物理化学演習

物理化学
福井工業大学工学部
環境生命化学科
原道寛
1
例題2.1
2
例題2.2
中性電子の価電数
非共有電子の数
共有電子の数
3
例題2.3
4
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
5
２章化合物の構造
海水
アル
ゴン
1%
水
硫化物
• 硫酸マグネシ
ウム
空気
二酸
化炭その
他
素
0%
0%
酸素
21%
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
HF2
ネオン
ヘリウム
クリプトン
水素
キセノン
希ガス
Ar
Ne
G
He
Kr
Xe
N
D2
H
I
L
J
K
イオン結合・共有結合・配位結合・金属結合・水素結合
6
希ガス
A
B
C
外側の電子殻：
D
すべて8個の電子で満たされている。
E
電子配置は安定している
F
イオンにはならない。
単独の原子のままで安定している。
7
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
8
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
Na+：ナトリウムカチオンA cation
Cl-：塩素アニオンB anion
2-1-3.
電子構造
• 配位結合
Na原子（1s22s2C2p63s1）
2-1-4.
Cl原子（1s22s22pD63s23p5）
• 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 23p6：Ar）
E 6 ：Ne）
Na＋（1s22s22p
Cl-（1s22s22p63s
2-1-5.
G
H
I
9
化学結合
2-1-1.
• イオン結合
周期表の左：
2-1-2.
• 共有結合
A
電子を放出して陽イオン
B
になりやすい金属原子
• 配位結合
2-1-3.
• イオン間の
E
クーロン力は
方向性がないF
• 空間の
G
どの方向にも
作用する
2-1-4.
イオン
• 金属結合
2-1-5.
周期表の右：
• 水素結合-電気陰性度と分極
結合
C
電子を受け入れて陰イオ
D
ンになりやすい非金属原
子
• 相互作用するよう
に交互に周りを取り
H
囲まれる
• 3次元的に規則正し
く配列したイオン結
I
晶＝電気的に中性
10
化学結合
2-1-1.
• イオン結合
• 陽イオン、陰イオンの
• 共有結合
2-1-2.
1
A
価数を知る。
2-1-3.
• 配位結合
C
B
• 陽イオン、陰イオンの
• 金属結合
2-1-4.
2
順に元素記号を並べる。
3
塩
• NaCl
• NaBrF
• KCｌ
• NaOH
G
塩基
• KOH
金属
•
水素結合-電気陰性度と分極
2-1-5.
元素 • MgO
H
D
• イオンの電荷は示さず、
の酸 • CaO
E
右下にイオンの数の比
化物
を添える。
11
化学結合
2-1-1.
• イオン結合
結合力
2-1-2.
A
• 共有結合
強い
2-1-3.
B
電気を
通さな
い
融解・水溶液
• 配位結合
E
陽イオンと
F
陰イオンに分離
2-1-4.イオン
結合
• 金属結合
D硬い
2-1-5.
• 水素結合-電気陰性度と分極
C
融点が
高い
G
自由に移動
H
電気伝導性
12
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
A
• イオンにならない
• 金属結合
B
• １個の電子を出し合う
1s2：He
2-1-4.
2-1-5.
E
• 水素結合-電気陰性度と分極
F
共有結合
水素H 1s1 中性
C
• イオンにならない
D
• １個の電子を出し合う
Covalent
bond
最もエネルギーが
G
低くなった距離で
落ち着く
13
2-1-1.
化学結合
2-1-2.
• 共有結合
• イオン結合
C
結合解離エネルギー
(bond dissociation energy)
•
配位結合
432 kJ mol-1
水素原子が近づく
エネルギー
2-1-3.
核間距離
2-1-4.
•
2-1-5.
•
D
• 最外殻の1s軌道が重なる
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
• 系のエネルギーは安定
E
B
結合距離
（band distance：band length）
H: 0.074 nm
さらに水素原子が接近
F14
• 正電荷の核同士が反発
G
• 系のエネルギー増大
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
F
F
FA
FB
E
H
• 水素結合-電気陰性度と分極
F
C
H
D
H
H
HG
8個の電子をもつ希ガスの閉殻構造：オクテット則
I
K
J
8個の電子をもつ希ガスの閉殻構造：オクテット則（octet
rule）
（octet rule）
2-1-5.
C
H
15
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
2H・
（2個） +
2-1-5.
C
O
（6個）＝ 8個
• 水素結合-電気陰性度と分極
隣り合う原子の間に電子 D2個を配置。
E
残りの電子をすべての原子上に配置。
16
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
17
1
2-1-1.
• イオン結合
化学結合
2-1-2.
• 共有結合*VSEPR
• 配位結合
2-1-3.
•ルイス構造を書く
A
2-1-4.
• 金属結合
•電子対を空間に配置
B
2
3
2-1-5.
