物理 化学 第2章 1 Ver. 1.0
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物理化学 第2章 1 Ver. 1.0
福井工業大学 工学部環境生命化学科原 道寛
2
物理化学:2章化合物の構造(メニュー)
2-1.
• 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
2-2.
• 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
3
2章 化合物の構造
水
塩化物• 塩化ナトリウム• 塩化マグネシウ
ム
硫化物• 硫酸マグネシウ
ム
窒素78%
酸素21%
アルゴン1%
二酸化炭素0%
その他0%
空気海水ネオン
ヘリウムクリプト
ン水素
キセノン
希ガス
H2O N2
O2 CO2H2
Na + Cl-
__結合・ __結合・ _____ 結合・ ___ 結合・_____ 結合
化学結合A B
C
D
E F
G
H I J K L
4
希ガス
外側の電子殻:すべて 個の電子で満たされている。
配置は安定している
イオンには 。単独の原子のままで安定している。
ヘリウム( He ; )ネオン( Ne ; )
アルゴン( Ar ; )
A
B
C
D
E
F
5
化学結合
• イオン結合2-1-1.• 共有結合2-1-2.• 配位結合2-1-3.• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.
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化学結合• イオン結合2-1-1.• 共有結合2-1-2.• 配位結合2-1-3.• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.安定な電子配置を取る場合
Na +( _____________ ) Cl-
( ___________________ )
電子構造Na 原子( __________ ) Cl 原子( _____________)
塩化ナトリウム( NaCl )Na+ :ナトリウム_______________
Cl- :塩素______________
( electrostatic force ) = (ionic bond)
A B
C D
E F
G H
I
7
化学結合• イオン結合2-1-1.• 共有結合2-1-2.• 配位結合2-1-3.• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.
周期表の左:電子を 陽イオンになりやすい
原子
周期表の右:電子を 陰イオンになりやすい非
金属原子
イオン結合
• イオン間の 力は方向性が
• 空間の にも作用する
• 相互作用するよう
• 3 次元的に規則正しく配列したイオン結晶=
A
B
C
D
EF
G
H
I
8
化学結合• イオン結合2-1-1.• 共有結合2-1-2.• 配位結合2-1-3.• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.
1• 陽イオン、陰イオン
の を知る。
2
• イオン、 イオンの順に元素記号を並べる。
3
• イオンの は示さず、右下にイオンの を添える。
塩
塩基
金属元素の酸化物
A
B C
D
E
F
G
H
9
化学結合• イオン結合2-1-1.• 共有結合2-1-2.• 配位結合2-1-3.• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.
イオン結合
強い
い
が高い
を
通さない
性
自由に __
イオンと イオンに分
離
融解・水溶液
A
B
C
D
E
F
G
H
• イオン結合2-1-1.• 共有結合2-1-2.• 配位結合2-1-3.• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.
化学結合
10
水素 H 1s1 中性• イオンに • 1個の電子を
水素 H 1s1 中性• イオンに• 1個の電子を
1s2 : He________Covalent bond
2 個の電子を二つの H 原子が
______
最もエネルギーが低くなった
で落ち着く
A
B
C
D
EF
G
• イオン結合2-1-1.• 共有結合2-1-2.• 配位結合2-1-3.• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.
化学結合
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結合距離( band distance : band
length )H: 0.074 nm
核間距離
エネ
ルギ
ー
エネルギー
(bond dissociation energy) 432 kJ mol-1 水素原子が近づく
• 最外殻の が重なる
• 電子は相手の原子の原子核とも引合う
• 系のエネルギーは
さらに水素原子が接近• 正電荷の核同士が• 系のエネルギー
B
C
D
E
F
G
12
• イオン結合2-1-1.• 共有結合2-1-2.• 配位結合2-1-3.• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.
化学結合
F F
フッ素原子 1s22s22p5
フッ素分子 1s22s22p6 :Ne
8 個の電子をもつ希ガスの閉殻構造:オクテット則( octet rule )
C H
の電子をもつ希ガスの : 則( octet rule )
ルイス構造:元素記号のまわりに価電子の数に相当 する点をつけて結合を表わした分子式
A
I J K
B
CD
E
F
GH
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• イオン結合2-1-1.• 共有結合2-1-2.• 配位結合2-1-3.• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.
化学結合
分子の骨格を書く H2OH O H
原子が持つ価電子の合計を計算。 ( 2 個) + ( 6 個) = 8 個
隣り合う原子の間に電子 個を配置。
残りの電子を 上に配置。
O
A
B C
D
E
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• イオン結合2-1-1.• 共有結合2-1-2.• 配位結合2-1-3.• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.
化学結合
結合を書く場合
イオンの場合
形式電荷を考える
共鳴構造を書く
オクテットを満たさない化合物
15
• イオン結合2-1-1.• 共有結合 *VSEPR2-1-2.• 配位結合2-1-3.• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.
化学結合
1• 構造を書く
2
• を空間に配置
3
• 同士を離す
A
B
C
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• イオン結合2-1-1.• 共有結合 *VSEPR2-1-2.• 配位結合2-1-3.• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.
化学結合
電子対 2 組
電子対 3 組
電子対 4 組
電子対 5 組
電子対 6 組
1
• CO2 の 構造を書く
2• 中心原子の炭素の電子対は 組
3• 分子の形は
A
B
C
O C O O C OD :板書 E :板書
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• イオン結合2-1-1.• 共有結合 *VSEPR2-1-2.• 配位結合2-1-3.• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.
化学結合
電子対 2 組
電子対 3 組
電子対 4 組
電子対 5 組
電子対 6 組
1
• BF3 の 構造を書く
2
• ホウ素は ・フッ素 の価電子
3• 分子の形は 形
A
B C
D
E: 板書 F: 板書
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• イオン結合2-1-1.• 共有結合 *VSEPR2-1-2.• 配位結合2-1-3.• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.
