物理化学演習

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
1
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
2
２章化合物の構造
海水
アル
ゴン
1%
水
空気
二酸
化炭その
他
素
0%
0%
酸素
21%
ネオン
ヘリウム
クリプトン
水素
キセノン
希ガス
硫化物
• 硫酸マグネシ
ウム
塩化物
窒素
78%
• 塩化ナトリウム
• 塩化マグネシ
ウム
OC2
Na＋A Cl－
HB2O
CO
E2
G
HF2
N
D2
H
I
L
J
K
＿＿結合・
＿＿結合・_____結合・___結合・_____結合
3
希ガス
A
B
C
外側の電子殻：
すべて D 個の電子で満たされている。
E
配置は安定している
イオンには
F
。
単独の原子のままで安定している。
4
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
5
化学結合
2-1-1.
• イオン結合
2-1-2.
塩化ナトリウム（NaCl） • 共有結合
A
B
Na+：ナトリウム_______________
Cl-：塩素______________
2-1-3.
電子構造
• 配位結合
C
Na原子（__________）
2-1-4.
D
Cl原子（_____________)
• 金属結合
安定な電子配置を取る場合
• 水素結合-電気陰性度と分極
F
E
Na＋（_____________）
Cl-（___________________）
2-1-5.
G
H
I
6
化学結合
2-1-1.
• イオン結合
• イオン間の
E
力は
F
方向性が
周期表の左：
2-1-2.
• 共有結合
• 空間の
A
電子を
陽イオン
になりやすい B 原子
• 配位結合
2-1-3.
2-1-4.
2-1-5.
周期表の右：
イオン
• 金属結合
結合
にも
G
作用する
• 相互作用するよう
H
• 水素結合-電気陰性度と分極
C
電子を
陰イオ
D
ンになりやすい非金属原
子
• 3次元的に規則正し
く配列したイオン結
I
晶＝
7
化学結合
2-1-1.
• イオン結合
塩
F
塩基
G
• 陽イオン、陰イオンの
• 共有結合
2-1-2.
1
A
を知る。
2-1-3.
•
2
3
• 配位結合
イオン、 C イオンの
• 金属結合
2-1-4.
順に元素記号を並べる。
B
金属
•
水素結合-電気陰性度と分極
2-1-5.
元素
H
• イオンの D は示さず、
の酸
E
右下にイオンの
化物
を添える。
8
化学結合
2-1-1.
2-1-2.
• イオン結合
A
融解・水溶液
• 共有結合
強い
2-1-3.
を
通さな
い
B
2-1-4.イオン
結合
2-1-5.
が
高い
• 配位結合
イオンと
イオンに分離
E
F
• 金属結合
D い
自由に
__
G
• 水素結合-電気陰性度と分極
C
H
性
9
2-1-1.
化学結合
2-1-2.
• 共有結合
2-1-3.
• 配位結合
• イオン結合
水素H 1s1 中性
• イオンに
• １個の電子を
2-1-4.
2-1-5.
A
• 金属結合
B
1s2：He
E
• 水素結合-電気陰性度と分極
F
________
Covalent
bond
水素H 1s1 中性
• イオンに
• １個の電子を
C
D
最もエネルギーが
低くなった G で
落ち着く
10
2-1-1.
化学結合
2-1-2.
• 共有結合
• イオン結合
エネルギー
(bond dissociation energy)
•
配位結合
432 kJ mol-1
水素原子が近づく
C
エネルギー
2-1-3.
核間距離
2-1-4.
•
2-1-5.
•
• 最外殻の D が重なる
金属結合
• 電子は相手の原子の原子
核とも引合う
水素結合-電気陰性度と分極
• 系のエネルギーは E
B
結合距離
（band distance：band length）
H: 0.074 nm
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 G
F11
2-1-1.
• イオン結合
化学結合
2-1-2.
• 共有結合
2-1-3.
• 配位結合
F
2-1-4.
I
F
A
• 金属結合
E
8個の電子をもつ希ガスの閉殻構造：オクテット則
J
の電子をもつ希ガスの
： K
則（octet rule）
（octet rule）
2-1-5.
