原子価殻電子対反発 (VSEPR) の理論を使用して、結合原子間の角度を予測します。立体数 (中心原子に結合している他の原子と孤立電子対の合計) は、分子の形状を決定します。孤立電子対は、原子の外側 (原子価) 殻に存在し、他の原子と共有されません。
TL;DR (長すぎる; 読んでいない)
VSEPR を使用して結合角を計算することはできませんが、立体数に基づいてこれらの角度を決定するのに役立ちます。水素のみが立体数 1 を持ち、H2 分子は線形の形状をしています。
Hybridized Orbitals
電子は、一度に電子を見つける可能性が最も高い場所によって決定される特徴的な形状で原子を周回します。電子はすべて負の電荷を持っているため、互いに反発し合います。そのため、軌道は各電子に隣接する電子から可能な限り最大の距離を与えます。価電子が別の原子と共有結合を形成すると、ハイブリダイゼーションと呼ばれるプロセスで軌道が変化します。 VSEPR は、混成軌道に基づいて結合角を予測しますが、特定の金属化合物、気体塩、および酸化物については正確ではありません。
Sp ハイブリダイゼーション
最も単純な混成軌道は sp で、立体数 2 に対応します。原子に孤立電子対がない場合、結合角は線形、つまり 180 度です。二酸化炭素がその例です。逆に、窒素分子には孤立電子対が 1 つあります。これにより線形の形状になりますが、軌道は混成されていないため、結合角はありません。
Sp2 ハイブリダイゼーション
立体数が 3 になると、sp2 軌道が形成されます。結合角は、孤立電子対の数に依存します。たとえば、三塩化ホウ素には非共有電子対がなく、平面形状が三角形で、結合角が 120 度です。三酸素分子 O3 は孤立電子対を 1 つ持ち、結合角が 118 度の曲がった形をしています。一方、O2 には孤立電子対が 2 つあり、線形です。
Sp3 ハイブリダイゼーション
立体数が 4 の原子は、sp3 混成軌道内に 0 ～ 3 個の孤立電子対を持つことができます。孤立電子対を持たないメタンは、109.5 度の結合角を持つ四面体を形成します。アンモニアには孤立電子対が 1 つあり、結合角は 107.5 度で、三角錐の形をしています。孤立電子対が 2 つある水は、結合角が 104.5 度の曲がった形をしています。フッ素分子には 3 つの非共有電子対と線形構造があります。
より高い立体数
立体数が大きいほど、形状が複雑になり、結合角が異なります。 VSEPR に加えて、分子力場や量子論などの複雑な理論も結合角を予測します。