化学結合
電子対 2 組
電子対 3 組
電子対 4 組
電子対 5 組
電子対 6 組
1
• CH4 の 構造を書く
2
• 炭素のまわりには 組の電子対
3• 4 つの電子対間の反発が
4
• 構造をとる。
A
B
C
D
E: 板書 F: 板書
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• イオン結合2-1-1.• 共有結合 *VSEPR2-1-2.• 配位結合2-1-3.• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.
化学結合
電子対 2 組
電子対 3 組
電子対 4 組
電子対 5 組
電子対 6 組
1• NH3 の 構造を書く
2• N のまわりには1組の
対
3• 非共有電子対は電子対間の より大
きい
4• 四面体構造で H-N-H の結合角:
A
B
C
D
E E: 板書 F: 板書
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• イオン結合2-1-1.• 共有結合 *VSEPR2-1-2.• 配位結合2-1-3.• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.
化学結合
電子対 2 組
電子対 3 組
電子対 4 組
電子対 5 組
電子対 6 組
1• H2O の を書く
2• O には の非共有電子対
3• 非共有電子対は電子対間の反発より
4• 四面体構造で H-O-H の結合角:
°
A
B
C
D
E: 板書 F: 板書
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• イオン結合2-1-1.• 共有結合 *VSEPR2-1-2.• 配位結合2-1-3.• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.
化学結合
電子対 2 組
電子対 3 組
電子対 4 組
電子対 5 組
電子対 6 組
1
• PC l 5 の を書く
2
• P のまわりには の電子対
3• (型)
A
B
C
E: 板書D: 板書
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• イオン結合2-1-1.• 共有結合 *VSEPR2-1-2.• 配位結合2-1-3.• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.
化学結合
電子対 2 組
電子対 3 組
電子対 4 組
電子対 5 組
電子対 6 組
1
• SF6 の を書く
2
• S のまわりには の電子対
3• 体
A
B
C
D: 板書
E: 板書
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• 共有結合 *VSEPR2-1-2.• 配位結合2-1-3.• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.
化学結合
結合に必要な電子対同士が一方の から提供される結合
NH
HH
H++ NH
HH
H+
• 三つの _結合
• 対
Nを与える
Hへ
A
B D
C
E
F
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• 共有結合 *VSEPR2-1-2.• 配位結合2-1-3.• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.
化学結合
結合に必要な電子対同士が一方の原子だけから提供される結合
N + B
FH
F
FH
H
N B
FH
F
FH
H
A B C: 板書
N 非共有電子対
アンモニア
ホウ素
• 配位結合2-1-3.• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.
化学結合
• をよく伝える• 光沢や 反射• 金箔のように になる。• 金のように線上に伸ばすことができる ( )
なぜ?
Al, Fe, Cuなどの金属元素
イオン化エネルギーが小さい
価電子を やす
い
イオンに
なりやすい
多数集まる
の
電子が集まる
が元の原子から離れる
を自由に動
き回る
A
B C
D E
F
GH
I J K
26
• 配位結合2-1-3.• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.
化学結合
• 電気・熱をよく伝える• 金属光沢や光反射• 金箔のように薄く膜になる。(展性)• 針金のように線上に伸ばせる(延性)
なぜ?
自由電子:正電荷をもつ金属イオンを互いに規則正しく結び付ける。
Al, Fe, Cuなどの金属元素
• ⇒金属の 度や 性
自由電子が自由に動ける
• ⇒自由電子に光があたり反射。
• ⇒ や
金属イオンの位置がずれても自由電子が結ぶ
A B
C
D E
27
• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.化学結合
電気陰性度と結合の分極
HH HC 電子分布の偏り
(polarization)
原子によって電子を引き付ける力が異なる。(electronegativity) =
値が大きい=電子を引き付ける力が
A
B
C
28
• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.化学結合
電気陰性度と結合の分極電気陰性度の特徴
• C < N < O
周期表の同一周期では右行くほど 。
• F > Cl > Br
同じ族では、周期表の上にある元素ほど 。
• C > H
炭素と水素では炭素のほうがわずかに
すべての金属元素の電気陰性度は炭素より
A
B
C
D
• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.化学結合
29
電気陰性度と結合の分極
CHδ + δ-
電子の偏り(dipole moment)
1 D (デバイ )= 3.336 x 10-30 Cm
l
δ
無極性 (nonpolar) 分子
極性 (polar) 分子
分子が対象構造偏りがない
極性 (polar)分子
無極性 (nonpolar)分子
A
μ = δ x lB
C
ClCl Cl
Cl
C
HH H
Cl
30
• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.化学結合
(Hydrogen bond)
正電荷に帯びた水素原子と電気陰性な原子がクーロン引力で引き合ってできる弱い結合
O ・・・ H O―H結合角 180°距離 0.177 nm > 0.0965 nm結合エネルギー 20 kJ mol-1 < 460 kJ mol-1
沸点が
DNA の二重らせん構造にも が重要な役割を示している。
B
A
C
31
• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.
化学結合
15,16,17族の水素化合物の沸点を比べる
分子量の小さな NH3, H2O, HF の沸点が
これらの化合物の分子間に が働いているため
水素結合を振り切って分子が離れ,気体となる状態が
分子間に水素結合が働くと
その結合を ために余分なエネルギーが必要
沸点は なる。
A
B
C
D
E
32
• 生体物質の構造保持や生命の遺伝情報をつかさどる の二重らせん構造にも水素結合が重要な役割を果たしている。
生体系において
• 金属結合2-1-4.• 水素結合 - 電気陰性度と分
極2-1-5.化学結合
A
B C
D E