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D 分子と共有結合

 

共有結合

 H2分子が形成されるとき,H原子は電子を1個しかもたない1s電子軌道を互いに重ね合わせて,H原子2個の間で電子の行き来ができる様になる。このようにして,H原子2個はより安定なH2分子をつくる。この際,原子が結合して生じる安定な分子の結合力や性質を解明する為に,原子間にまたがった分子軌道を考える。電子は分子軌道に従って両原子間を行き来し,原子同士を結びつける。このように,電子を共有することによってできる結合が共有結合である。

 水素分子の解離エネルギーは436kJ/molであることが知られている。

  H2()2H()436kJ

 H原子2個が完全に離れているときのポテンシャルエネルギーを0とすると,この2原子が互いに近寄って共有結合を形成する場合のエネルギー変化は,下図の様になる。2つの原子核の間の距離がr(0.074nm)になったとき,2原子は最も強く結合して安定になっていることが判る。この場合,H2原子が完全に離れているときに比べ,D (436kJ/mol)だけエネルギーを放出している。H原子の共有結合半径と呼んでいる。

 

 

H2分子のエネルギー

 

 分子軌道が形成される場合,その形と電子密度の関係をH2分子について考えてみよう。Heの電子配置は1s2である。1s軌道の形は球状で,図 (A)のようになっている。原子核を通る直線を横軸に,直線に垂直な面内の電子密度を縦軸にとって図示すれば,図(a)で表される。そこで,Heの原子核を二分し,それぞれの+eの電荷を少しずつ離していくと考える。+e2つの核が十分に離れた状態では,2個のH原子が離れて存在しているのと同じ状態とみなすことができる。そのような状態になるまでの軌道の形は,図の(A)→(B)→(C)→(D)を辿る。実際のH2分子の核間距離は0.074nmであり,この場合の分子軌道は(C)に相当する。この分子軌道は元々1個のHe原子核を包んでいた1s軌道だから,2個の1s電子は2個の核電荷から同じ影響を受けている。

1sの電子配置のH原子2個が,(D)の孤立した状態から近づいて接触した場合,2つの1s軌道は単に重なり合うだけでなく,436kJ/molもの熱を放出することによる安定化で大きな影響を受ける。(C)の状態では,どの電子がどの核に所属するかが決められなくなっている。即ち,2個の電子は2個の原子核に一様に束縛されている。これが分子を安定にしている主要な原因と考えることができる。つまり,2個の電子は2個の原子核に共有され,2つのH原子は共有結合によって強く結びつけられている。

 

 

2分子の分子軌動と電子密度

 

 

 

 








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