、電子対が 2 つの原子間で共有されるときに発生します。また、化学結合の中で最も強力です。この電子の共有は、原子が安定状態に達するのを助けます。
共有結合には、非極性共有結合と極性共有結合の 2 つの主なタイプがあります。無極性または純粋な共有結合は、同じ電気陰性度を持ち、電子を均等に共有する原子間に形成されます。これは、電気陰性度の差が 0.4 未満の原子で見られます。
極性および非極性の共有結合。 (写真提供:udaix/Shutterstock)
電気陰性度の差が 0.4 ～ 1.7 の場合、結合は極性になります。この場合、電子は、電気陰性度が大きい原子で平均してより多くの時間を費やします。たとえば、水 (H2O) では、電子はほとんどの時間、平均して酸素 (O) と共にあり、部分的に負の電荷を与え、水素 (H) に部分的に正の電荷を与えます。
二原子分子
同じまたは異なる化学元素の 2 つの原子を持つ分子は、二原子と呼ばれます。ほとんどすべての二原子元素は室温で気体です (例:水素、窒素)。一部の元素は高温で二原子になります。
地球の大気の大部分は、窒素 (78%) と酸素 (21%) の二原子分子で構成されています。星間スケールでは、水素の 2 原子分子が宇宙全体で最も豊富です。
二原子分子の種類
二原子分子は、通常は同じ元素の 1 つの核を共有する 2 つの原子、または 2 つの異なる元素の 2 つの核内の 2 つの原子である可能性があります。
同核二原子分子
同核二原子分子。 (写真提供:OSweetNature/Shutterstock)
等核分子は、1 つの元素のみの原子で構成される分子です。室温で二原子分子を形成する唯一の要素は気体です。これらは:
水素 – H2
水素は、宇宙全体の構成に豊富に含まれています。水素原子は、その外層に 1 つの価電子だけで構成されています。安定になるために、水素原子はその層を完成させるために別の電子を必要とします。これは、非極性共有結合を介してプロトンを別の水素原子と共有することによって行われ、2 原子分子になります。
水素分子。 (写真提供:ch123/Shutterstock)
窒素 – N2
窒素は、地球の大気で最も顕著な元素です。窒素原子は、その最外層に 5 つの価電子で構成されています。安定した化合物を作るには、2 つの窒素原子が一緒になって反対側の原子の 3 つの電子を共有し、最後の層に 8 つの電子を残します。これは、2 つの原子間に無極性の共有結合を持つ二原子窒素分子になります。
窒素分子。 (写真提供:Orange Deer studio/Shutterstock)
酸素 – O2
酸素は、地球の大気中だけでなく、宇宙全体の構成中にも容易に見つかります。酸素原子は、その最外層に 6 つの価電子で構成されています。非極性の共有結合を介して別の酸素原子と 2 つの電子を共有し、安定した 2 原子分子になります。
酸素分子。 (写真提供:Orange Deer studio/Shutterstock)
フッ素 – F2
フッ素は、室温で二原子分子として存在する、鋭い臭気のある非常に毒性の薄いガスです。フッ素原子の最外殻には、7 つの価電子が含まれています。非極性共有結合を介して 1 つの電子を別のフッ素原子と共有し、安定して二原子フッ素分子を形成します。
フッ素分子。 (写真提供:Orange Deer studio/Shutterstock)
塩素 – Cl2
塩素は非常に反応性の高い元素で、黄緑色で、室温で気体として存在します。 3層の電子で構成され、最外層に7個の電子があります。非極性共有結合を介して 1 つの電子を別の塩素原子と共有し、安定した二原子塩素分子を形成します。
臭素 – Br2
室温では、臭素は赤褐色の液体です。この元素は、温度が上昇して気体になると二原子分子を形成します。最外層は 7 個の電子で構成されており、安定して Br2 を作るために 1 個必要です。
ヨウ素 – I2
ヨウ素は、室温で紫黒色の非金属固体として存在します。臭素と同様に、加熱すると二原子の I2 分子を形成します。ヨウ素原子は 1 つの電子を別の原子と共有して、そのオクテットを完成させ、安定します。
異核二原子分子
他の元素の原子と結合して安定になり、二原子分子を作成する原子は異核です。好ましい条件があれば、多くの元素が結合してこれらの異核二原子分子を形成できます。
いくつかの例:
塩化水素 – HCL
これは室温では無色の気体であり、大気と接触すると白色のフューム (塩酸) を形成します。水素原子は最外層に 1 個の電子を持ち、塩素は 7 個の電子を持っているため、共有結合を形成してオクテットを完成させ、安定した 2 原子分子になります。
Diatomic HCL (写真提供:Peter Hermes Furian/Shutterstock)
一酸化炭素 – CO
一酸化炭素は、無色無臭無味の可燃性ガスです。密度は空気よりわずかに小さい。炭素は最外層に4個、酸素は6個の価電子を持っています。原子は三重結合を形成して安定になり、異核二原子分子になります。
二原子一酸化炭素。 (写真提供:ch123/Shutterstock)
一酸化窒素 – NO
一酸化窒素は無色の気体です。窒素原子は最外層に5個、酸素は6個の価電子を持っているため、それらが結合して安定した2原子分子になります。 1 つの電子がペアになっていないため、一酸化窒素がフリーラジカルになります。
フリーラジカルを含む一酸化窒素。 （写真提供：molokuul_be/Shutterstock）（写真提供：molekuul_be/Shutterstock）
最後に
私たちの惑星で最も豊富で一般的な元素のいくつかは、二原子分子です。等核から異核のカテゴリに及ぶ二原子分子は、価電子間に形成される強力な化学結合により、元素の安定状態を表します。
