化学結合は、原子、イオンなどのさまざまな化学成分を結合する自然界の力です。化学結合は、エネルギーを放出して安定性を得るために形成されます。
ハイブリダイゼーションは、原子軌道を混合して、原子軌道とは異なるエネルギーと形状を持つ新しいハイブリッド軌道を形成するプロセスです。原子軌道は、原子価結合理論で化学結合を形成する電子のペアリングに適しています。
結合角
結合角は、隣接する 2 つの結合の間の幾何学的角度です。結合角は、結合電子を含む軌道を表す線の間の角度として定義されます。形状を決定するのに役立ち、度数で表すことができます。
ハイブリダイゼーション
ハイブリダイゼーションは、わずかに異なるエネルギーを持つ軌道を混ぜ合わせてエネルギーを再分配し、その結果、同等のエネルギーと形状の軌道の新しいセットが形成されるプロセスです。
ハイブリダイゼーションの特徴
(i) ほぼ等しいエネルギーを持つ軌道が混成に参加します。
(ii) 混合された原子軌道の数は、生成された混成軌道の数と同じです。
(iii) ハイブリダイゼーションは、共有分子の形状を示すことができます。
(iv) 混成軌道は、純粋な原子軌道よりも効果的な結合を形成できます。
ハイブリダイゼーションに必要な条件:
(i) 原子価殻の軌道はハイブリダイゼーションに関与します。
(ii) 混成に関与する軌道は、ほぼ等しいエネルギーを持っている必要があります。
(iii) ハイブリダイゼーションでは、電子の促進は必要条件ではありません。
(iv) 場合によっては、原子価殻の満たされた軌道もハイブリダイゼーションに関与します。
価電子殻電子対反発 (VSEPR) 理論
この理論によると:
1.中心原子の原子価殻にある電子対の数によって、さまざまな分子やイオンの形状が決まります。
2.電子対は、最小の反発状態を得るために、できるだけ離れようとします。
3.結合電子対のみの類似原子が中心原子を取り囲んでいる場合、反発相互作用は同一であり、分子構造は規則的です。
4.異なる原子の結合電子対のみが中心原子を取り囲んでいる場合、反発相互作用は等価ではありません。したがって、分子の形状は規則的ではありません。
5.電子の結合対 (bp) と孤立電子対 (lp) の両方が中心原子を取り囲んでいる場合、反発相互作用は同等ではありません。したがって、分子の形状は不規則になります。
反発相互作用は次の順序で減少します:
孤立ペア - 結合ペア <結合ペア - 結合ペア <孤立ペア – 孤立ペア
三フッ化塩素のハイブリダイゼーション
三フッ化塩素の分子構造と結合角について学ぶには、その混成について議論する必要があります。三フッ化塩素の混成について話すとき、その中心原子である塩素を考慮する必要があります。中心原子には 7 つの価電子が含まれていますが、ClF3 は 3 つの結合対と 2 つの非共有電子対で構成されています。 Cl の原子価殻電子配置は、3s2、3px2、3py2、3pz1、3d として与えられます。
塩素がフッ素原子と結合して ClF3 を形成する場合、3 つの F 原子と結合するには 3 つの不対電子が必要です。 3p サブシェルの Cl の 1 つのペア電子は、孤立電子対または不対として残ります。
結果として、ハイブリダイゼーション中に、1 つの 3s、3 つの 3p、および 1 つの 3d 軌道がこのプロセスに参加し、5 つの sp3d ハイブリッド軌道の形成につながります。ここで、2 つの混成軌道には電子対が含まれ、3 つの混成軌道には不対電子が含まれ、F の 2p 軌道と重なり単結合を形成します。
塩素の中心原子は、3 つの F 原子と結合するために 3 つの不対電子を必要とします。
ClF3 は現在、3 つの結合ペアと 2 つの孤立ペアで構成されています。
1 つの 3s、3 つの 3p、および塩素の 3d 軌道の 1 つが混成に参加すると、5 つの sp3d 混成軌道が形成されます。
分子幾何学
分子構造とも呼ばれる分子構造は、分子内の原子の 3 次元構造または配置です。三フッ化塩素の分子構造と結合角について説明しましょう。
ClF3 の分子構造と結合角
三フッ化塩素の構造は、3 つのフッ素原子に囲まれた 1 つの塩素原子で構成されています。その構造では、中央の塩素原子に結合した孤立電子対が 2 つあります。塩素原子は、安定した状態で周囲のフッ素原子と 3 つの共有結合を形成します。中央の塩素原子の混成は sp3d です。
ClF3 の分子構造は T 字型であると言われています。 ClF3 がこのような形状を獲得するのは、2 つの孤立したペアがより多くのスペースとより大きな反発を必要とするため、赤道上の位置を占めているためです。それらは、3 つの結合と 2 つの非共有電子対を持つ三角両錐の形で配置されます。中心原子の周りにも非対称の電荷分布が見られます。
三フッ化塩素の分子構造と結合角は、F-Cl-F 結合角が 175° の三角両錐体です。
結論
化学結合は、異なる原子の電子が相互作用して、これらの原子が離れている場合よりも安定した配置を作成するときに形成されます。
ClF3 の分子構造と結合角は T 字型で、1.598 Å の短い結合が 1 つと 1.698 Å の 2 つの長い結合があり、F-Cl-F 結合角は 175° です。この構造は、VSEPR 理論の予測を検証します。VSEPR 理論では、孤立電子対が仮想的な三方両錐体の 2 つの赤道位置を占めるとしています。
