軌道オーバーラップ

2 つの原子間の共有結合の発達は、軌道重複原理に従って、反対のスピンを持つ原子価殻内の電子の対形成によって引き起こされます。結合形成は、軌道の重なりによって引き起こされる可能性があります。軌道プロセス中に 2 つの原子が互いに十分に近づくと、それらは互いの軌道を突き破り、電子の結合ペアが存在する新しい混成軌道を確立します。

原子軌道と比較してエネルギーが低いため、混成軌道は安定しています。エネルギーが最も低い状態です。軌道の重なりは、新しい混成軌道を生成するために 1 つの軌道が部分的に貫通することです。

重複の程度は?

相互作用する原子の数、それらの質量、およびそれらの価電子によって、重なりの程度が決まります。さらに、2 つの原子間に作成されたリンクが強いほど、オーバーラップが大きくなります。その結果、軌道重複仮説は、原子が軌道を重複させることによってどのように相互作用し、原子の価電子がリンクして共有結合を形成するより低いエネルギー状態になるかを説明します。

軌道重複共有結合の種類

オーバーラップの構造に基づいて、共有結合の軌道オーバーラップには 2 つのタイプがあります。

シグマ (σ) ボンド

核間軸全体の結合軌道の端から端までの重なりは、シグマ結合を形成します。軸オーバーラップとも呼ばれる正面オーバーラップは、このオーバーラップの名前でもあります。これらの軌道の間には、3 つの形式の軸方向の重なりがあります:

• s-s オーバーラップ:この状況では、半分満たされた 2 つの s 軌道が核間軸上でオーバーラップします。
• s-p オーバーラップ:この形式のオーバーラップは、1 つの原子の半分が満たされた部分的に満たされた (50%) s 軌道が、別の原子の部分的に満たされた (50%) p 軌道とオーバーラップする場合に発生します。
• p-p オーバーラップ:この種のオーバーラップは、収束する 2 つの原子の p 軌道が半分満たされたときに発生します。

パイ (π) ボンド

軸が互いに平行で、核間軸を横切るように原子が重なり合うと、パイ (π) 結合が生成されます。横方向のオーバーラップは、この形式のオーバーラップの用語でもあります。

シグマとパイボンドの違い

VB と MO の比較

原子価結合 (VB) 理論は、分子軌道 (MO) 仮説を補完する分子内の 2 つの特定の原子間に電子対が閉じ込められていると述べています。ただし、MO の概念は、VB の原則に完全に従っているわけではありません。 MO理論によれば、電子は分子軌道に散らばり、分子全体を取り囲むことができます。簡単なアプローチでは、MO理論は磁気およびイオン化特性を決定できます。 VB 理論は同等の結果を提供しますが、理解するのはより困難です。

原子軌道の重なり

原子の相互作用により、さまざまな種類の結合が作成されます。自然界では、これらの結合の電荷は、正、中性、または負の場合があります。これは、相互作用する 2 つの軌道それぞれの特徴と方向に依存します。

• 正の原子軌道の重なり

2 つの関与する原子軌道の位相が同じである場合、オーバーラップは正であり、共有結合が発生します。相互作用する 2 つの軌道 (+ または -) の位相は、軌道波動関数の署名によって決定され、エネルギーには関係ありません。

• 原子軌道の負の重なり

接続された 2 つの軌道が互いに反対の位相にある場合、生成されるオーバーラップは負であり、接続は作成されません。

• 原子軌道の重なりは無効です

原子軌道の重なりがゼロの状態は、軌道内の 2 つの相互作用する軌道が互いに重なり合わない場合に発生します。

ハイブリダイゼーション

分子内の原子が結合すると、波動関数が連携して、さまざまな形の適切な数学的表現を作成します。ハイブリダイゼーションは、原子軌道に関する波動関数をマージするプロセスです。ハイブリダイゼーションとは、多少異なるエネルギーを持つ軌道を組み合わせて、そのエネルギーを再分配し、同等の形状とエネルギーを持つ新しい一連の軌道を作成するプロセスです。ハイブリダイゼーションには 3 つの形式があります:

• sp ハイブリダイゼーション:原子価 s 軌道は単一の原子価 p 軌道に混合され、sp ハイブリダイゼーション プロセスで 2 つの類似した sp ハイブリッド軌道を生成します。
• sp2 混成:3 つの sp2 混成軌道のグループと 1 つの非混成 p 軌道が、電子密度の 3 つのゾーンに囲まれたコア原子の価電子軌道を構成します。
• sp3 ハイブリダイゼーション:ハイブリッドは、1 つの s 軌道と 3 つの p 軌道すべてを組み合わせることによって作成されます。原子の原子価軌道は、結合対と孤立電子対の四面体配置に囲まれた 4 つの sp3 混成軌道で構成されています。

結論

化学結合は、原子を保持する力で構成されています。共有結合、イオン結合、配位結合、および水素結合は、4 種類の化学結合です。 2 つの原子間で電子が移動することによって作成される接続は、共有結合として知られています。分子結合は別の名前です。安定性を達成するために、原子は団結して総エネルギーを減らします。簡単に言えば、必要なエネルギーが少ないほど、生き残るのが簡単になるというルールです。この軌道重複研究資料では、共有結合、シグマ結合、パイ結合について説明しました。