はじめに
化学で分子を研究するとき、分子の形は重要な側面です。形状と幾何学を研究することで、結合、立体障害、結合角度、および結合強度についての洞察が得られます。これらすべての要因は、分子の形状と構造を研究することで簡単に正確に予測できます。多くの分子は分子間に不完全な角度を持っているため、分子の角張った形状は一般的であり、角張った形状を形成します。
分子のさまざまな形状
化合物の形状は、中心原子の周りの電子の数、結合の数、結合対や孤立電子対などのこれらの対の性質によって決まります。
分子の形は、VSEPR 理論 (原子価殻電子対反発) として知られる理論によって決まります。
VSEPR 命題は簡単な音符の図を与えますが、理論的にはそれらを説明していませんし、操作も限られています。これらの制限を克服するために、量子力学的原理に基づいた 2 つの重要な命題が導入されます。これらは、原子価結合 (VB) 命題と分子軌道 (MO) 命題です。
VSEPR 理論から得られる主な内容は次のとおりです。
- 電子対は常に互いに反発し合い、互いに離れようとします。
- 電子対が異なれば反発の順序も異なります。その順序は次のとおりです:
[ローン ペア-ローン ペア> ローン ペア-ボンド ペア> ボンド ペア-ボンド ペア]
- 孤立電子対がゼロの場合、形状とジオメトリは同じです。そうでなければ、それらは異なります。
- 形状は孤立ペアと結合ペアの両方に依存しますが、形状は結合ペアのみに依存します。
- 立体数は孤立ペア + 結合ペアとして定義されます.
分子の角形
分子の角張った形状は、V 字型または曲がった形状とも呼ばれます。
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立体番号 3 の化合物:
孤立電子対が 0 で結合対が 3 の化合物は三方晶です。
1 つの非共有電子対と 2 つの結合対を持つ化合物は、形が曲がっています。
たとえば、SO2 は、2 つの酸素結合間の結合角が約 120 度の sp2 化合物です。理論上は三角形の平面のはずだったのですが、正直なところ曲がったりV字になったりしています。孤立したペア-結合ペアの反発である理由は、結合ペア-結合ペアの反発と比較してはるかに大きい.したがって、角度は 120° から 119.5° に減少します。
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立体番号 4 の化合物:
孤立電子対が 0 で結合対が 4 の化合物は、四面体の形をしています。
1 つの孤立電子対と 3 つの結合対を持つ化合物は、三角錐の形をしています。
2 つの非共有電子対と 2 つの結合対を持つ化合物は、曲がった形または V 字型です。
たとえば、H2O は、2 つの水素結合間の結合角が約 104.5 度の sp3 化合物です。すべての bp がある場合、形状は四面体でした。ただし、lp が 2 つしか存在しないため、形状は歪んだ四面体または角張っています。これは、lp-lp 反発が lp-bp 反発よりも高く、これも bp-bp 反発よりも高いためです。したがって、角度は 109.5° から 104.5° に減少します。
T字型分子
立体番号5の化合物:
孤立電子対が 0 で結合対が 5 の化合物は、三方両錐体の形をしています。
1 つの非共有電子対と 4 つの結合対を持つ化合物は、シーソー型です。
2 つの非共有電子対と 3 つの結合対を持つ化合物は、t 型です。
たとえば、ClF3 は、フッ素結合間の結合角が約 90 度の sp3d 化合物です。孤立電子対は赤道位置にあるため、孤立電子対が軸位にある他のものと比較して、孤立電子対 - 結合対 (lp-bp) 反発が少なくなります。したがって、構造は最も安定しています。
形と幾何学について学ぶメリット
分子の形状と幾何学を知ることは、極性、反応性、物質の相、色、磁性、および生物活性を決定するのに役立ちます。分子の形状と幾何学を知ることで、結合角、安定性、混成、立体障害、格子エンタルピーなどを把握することもできます。
結論
分子の幾何学的形状を予測するために使用される VSEPR モデルは、電子対が互いに反発し合い、可能な限り離れたままになる傾向があるという仮定に基づいています。電子対は常に互いに反発し合い、互いに離れようとします。電子対が異なれば、反発の順序も異なります。その順序は次のとおりです。
[孤立ペア-孤立ペア> 孤立ペア-結合ペア> 結合ペア-結合ペア].孤立電子対がゼロの場合、形状とジオメトリは同じです。それ以外の場合、それらは異なります。
ジオメトリは孤立ペアと結合ペアの両方に依存しますが、形状は結合ペアのみに依存します。立体数は、孤立ペア + 結合ペアとして定義されます。孤立電子対が 1 つと結合対が 2 つある化合物は、形が曲がっています (SO2 など)。 2 つの非共有電子対と 2 つの結合対を持つ化合物は、曲がったり、V 字型になったりします。たとえば、H2O です。 2 つの非共有電子対と 3 つの結合対を持つ化合物は、t 字型です。たとえば、ClF3 です。
