Transcript 物理化学 福井工業大学 工学部 環境生命化学科 原 道寛 1 2 物理化学

物理化学
福井工業大学 工学部
環境生命化学科
原 道寛
1
2
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
3
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
4
2-2-1分子軌道(水素の場合)
＋
1s軌道
1s軌道
Hの原子軌道
軌道：
重なる
電子：
存在確率(増)
A
Hの原子軌道の
重なり
B卵型
σ電子
F
σ結合
(σ-bond)
C
水素の分子軌道
(molecular orbital)
D
結合性軌道
E
反結合性軌道
5
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)
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
C―H間の距離：
等しい
H―C―H間の角度： 等しい
A メタン(CH4)
炭素原子の電子配置（1s22sB22p2）
対をなしていない電子 C2個
2pX
2pY
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
sp3F混成軌道
Hybrid orbital
1s
1s
炭素原子の
電子配置（1s22s12p3）
c
しかし
1sと重なった場合
A
結合4本は等価ではない!!
C
4つの水素の
H
1s軌道
炭素の4つの
sp3G混成軌道
結合の
生成
c
I
メタン
2-2-2 混成軌道と分子の形
sp3混成とエタン
B6つの水素の
c
＋
c
1s軌道
結合の
生成
炭素のsp3混成軌道
c
c
Cσ結合
エタン
D
自由回転
Free rotation
E CH ）
プロパン（CH3CH
2
3
F 2CH3）
ブタン（CH3CH2CH
も同様に。
A
2-2-2 混成軌道と分子の形
H―C―H
C
H―C―Cの結合角： 120°
エチレン(C2AH4)：平面構造
炭素原子の電子配置（1s22s22p2）
対をなしていない電子 2個
B
2s
1s
D
E
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
sp2混成とエチレン
C
B
2pX
A
J
D
H
G
2pY
2pZ
sp2
2pK Z
Esp2混成軌道
混
成
2s
I
F
1s
H
O4つの水素の
c
＋
c
1s軌道
H
H
c
H
C-C Pσ結合
Q
π結合：Pz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
回転できない
B
π結合の切断が必要
=大きなエネルギーが必要
2-ブテン：二つの異性体がある
D
C
シスートランス体
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
H
C1
C2
H
H
A
H2C=CH―CH=CH
2
＋
・・－
B
H2C―CH=CH―CH2
共鳴構造
共役二重結合
Conjugated double bond
… …
…
D
H2C―CH―CH―CH
2
＋
・・－ C
H2C―CH=CH―CH2
E
C4
H
非局在化
delocalize
G
局在化
localize
F
共鳴混成体
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
C
H
H
H
C1
C2
H
C3
C3
C1
H
C2
2-2-2 混成軌道と分子の形
B
アセチレン(C2AH2)：直線状構造
炭素原子の電子配置（1s22sE22p2）
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
2pZ
2s
By
2p
sp
混
成
2pC Z
A
sp混成軌道
E
三重結合
(triplet bond)
0.120 nm
H
c
＋
c
F
2つの水素の
1s軌道
H
G
C-C σ結合：sp混成軌道
c
c
H
H
π結合：p軌道の側面での重なり
小テスト９
名列番号＿＿＿
氏名＿＿＿＿＿＿＿
採点者＿＿＿
18
19
2-2-2 混成軌道と分子の形
sp3混成とメタン
2pX
2pY
2pZ
2s
sp3
混
成
1s
1s
炭素原子の
電子配置（1s22s12p3）
c
しかし
1sと重なった場合
結合4本は等価ではない!!
sp3混成軌道
Hybrid orbital
4つの水素の
1s軌道
炭素の4つの
sp3混成軌道
結合の
生成
c
メタン
2-2-2 混成軌道と分子の形
sp2混成とエチレン
2pX
2pY
2pZ
2s
sp2
混
成
2pZ
sp2混成軌道
1s
H
c
＋
c
4つの水素の
1s軌道 H
H
c
H
C-C σ結合
π結合：Pz軌道
c
H