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物理化学
第2章 2-1,2-2 Ver. 1.0
福井工業大学 工学部
環境生命化学科
原 道寛
1
物理化学：２章化合物の構造
（メニュー）
2-1.
2-2.
• 化学結合
• 2-1-1.イオン結合
• 2-1-2.共有結合
• 2-1-3.配位結合
• 2-1-4.金属結合
• 2-1-5.水素結合-電気陰性度と分極
• 共有結合と軌道の重なり
• 2-2-1.分子軌道
• 2-2-2.混成軌道
2
共有結合と軌道の重なり
2-2-1.
•分子軌道
2-2-2.
•混成軌道と分子
の形
3
2-2-1分子軌道(水素の場合)
＋
1s軌道
1s軌道
Hの原子軌道の
重なり
Hの原子軌道
軌道：
重なる
電子：
(増)
A
B
σ電子
F
(σ-bond)
型
C
水素の
(molecular orbital)
D
E
軌道
軌道
4
2-2-1分子軌道 (フッ素の場合)
＋
1s軌道
Fの2p軌道
HFの分子軌道
Fの2p軌道
F2の分子軌道
＋
Fの2p軌道
A
σ電子
σ結合
B
(σ-bond)
共有結合と軌道の重なり
2-2-1.
•分子軌道
2-2-2.
•混成軌道と分子
の形
6
2-2-2 混成軌道と分子の形
3
sp
• sp3混成とメタン・エタン
2
sp
• sp2混成とエチレンの構造
sp
• sp混成とアセチレンの構造
7
2-2-2 混成軌道と分子の形
A
C―H間の距離：
等しい
H―C―H間の角度： 等しい
(CH4)
炭素原子の電子配置
対をなしていない電子
2pX
2pY
B
C
個
2pZ
2s
水素1s軌道と重なって
結合を作る
1s
CH2：非常に不安定!! 8
昇位
2-2-2 混成軌道と分子の形
sp3混成とメタン
2pX
2pY
B
2pZ
2s
sp3
混
成
D
E
軌道
Hybrid orbital
F
1s
1s
炭素原子の
電子配置（1s22s12p3）
c
しかし
1sと重なった場合
ではない!!
A
C
4つの水素の
H 軌道
炭素の4つの
軌道
G
結合の
生成
c
I
2-2-2 混成軌道と分子の形
sp3混成とエタン
B
c
＋
c
つの水素の
1s軌道
c
結合の
生成
c
結合
エタン
C
炭素のsp3混成軌道
回転
Free rotation
D
A
E
プロパン ＿？＿＿＿
F＿＿＿＿
ブタン
も同様に。
2-2-2 混成軌道と分子の形
H―C―H
H―C―Cの結合角：
エチレン ＿＿：平面構造
A
°
B
炭素原子の電子配置（1s22s22p2）
対をなしていない電子
2s
1s
D
E
2pX
2pY
C＿
2pZ
水素1s軌道と
重なって結合を作る
昇位
2-2-2 混成軌道と分子の形
sp2混成とエチレン
C
B
J
D
H
G
2pX
A
2pY
2pZ
K
sp2
混
成
2s
I
混成軌道
E
F
1s
H
O
c
＋
c
つの水素の
1s軌道 H
H
c
H
C-C
P
結合
π結合： Q 軌道
c
H
2-2-2 混成軌道と分子の形
sp2混成と2-ブテン
二重結合
A
できない
結合の切断が必要
=大きなエネルギーが必要
B
2-ブテン：二つの異性体がある
D
C ー
体
E
F
2-2-2 混成軌道と分子の形
sp2混成と1,3-ブタジエン
H
H
C3
H
C4
H
C1
H
C2
H
A
Conjugated double bond
B
D
H
delocalize
C
E
構造
G
localize
F
体
2-2-2 混成軌道と分子の形
sp2混成とベンゼン
A
H
H
C1
C2
B
H
C3
C3
C1
C2
H
H
D：板書
H
H
H
C1
C2
H
C3
C3
C1
C
H
C2
2-2-2 混成軌道と分子の形
アセチレン
A
：
B
構造
炭素原子の電子配置
E
対をなしていない電子 2個
C
G
D
2s
F
1s
H
I
J
2pX
2pY
2pZ
水素1s軌道と重なって
結合を作る
昇位
2-2-2 混成軌道と分子の形
sp混成とアセチレン
2pX
2pY
B
2pZ
sp
混
成
2s
A
C
軌道
E
(triplet bond)
0.120 nm
H
F
c
＋
C-C σ結合
c
G
つの水素の
1s軌道
H
軌道
π結合：
c
H
c
H
の側面での重なり