C
B
• 水素結合-電気陰性度と分極
H
D
C
F
G
H
12
2-1-1.
• イオン結合
化学結合
2-1-2.
• 共有結合
分子の骨格を書く H2O
H
OA
2-1-3.
H
• 配位結合
原子が持つ価電子の合計を計算。
• 金属結合
2-1-4.
B
（2個） +
2-1-5.
C （6個）＝ 8個
O
• 水素結合-電気陰性度と分極
隣り合う原子の間に電子
残りの電子を
E
D
個を配置。
上に配置。
13
2-1-1.
• イオン結合
化学結合
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
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
14
1
2-1-1.
• イオン結合
化学結合
2-1-2.
• 共有結合*VSEPR
2-1-3.
•
A
2-1-4.
2
3
•
2-1-5.
•
構造を書く
• 配位結合
• 金属結合
を空間に配置
B
• 水素結合-電気陰性度と分極
C
同士を離す
15
2-1-1.
• イオン結合
化学結合
2-1-2.
• 共有結合*VSEPR
電子対2組
1
• CO2の
電子対3組
2
• 中心原子の炭素の電子対はB 組
3
金属結合
•• 分子の形は
2-1-3.
2-1-4.
電子対4組
2-1-5.
電子対5組
電子対6組
• 配位結合
構造を書く
A
C
• 水素結合-電気陰性度と分極
O D：板書
C O
O
C
E：板書
O
16
2-1-1.
• イオン結合
化学結合
2-1-2.
• 共有結合*VSEPR
電子対2組
1
電子対3組
2
電子対4組
3
2-1-3.
2-1-4.
A
• BF3の
構造を書く
• 配位結合
• ホウ素は B ・フッ素 C の価電子
金属結合
D
•• 分子の形は
形
2-1-5.
電子対5組
• 水素結合-電気陰性度と分極
電子対6組
E:板書
F:板書
17
2-1-1.
• イオン結合
化学結合
2-1-2.
• 共有結合*VSEPR
電子対2組
1
電子対3組
2
A
• CH4の
構造を書く
• 配位結合
• 炭素のまわりにはB 組の電子対
3
• 4つの電子対間の反発が
金属結合
2-1-3.
2-1-4.
電子対4組
2-1-5.
電子対5組
4
C
D
•
構造をとる。
• 水素結合-電気陰性度と分極
電子対6組
E:板書
F:板書
18
2-1-1.
化学結合
2-1-2.
• 共有結合*VSEPR
• イオン結合
電子対2組
1
電子対3組
2
2-1-3.
• NH3の
A
構造を書く
• 配位結合
• Nのまわりには１組の
対
B
2-1-4. 3
• 非共有電子対は電子対間の
2-1-5. 4
D
• 四面体構造でH-N-Hの結合角：
• 水素結合-電気陰性度と分極
電子対4組
電子対5組
• 金属結合
C
より大きい
電子対6組
E E:板書
F:板書
19
2-1-1.
化学結合
2-1-2.
• 共有結合*VSEPR
2-1-3.
電子対2組
電子対3組
• イオン結合
1
• H2Oの
2
• Oには
A
• 配位結合
B
を書く
の非共有電子対
2-1-4. 3
• 非共有電子対は電子対間の反発より
2-1-5. 4
D
• 四面体構造でH-O-Hの結合角：
°
• 水素結合-電気陰性度と分極
電子対4組
• 金属結合
C
電子対5組
電子対6組
E:板書
F:板書
20
2-1-1.
• イオン結合
化学結合
2-1-2.
• 共有結合*VSEPR
電子対2組
2-1-3.
電子対3組
2-1-4.
電子対4組
2-1-5.
電子対5組
1
2
3
•
PCｌ
の
5
• 配位結合
• Pのまわりには
• 金属結合
•
C
を書く
A
B
の電子対
（型）
• 水素結合-電気陰性度と分極
電子対6組
D:板書
E:板書
21
2-1-1.
• イオン結合
化学結合
2-1-2.
