一酸化窒素 (NO) は、単一の窒素原子と単一の酸素原子から構成されるガス状化合物です。これは一酸化窒素 (窒素と酸素を含む化合物) の中で最も単純なもので、モル質量は 30.1 g/mol です。一酸化窒素は脊椎動物の重要なシグナル伝達分子であり、酸性雨の主成分の 1 つです。濃度が高いと人体に毒性があり、深刻な医学的問題を引き起こす可能性があります。
一酸化窒素はフリーラジカルです 、不対の価電子が含まれているという意味で。この不対価電子により、一酸化窒素は非常に反応性が高くなり、化学結合を形成しやすくなります。化合物のルイス構造は、化合物内の原子、それらの結合、および価電子の分布を絵で表したものです。 NO のルイス構造は次のようになります:
一酸化窒素は、窒素原子に結合した単一の窒素原子で構成されています。 2 つの化学記号 (=) の間の二重棒は、窒素と酸素が二重結合 (2 対の電子) を共有していることを意味します。最後に、窒素原子には単一の不対電子があります。このフリーラジカルが、一酸化窒素の化学的挙動の大部分を説明しています。
ルイス構造:クイック イントロ
ルイス構造 (ルイス ドット式、ルイス ドット構造、または電子ドット構造とも呼ばれます) は、化合物内の原子間の結合と電子の配置を表す絵図です。ルイス構造は、1916 年に Gilbert Lewis によって最初に導入され、それ以来、高校および大学の化学コースで標準的な手法として採用されてきました。
ルイス図には、個々の原子を表す記号、電子を表す点、共有電子対を表す実線の 3 つの基本要素が含まれます。ルイス構造は、化合物の電子配置と共有結合の性質を示すことを目的としています。
各要素は、周期表の化学記号で表されます。電子の配置は、化学記号を囲む点のパターンで示されます。共有電子対は 1 本の線 (—) として書かれ、非共有電子対は孤立点対として描かれます。図中のドットの総数は、化合物中の原子の価電子数の合計に等しくなります。つまり、水のルイス構造 (H2 O) は合計 8 個の電子を持ち、2 個の水素原子のそれぞれに 1 個、単一の酸素原子に 6 個です。
一般に、結合を形成する場合、化合物内の各原子が 8 個の電子に囲まれるまで電子が再配置されます。原子が 8 個の価電子を獲得する傾向は、オクテット ルールとして知られています。 .したがって、ルイス図に電子を配置するときは、まず各原子が 8 個の電子に囲まれるように配置する必要があります。オクテット規則の唯一の例外は水素 (H) です。水素原子は、完全な 1s サブシェルに対応する価電子が 2 つになるまで結合します。原子間で共有されるドットのペアは、結合されたペアを表すために、通常、1 本の実線に置き換えられます。
すべての価電子が分布していて、すべての原子がまだ 8 個の価電子を持っていない場合、電子は再配置されて原子間に二重結合および三重結合を形成します。電子対が 2 倍または 3 倍になることで、電子が不足している原子はより多くの価電子を獲得できる一方で、末端の原子の価電子は 8 個に保たれます。
ルイス構造を構築するためのルール
ルイス構造は、化合物の電子配置を視覚化するための便利なツールです。ほとんどの主要なグループ 2-7 化合物のルイス構造は、一連の規則に従って構築できます:
ステップ 1. 図中の価電子の総数を特定する
最初のステップは、図に含まれる電子の数を把握することです。図中の電子の総数は、個々の原子の価電子の総数と等しくなければなりません。したがって、NO を例として使用すると、NO のルイス構造の電子の総数は、窒素 (N) と酸素 (O) の価電子の合計に等しくなるはずです。窒素には 5 つの価電子があり、酸素には 6 つの価電子があるため、合計で、図には 6=5=11 個の電子 があるはずです .
