主な相違点 – 電子形状と分子形状の比較
分子の形状は、その分子の反応性、極性、生物活性を決定する。
分子の形状は、電子形状と分子形状のどちらかを与えることができる。
分子の形状を決定するには、VSEPR理論（Valence Shell Electron Pair Repulsion theory）を用いることができる。
電子の形状には、分子内に存在する孤立電子対が含まれる。
分子形状は、特定の分子が持つ結合の数によって決定することができる。
電子形状と分子形状の主な違いは、電子形状が分子内の孤立電子対と結合の両方を用いて求められるのに対し、分子形状は分子内に存在する結合のみを用いて求められる点です。
電子の幾何学とは
電子配置とは、結合電子対と孤立電子対の両方を考慮して予測される分子の形です。
VSEPR理論では、ある原子の周囲にある電子対は互いに反発し合うとされている。
これらの電子対には、結合電子と非結合電子があります。
電子配置は、分子のすべての結合と孤立電子対の空間的な配置を示す。
電子配置は、VSEPR理論を用いて求めることができる。
電子の幾何学的性質の決定方法
この決定には、次のような手順があります。
-
- 分子の中心原子を予想する。最も電気陰性度の高い原子であることが望ましい。
- 中心原子の価電子数を決定する。
- 他の原子から供与される電子の数を決定する。
- 中心原子の周りの電子の総数を計算する。
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- その数を2で割って、存在する電子群の数を求める。
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- 上記で求めた立体数から、中心原子の周囲に存在する単結合の数を差し引く。これで、分子内に存在する孤立電子対の数が求まる。
- 電子配置を決定する。
例
CH4の電子構造
分子の中心原子＝C
Cの価電子数 = 4
水素原子から供与される電子の数＝4×（H）
= 4 x 1 = 4
Cの周りの電子の総数 = 4 + 4 = 8
電子グループの数 = 8 / 2 = 4
存在する単結合の数 = 4
孤立電子対の数 = 4 – 4 = 0
したがって、電子配置は四面体です。
図1: CH4の電子形状
アンモニア(NH3)の電子状態図
分子の中心原子 = N
Nの価電子数 = 5
水素原子から供与される電子の数 = 3 x (H)
= 3 x 1 = 3
Nの周りの電子の総数 = 5 + 3 = 8
電子集団の数＝8÷2＝4
存在する単結合の数 = 3
孤立電子対の数 = 4 – 3 = 1
したがって、電子配置は四面体です。
図2：アンモニアの電子配置
AlCl3 の電子状態
分子の中心原子＝Al
Alの価電子数＝3
Cl原子が与える電子の数＝3×（Cl）
= 3 x 1 = 3
Nの周りの電子の総数＝3＋3＝6
電子グループの数 = 6 / 2 = 3
存在する単結合の数 = 3
孤立電子対の数 = 3 – 3 = 0
よって、電子配置は三角平面となる。
図3: AlCl3 の電子配置図
電子形状と分子形状が同じになることがあります。
それは、形状を決定する際に、孤立電子対がない場合は、結合電子のみを考慮するからです。
分子幾何学とは？
分子幾何学とは、結合電子対のみを考慮して予測される分子の形です。
この場合、孤立電子対は考慮されない。
さらに、二重結合や三重結合は単結合として考える。
ローン電子対は結合電子対よりも多くの空間を必要とすることを踏まえて、形状が決定される。
例えば、ある分子が2対の結合電子と1対の孤立電子で構成されている場合、その分子形状は直線的ではありません。
ローン電子対は2つの結合電子対よりも多くの空間を必要とするため、そこでの幾何学的形状は「曲がった、または角張った」ものになる。
分子形状の例
H2Oの分子構造
分子の中心原子＝O
Oの価電子数＝6個
水素原子から供与される電子の数＝2 x (H)
= 2 x 1 = 2
Nの周りの電子の総数＝6＋2＝8
電子集団の数＝8÷2＝4
孤立電子対の数 = 2
存在する単結合の数 = 4 – 2 = 2
したがって、電子配置＝曲がる
図4: H2Oの分子構造図
アンモニア(NH3)の分子構造
分子の中心原子 = N
Nの価電子数 = 5
水素原子から供与される電子の数 = 3 x (H)
= 3 x 1 = 3
Nの周りの電子の総数 = 5 + 3 = 8
電子集団の数＝8÷2＝4
孤立電子対の数 = 1
存在する単結合の数 = 4 – 1 = 3
したがって、電子の形状は三角錐です。
図5: アンモニア分子のボール＆スティック構造
アンモニアの電子配置は四面体です。
しかし、アンモニアの分子形状は三角錐です。
分子の幾何学
次の図は、存在する電子対の数に応じて、分子の幾何学的形状をいくつか示しています。
| 電子対の数｜結合電子対の数｜孤立電子対の数｜電子の幾何学｜分子の幾何学｜を示します。 | ||||
| 2｜2｜0｜リニア｜リニア｜リニア | ||||
| 3｜3｜0｜三角形の平面｜三角形の平面 | ||||
| 3｜2｜1｜三角錐｜曲がる｜曲がる | ||||
| 4｜4｜0｜4面体｜4面体｜4面体 | ||||
| 四面体｜4｜3｜1｜四面体｜三角錐｜四角錐｜四角錐｜四角錐｜四角錐｜四角錐｜四角錐｜四角錐｜四角錐 | ||||
| 4｜2｜2｜四面体｜曲げ｜｜｜｜。 | ||||
| 5｜5｜0｜三角錐体｜三角錐体｜三角錐体 | ||||
| 5｜4｜1｜トライゴナルバイピラミッド型｜シーソー型 | ||||
| 5｜3｜2｜三角錐｜T字型｜鋸歯状｜鋸歯状型 | ||||
| 5｜2｜3｜三角錐｜リニア型 | ||||
| 6｜6｜0｜八面体｜正八面体 |
上の表は、分子の基本的な形状を示したものです。
最初の列は電子の幾何学的形状を示す。
他の列は、最初の列を含む分子の幾何学的形状を示す。
電子の幾何学と分子の幾何学の違い
定義
電子の形状。
電子形状とは、結合電子対と孤立電子対の両方を考慮して予測される分子の形状のことである。
分子幾何学。
分子幾何学とは、結合電子対のみを考慮して予測される分子の形状をいう。
単独電子対
電子の幾何学。
電子形状を求める際には、孤立電子対が考慮される。
分子幾何学。
分子形状を求めるとき、孤立電子対は考慮されない。
電子対の数
電子の幾何学。
電子形状を求めるには、全電子対の数を計算する必要がある。
分子構造。
結合電子対の数を計算し、分子形状を求める。
結論
中心原子に孤立電子対がない場合、電子の形状と分子の形状は同じになる。
しかし、中心原子に孤立電子対がある場合、電子の幾何学的性質は常に分子の幾何学的性質と異なる。
したがって、電子形状と分子形状の違いは、分子内に存在する孤立電子対に依存することになります。
