主な違い – 価電子結合理論 vs 分子軌道理論
原子は、電子が存在する軌道で構成されています。
この原子軌道は、さまざまな形やエネルギー準位で存在します。
原子が他の原子と組み合わさって分子内にあるとき、これらの軌道は異なる方法で配置されます。
この軌道の配置によって、化学結合や分子の形や幾何学的な形状が決定されます。
これらの軌道の配置を説明するために、価電子結合理論と分子軌道理論のいずれかを用いることができる。
価電子結合論と分子軌道論の大きな違いは、価電子結合論が軌道の混成を説明するのに対し、分子軌道論は軌道の混成について詳しく説明しないことである。
価電子結合理論とは
価電子結合理論とは、分子内の原子の化学結合を説明するための基礎理論です。
価電子結合理論では、軌道の重なりによって電子が対になることを説明する。
原子の軌道には、主にS軌道、P軌道、D軌道が存在する。
価電子結合理論によれば、2つのs軌道が重なったり、p軌道が頭同士で重なったりするとシグマ結合が形成されます。
平行な2つのp軌道の重なりはπ結合を形成する。
したがって、単結合はシグマ結合のみを含むが、二重結合はシグマ結合とπ結合を含む。
三重結合はシグマ結合と2つのπ結合を含むことがあります。
H2のような単純な分子は、水素（H）原子がs軌道だけで構成されているため、軌道の重なりだけでシグマ結合を形成する。
しかし、不対電子を持つs軌道とp軌道からなる原子の場合、価電子結合理論では「混成」と呼ばれる概念が存在する。
軌道が混成されると、ハイブリッド軌道になる。
このハイブリッド軌道は、軌道間の反発が最小になるように配置されている。
以下にハイブリッド軌道のいくつかを紹介する。
sp オービタル
s軌道とp軌道が混成してできるハイブリッド軌道です。
したがって、sp軌道はs軌道の特徴を50％、p軌道の特徴を50％持っています。
spハイブリッド軌道からなる原子は、ハイブリッドしていないp軌道を2つ持っています。
したがって、その2つのp軌道は平行に重なり合い、2つのπ結合を形成することができる。
混成軌道の最終的な配置は直線的です。
sp2Orbital
このハイブリッド軌道は、s軌道と2つのp軌道が混成して形成されている。
したがって、このsp2ハイブリッド軌道は、約33%のs軌道の性質と約67%のp軌道の性質で構成されています。
このような混成を行う原子は、混成されていない1つのp軌道で構成されている。
ハイブリッド軌道の最終的な配置は、三角形の平面となる。
sp3Orbital
s軌道と3つのp軌道が混成してできたハイブリッド軌道です。
したがって、このsp3ハイブリッド軌道は、約25%のs軌道の性質と約75%のp軌道の性質で構成されています。
このような混成をする原子は、混成していないp軌道を持たない。
ハイブリッド軌道の最終的な配置は四面体です。
sp3d1Orbital
この混成軌道は、s軌道、3つのp軌道、およびd軌道を含んでいます。
これらの混成軌道が、最終的な分子の形状を決定する。
上の図は、CH4分子の形状を示したものです。
これは四面体です。
灰色は炭素原子のsp3混成軌道、青色は水素原子のs軌道で、炭素原子の混成軌道と重なり合って共有結合を形成している。
分子軌道理論とは？
分子軌道理論とは、分子の化学結合を仮想的な分子軌道を用いて説明する理論です。
また、原子軌道が重なり合う（混ざり合う）ことで分子軌道が形成されることも説明されている。
この理論によると、分子軌道は最大で2個の電子を保持することができる。
これらの電子は、電子間の反発を最小にするために、逆のスピンを持っています。
これらの電子は結合電子対と呼ばれる。
この理論では、分子軌道は結合分子軌道と反結合分子軌道の2種類に分けられる。
結合分子軌道
結合分子軌道は、原子軌道（この分子軌道の形成に参加した原子軌道）よりエネルギーが低い。
そのため、結合軌道は安定です。
結合分子軌道にはσという記号が与えられている。
反結合分子軌道
反結合分子軌道は、原子軌道よりも高いエネルギーを持つ。
そのため、結合軌道や原子軌道に比べ、不安定です。
反結合分子軌道には、σ(*)という記号が与えられている。
結合分子軌道は、化学結合を形成させる。
この化学結合にはσ結合とπ結合があります。
反結合軌道は、化学結合の形成には関与しない。
結合の外側に存在する。
シグマ結合は、頭から頭へ重なったときに形成されます。
π結合は、軌道の内側と外側が重なり合って形成される。
：図2 酸素分子の結合を表す分子軌道図
上の図では、2つの酸素原子の原子軌道が左側と右側に示されている。
中央にはO2分子の分子軌道が結合軌道と反結合軌道として示されている。
価電子結合理論と分子軌道理論の違い
定義
価電子結合理論。
分子内の原子の化学結合を説明するための基礎理論。
分子軌道説。
分子の化学結合を仮想的な分子軌道で説明する理論。
分子軌道
価電子結合理論。
価電子結合理論では、分子軌道の詳細はわからない。
原子軌道の結合を説明する。
分子軌道説。
分子軌道理論：分子軌道をベースに発展させた理論。
軌道の種類
価電子結合理論。
価電子結合理論：ハイブリッド軌道を記述する。
分子軌道論。
結合分子軌道と反結合分子軌道を記述する。
ハイブリッド化
価電子結合理論。
価電子結合理論：分子軌道の混成を説明する理論。
分子軌道説。
軌道の混成は分子軌道説では説明できない。
結論
分子内の原子間の化学結合を説明するためには、価電子結合論と分子軌道論が使われる。
しかし、価電子結合論は複雑な分子の結合を説明することはできない。
二原子分子には適している。
しかし、分子軌道法はどのような分子でも結合を説明することができます。
そのため、価電子結合論よりも高度な応用が可能です。
これが価電子結合論と分子軌道論の違いです。
