はじめに
分子にはさまざまな形があります。物理的特徴から化学反応性まで、この主張を裏付ける科学的証拠が豊富にあります。単一のコア原子を持つ分子として定義される小分子は、予測可能な構造を持っています。原子価殻電子対反発は、分子構造 (VSEPR) の基本的な概念です。 VSEPR によると、電子対は負に帯電した粒子で構成されているため、互いに反発し合い、できるだけ離れて移動します。 VSEPR は、電子グループ (結合および非結合電子対) の配置を記述する電子グループ ジオメトリと、分子内の原子の配置を記述する分子ジオメトリを区別します。
任意の種類の結合 (単、二重、または三重) と孤立電子対は、2 種類の電子グループです。単純な化合物で VSEPR を使用する最初のステップは、コア原子を囲む電子グループの数を数えることです。多重結合は 1 つの電子グループとしてのみカウントされることを覚えておくことが重要です。
線状分子
線状分子の注目すべき特性は、すべての電子グループが相互に反発し合い、原子が 180 度の結合角で直線上に整列することです。
非線形分子
非線形分子の電子グループ間の反発は同じではありません。孤立ペアと結合ペアの間の反発は、2 つの結合ペアの間の反発よりも強いことが発見されました。 H2O 分子の曲がった構造と NH3 分子の三角錐形または三角平面形はこれによるものです。
四面体分子
四価の原子 (炭素やシリコンなど) が同じ元素の原子と完全共有結合を形成すると、四面体分子が形成されます。 4 つの共有結合は 3 次元で対称的に分散しており、2 つの結合ペア間の角度は 109.5 度です。
例は、メタン、CH4 に見られます。シラン、SiH4;およびテトラクロロメタン、CCl4
ハイブリダイゼーション
ハイブリダイゼーションの概念は、原子軌道が融合して新しいハイブリダイゼーション軌道を生成し、分子の形状と結合特性に影響を与えることです。原子価結合仮説は、ハイブリダイゼーションによってさらに拡張されます。この概念をさらに調査するために、3 つの異なるタイプの炭化水素分子を使用して、sp3、sp2、sp ハイブリダイゼーションを示します。
分子内で 2 つの原子軌道が結合して混成軌道を形成すると、個々の原子の軌道のエネルギーが再分配されて、同等のエネルギーの軌道になります。ハイブリダイゼーションは、この手順の用語です。匹敵するエネルギーを持つ原子軌道は、通常、2 つの 's' 軌道または 3 つの 'p' 軌道のマージ、または 2 つの 'p' 軌道と an の軌道の混合、および an の軌道の混合を含む混成プロセス中に一緒に混合されます。 'p'軌道を持つ軌道。
ハイブリダイゼーションの種類
ハイブリダイゼーションは、混合に関与する軌道の種類に応じて、sp3、sp2、sp、sp3d、sp3d2、sp3d3 として分類できます。多くの種類のハイブリダイゼーションとそれぞれの例を見てみましょう.
sp ハイブリダイゼーション
原子の同じ主殻にある 1 つの s 軌道と 1 つの p 軌道が結合して 2 つの新しい同等の軌道を生成する場合、これは sp 混成として知られています。 sp混成軌道は、開発された新しい軌道です。 180 度直鎖状の分子を生成します。
- One’s 軌道と同じエネルギーの 1 つの「p」軌道が混合されて、sp 混成軌道として知られる新しい混成軌道を形成します。
- 対角交配は、sp 交配の名前でもあります。
- 各 sp 混成軌道には、s と p の文字が同じ割合 (50% s と 50% p) があります。
sp ハイブリダイゼーションの例:
- BeF2、BeH2、 BeCl2 などのベリリウムの化合物
- C2H2 などの炭素含有三重結合のすべての化合物
sp 2 ハイブリダイゼーション
原子の同じ殻の 1 つの s 軌道と 2 つの p 軌道が結合して 3 つの同等の軌道を生成する場合、これは sp2 混成として知られています。 sp2 混成軌道は、作成された新しい軌道です。
- トリゴナル ハイブリダイゼーションは、sp2 ハイブリダイゼーションの別名です。
- 自分の軌道をエネルギーが等しい 2 つの「p」軌道と組み合わせて、sp2 混成軌道を形成する必要があります。
- s 軌道と p 軌道の三角対称ブレンドが 120 度で維持されます。
- 3 つの混成軌道はすべて同じ平面上にあり、互いに 120° の角度を形成しています。混成軌道には、それぞれに 33.33 パーセントの文字と 66.66 パーセントの「p」文字があります。
- 三角形の平面形は、中心原子が他の 3 つの原子に結合し、sp2 混成している分子に見られます。
sp2 ハイブリダイゼーションの例
- ホウ素の化合物、すなわち BF3、BH3
- 炭素を含む 炭素-炭素二重結合の化合物であるエチレン (C2H4) も、この混成の例です。
sp 3 ハイブリダイゼーション
四面体ハイブリダイゼーション (sp3) は、1 つの軌道と原子の同じシェルに属する 3 つの「p」軌道が結合して 4 つの新しい同等の軌道を生成するときに発生します。 sp3 混成軌道は、生成された新しい軌道です。
- これらは従来の四面体の 4 つの角に向けられており、互いに 109°28' の角度を形成しています。
- sp3 ハイブリッド軌道間の角度は 109.28 度です。
- 各 sp3 混成軌道には、25% の s 文字と 75% の p 文字が含まれます。
このハイブリダイゼーションの例は、エタン（C2H6）、メタンです。
sp 3 ハイブリダイゼーション
1s、3p、および 1d 軌道を混合して、同じエネルギーの 5 つの sp3d 混成軌道を生成することは、sp3d 混成として知られています。それらの形状は三角両錐です。
- 三方両錐対称は、s、p、および d 軌道を組み合わせることによって形成されます。
- 赤道軌道は、互いに 120° の角度で傾斜している、水平面内の 3 つの混成軌道です。
- 軸軌道と呼ばれる残りの 2 つの軌道は、赤道軌道に対して 90 度の垂直面にあります。
例: 五塩化リン（PCl5）でのハイブリダイゼーション
結論
すべての結合長は、ハイブリダイゼーション プロセスを通じて等しくなります。価電子殻電子対反発理論は、結合角の説明に役立ちます (VSEPR 理論)。この考えによれば、電子対は互いに抵抗するため、結合内の電子対または原子の周りの軌道内の孤立電子対は、可能な限り互いに遠ざけたいと考えます。