ステップ 2. 原子構造の骨格をスケッチします。
次に、原子がどのように配置されているかを理解する必要があります。化合物が 2 原子 (2 つの原子を含む) の場合、構造は直線になります。 3つ以上の原子を持つ化合物では、複数の原子に結合している中心原子があります。一般に、中心原子は化合物の電気陰性度が最も低い元素になります。
この場合、NO は 2 原子であるため、骨格構造は 2 つのシンボルが隣り合ったものになります。
ステップ 3. 各ペアの間に単結合を配置する
次は、電子の配置を開始することです。ダイアグラムを調べて、化合物内の各結合原子の間に 1 本の線を引きます。原子は電子を共有することで共有結合化合物を作るため、各原子は別の原子と少なくとも 1 つのペアを共有する必要があります。
この場合、N と O の間に 1 行だけ必要です:
各線は 2 つの電子を表すため、線の総数を数え、2 を掛けて価電子の総数から引くと、残りの電子の数が得られます。したがって、11−2 =9 個の電子があります 図に配置するために残しました。
ステップ 4. 電気陰性度の高い元素を見て、各原子が 8 個の電子に囲まれるまで電子を配置します。
原子は、8 個の電子の完全な原子価殻になるまで、電子殻を埋めようとします。化合物では、電気陰性度の高い元素が電子をより強く引っ張るため、それらのシェルが最初に満たされる傾向があります.水素 (H) は特殊で、2 つの価電子しか取得できないことを忘れないでください。
私たちの場合、酸素は窒素より電気陰性度が高いので、最初に酸素の空いているスロットを埋めます。 
酸素を入れるのに 6 個の電子が必要だったので、残り 3 個です。残りの電子を配置すると、次のようになります。
ステップ 4. すべての原子がまだ 8 個の電子の完全な殻を持っていない場合は、電子対を移動して二重結合と三重結合を形成します。
すべての原子が単結合とそれを取り囲む 6 つの他の電子を持つのに十分な電子がない場合があります。このような場合、電子が移動して二重結合と三重結合を形成し、電気陰性度の低い元素がオクテット規則をできるだけ満たすようにします。
私たちの場合、すべての電子が配置されていますが、窒素には 5 つの電子しかありません。そのため、酸素から電子対を移動させて、窒素と酸素の間に二重結合を形成します:
二重線 (=) の存在は、2 つの原子が 2 つの電子対を共有していることを意味します。この場合、窒素に合計 7 個の電子を移動させるには、1 対の電子しか移動できません。別の電子を移動しようとすると、窒素は合計 9 個の価電子を持つことになり、オクテット規則に違反します。したがって、両方の原子に 1 オクテットの電子を与えることに可能な限り近づき、図が完成しました。
したがって、完成した NO のルイス構造は次のようになります。
化合物としての一酸化窒素
一酸化窒素はフリーラジカルです。それは孤立した不対電子を持っています。この孤立電子は、一酸化窒素に不安定な化学的プロファイルを与え、かなり反応性にします.
非常に反応性が高いため、一酸化窒素はさまざまな条件下で反応して、より安定した亜酸化窒素生成物を形成します。酸素の存在下で、NO は反応して、次の反応に従ってより安定した二酸化窒素を形成します。
2NO + O2 → NO2
加熱すると、一酸化窒素は反応に従って分子状酸素と窒素に分解します
2NO + ヒート → N2 + O2
一酸化窒素は、酸性雨の主な原因の 1 つでもあります。大気中に放出される一酸化窒素は、ヒドロペルオキシ (HO2 ) 二酸化窒素を作る。次に、二酸化窒素がヒドロキシルラジカル (OH) と反応して硝酸 (HNO
ルイス構造の限界
ルイス構造は、化合物中の電子の分布を視覚化する便利な方法です。ただし、欠点がないわけではありません。具体的には、グループ 3 ～ 12 の遷移金属で作られたより複雑な化合物は、多くの場合、オクテット規則に従わず、各原子が 12 個の価電子を持つように結合します。遷移金属のこの異常な挙動は、金属化合物の非局在電子配置によるものです。同様に、単一の化合物が複数のルイス構造によって記述される場合もあります。これらの場合、ルイス構造全体は異なるルイス構造の組み合わせと見なされ、共鳴構造と呼ばれることもあります。
さらに、ルイス構造は分子の 3 次元形状については教えてくれません。分子の 3 次元形状は、極性や分子間結合挙動など、その物理的および化学的特性の多くを説明します。 VESPR 理論は、化合物の 3 次元形状と、それらの形状が原子の結合挙動によってどのように決定されるかに関する質問に答える化学の一分野です。
さらに、ルイス構造は方法を説明しません 原子は電子を共有します。これは、分子軌道理論向けの質問です。 . MO 理論は、原子軌道と分子軌道の挙動と、それらが電子の波のような性質によってどのように結合するかを説明します。