• 共有結合*VSEPR
電子対2組
2-1-3.
1
電子対3組
2-1-4.
2
2-1-5.
電子対5組
3
電子対4組
SF6の
••配位結合
• Sのまわりには
• 金属結合
•
C
を書く
A
B
の電子対
体
• 水素結合-電気陰性度と分極
電子対6組
E:板書
D:板書
22
2-1-2.
• 共有結合*VSEPR
化学結合
2-1-3.
• 配位結合
結合に必要な電子対同士が一方の
から提供される結合
2-1-4.
• 金属結合
H
2-1-5.
• 水素結合-電気陰性度と分極
+
N
H
＋ H
H
N
A
• 三つの
B ＿結合
• C
対
Hへ
H
＋
H N H
H
E
D
を与える
F
23
2-1-2.
• 共有結合*VSEPR
化学結合
2-1-3.
• 配位結合
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
2-1-4.
• 金属結合
H2-1-5. F
H N ＋ B
A
H
H F
• 水素結合-電気陰性度と分極
B
F
H N B F
C:板書
F
アンモ N 非共
ニア有電子対
H F
ホウ
素
24
2-1-3.
• 配位結合
化学結合
2-1-4.
• 金属結合
A
•
をよく伝える
水素結合-電気陰性度と分極
C 反射
2-1-5. • B •光沢や
•金箔のように D になる。 E
なぜ？
•金のように線上に伸ばすことができ
F
る（
）
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
G
やすい
I
多数集まる
の
電子が集ま
る
が元
の原子から
離れる
J
イオンに
なりやすい
H
K
を自
由に動き回
る
2-1-3.
• 配位結合
化学結合
2-1-4.
• 金属結合
Al, Fe, Cuなど
の金属元素
2-1-5.
なぜ？
•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）
• 水素結合-電気陰性度と分極
自由電子が自由に動ける
• ⇒金属の
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。
A
度や
B
性
自由電子に光があたり反射。
•⇒
C
金属イオンの位置がずれても自由電子が結ぶ
•⇒
D
や
E
26
2-1-4.
• 金属結合
化学結合
2-1-5.
• 水素結合-電気陰性度と分極
H
H
C
H
電子分布の偏り
A
B
(electronegativity)
(polarization)
＝原子によって電子を引き付ける力が異なる。
値が大きい＝電子を引き付ける力が
C
27
2-1-4.
• 金属結合
化学結合
2-1-5.
• 水素結合-電気陰性度と分極
電気陰性度の特徴
周期表の同一周期では右行くほど
A
。
•C < N < O
同じ族では、周期表の上にある元素ほど
B
。
すべての金属元素の電気陰性度は炭素より
D
• F > Cl > Br
炭素と水素では炭素のほうがわずかに
C
•C > H
28
δ＋
2-1-4.
• 金属結合
化学結合
2-1-5.
• 水素結合-電気陰性度と分極
H
C
δ-
A
電子の偏り
δ
μ = δB ｘ l
l
極性(polar)分子
分子が対象構造
偏りがない
無極性(nonpolar)分子
極性(polar)
分子
無極性(nonpolar)
分子
29
2-1-4.
• 金属結合
化学結合
2-1-5.
• 水素結合-電気陰性度と分極
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
A
O・・・H
結合角 180°
距離 0.177 nm
結合エネルギー 20 kJ mol-1
沸点が
O―H
>
<
0.0965 nm
460 kJ mol-1
B
DNAの二重らせん構造にも
C
が
重要な役割を示している。
30
2-1-4.
• 金属結合
化学結合
2-1-5.
• 水素結合-電気陰性度と分極
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
ため
B
A
が働いている
水素結合を振り切って分子が離れ，
気体となる状態が
C
分子間に水素結合が働くと
その結合を D ために余分なエネルギーが
必要
沸点は E なる。
31
2-1-4.
• 金属結合
化学結合
2-1-5.
• 水素結合-電気陰性度と分極
生体系において
B
C
D
E
• 生体物質の構造保
持や生命の遺伝情
報をつかさどる A
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。
32

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