• 水素結合-電気陰性度と分極
•非共有電子対同士を離す
C
18
2-1-1.
• イオン結合
化学結合
2-1-2.
• 共有結合*VSEPR
A
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
B
O D：板書
C O
C
O
C
E：板書
O
19
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
A
• BF3のルイス構造を書く
• 配位結合
B
C
• ホウ素は３・フッ素７の価電子
金属結合
D
•• 分子の形は正三角形
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
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
1
電子対3組
2
A
• CH4のルイス構造を書く
• 配位結合
B
• 炭素のまわりには4組の電子対
3
C
• 4つの電子対間の反発が最少
金属結合
2-1-3.
2-1-4.
電子対4組
2-1-5.
電子対5組
4
D
• 正四面体構造をとる。
• 水素結合-電気陰性度と分極
電子対6組
E:板書
F:板書
21
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.
A
• NH3のルイス構造を書く
• 配位結合
B
• Nのまわりには１組の非共有電子対
2-1-4. 3
C
• 非共有電子対は電子対間の反発より大きい
2-1-5. 4
D
• 四面体構造でH-N-Hの結合角：106.7°
• 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
電子対6組
E E:板書
F:板書
22
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
2
A
• H2Oのルイス構造を書く
• 配位結合
B
• Oには2組の非共有電子対
2-1-4. 3
C
• 非共有電子対は電子対間の反発より大きい
2-1-5. 4
D
• 四面体構造でH-O-Hの結合角：104.5°
• 水素結合-電気陰性度と分極
電子対4組
• 金属結合
電子対5組
電子対6組
E:板書
F:板書
23
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
A
•
PCｌ
のルイス構造を書く
5
• 配位結合
B
• Pのまわりには5組の電子対
• 金属結合
C
• 三方両錐
• 水素結合-電気陰性度と分極
電子対6組
D:板書
E:板書
24
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
A
•
SF
のルイス構造を書く
6
• 配位結合
B
• Sのまわりには6組の電子対
• 金属結合
C
• 正八面体
• 水素結合-電気陰性度と分極
電子対6組
E:板書
D:板書
25
2-1-2.
• 共有結合*VSEPR
化学結合
2-1-3.
• 配位結合
A
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
H
2-1-5.
• 水素結合-電気陰性度と分極
+
N
H
＋ H
H
N
• 三つの
BN-H結合
• 非共有
C
電子対
Hへ
H
＋
H N H
H
E
非共有電
D
子対
を与える
F
26
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
27
2-1-3.
• 配位結合
化学結合
2-1-4.
• 金属結合
A
•電気・熱をよく伝える
C
2-1-5. •金属光沢や光反射
B • 水素結合-電気陰性度と分極
D
E
•金箔のように薄く膜になる。（展性）
なぜ？
•針金のように線上に伸ばすことが
F
できる（延性）
Al, Fe, Cuなど
の金属元素
イオン化
エネルギー
が小さい
多数集まる
価電子を
G
放出しやすい
I
最外殻の
電子が集ま
る
J
価電子が元
の原子から
離れる
H
陽イオンに
なりやすい
K
原子間を自
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
A
B
• ⇒金属の電気伝導度や熱伝導性
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。
自由電子に光があたり反射。
C
• ⇒金属光沢
金属イオンの位置がずれても自由電子が結ぶ
D
E
• ⇒展性や延性
29
H
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
H
電子分布の偏り
A
分極(polarization)
B
電気陰性度
＝原子によって電子を引き付ける力が異なる。
(electronegativity)
C
値が大きい＝電子を引き付ける力が強い。
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
電気陰性度の特徴
A
周期表の同一周期では右行くほど大きい。
•C < N < O
同じ族では、周期表の上にある元素ほど大きい。
B
• F > Cl > Br
C
炭素と水素では炭素のほうがわずかに大きい
•C > H
D
すべての金属元素の電気陰性度は炭素より小さい。
31
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
32
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
A
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
結合角 180°
距離 0.177 nm
結合エネルギー 20 kJ mol-1
O―H
>
<
0.0965 nm
460 kJ mol-1
沸点が高くなる
B
DNAの二重らせん構造にも
C
水素結合が
重要な役割を示している。
33
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
A
分子量の小さなNH3，H2O，HFの沸点が高い
B
これらの化合物の分子間に水素結合が働いている
ため
水素結合を振り切って分子が離れ，
気体となる状態が沸点C
分子間に水素結合が働くと
D
その結合を切るために余分なエネルギーが
必要
E
沸点は高くなる。
34
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
A
報をつかさどるDNA
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。
35
小テスト８
名列番号＿＿＿＿氏名＿＿＿＿＿＿＿
採点者＿＿＿＿
例題2.1
36
例題2.2
中性電子の価電数
非共有電子の数
共有電子の数
37
例題2.3
38
例題2.4
39

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