共有結合と分子
非金属どうしの原子は電子を出し合って共有することで安定化します。これを共有結合と呼び、こうしてできた粒子が分子です。
基本知識
原子は希ガス型の電子配置になろうとして、互いに不対電子を出し合って共有電子対を作ります。これが共有結合です。
例:
・H2: H・ + ・H → H:H (共有電子対1組、単結合)
・H2O: O原子は不対電子2、H原子は1ずつ。2本のO-H単結合。
・CO2: O=C=O (二重結合2本)。
・N2: N≡N (三重結合)。極めて安定で空気の主成分。
共有結合の表記:
・電子式(ルイス式): 価電子を点で書く(:)。
・構造式: 共有電子対を線(―)で書く(H-H、O=C=O)。
・分子式: 構成原子の種類と数(H2、H2O、CO2)。
1組の共有電子対=単結合(―)、2組=二重結合(=)、3組=三重結合(≡)。
共有結合（原子が不対電子を出し合って電子対を共有する結合）
共有電子対・非共有電子対（共有/非共有の電子対。後者は孤立電子対）
単結合・二重結合・三重結合（共有電子対が1,2,3組）
電子式(ルイス式)（価電子を点で書く表記）
構造式（共有電子対を線で表す表記。H-O-H）
配位結合（一方の原子が電子対を提供する特殊な共有結合。NH3+H+→NH4+）
深掘り (背景・意義)
主な分子の電子式と構造を整理しましょう。
・H2: H-H
・Cl2: Cl-Cl(非共有電子対各3組)
・HCl: H-Cl
・H2O: H-O-H、折れ線形(O上に非共有電子対2組)
・NH3: 三角錐型(N上に非共有電子対1組)
・CH4: 正四面体型(価電子4)
・CO2: O=C=O、直線形
・N2: N≡N、極めて安定
配位結合は一方の原子が両方の電子を提供する結合で、できてしまえば普通の共有結合と区別できません。NH3のN上の非共有電子対がH+に与えられてNH4+になる例、H2O+H+→H3O+(オキソニウムイオン)も代表的です。
配位結合は錯イオン形成にも重要で、Cu2++4NH3→[Cu(NH3)4]2+(銅アンミン錯イオン、深青色)などの色彩豊かな反応にも関わります。共有結合は有機化学の主役でもあり、CEOが将来取り組む生命科学・医薬の研究もすべて共有結合の理解から始まります。
- 共有結合＝非金属原子が電子対を共有
- 共有電子対は線、非共有電子対は点で表す
- 単結合、二重結合(=)、三重結合(≡)
- H2O折れ線、NH3三角錐、CH4正四面体
- CO2直線、N2三重結合で安定
- 配位結合: 一方が電子対提供(NH4+, H3O+)
- 錯イオン[Cu(NH3)4]2+も配位結合
注意点 (混同しやすい)
① 共有電子対(原子間)と非共有電子対(孤立電子対)(1原子に属する)を区別。② 電子式(価電子・点)と構造式(共有電子対・線)の表記の違い。③ 配位結合はできてしまえば普通の共有結合と区別できない。④ 結合の数と共有電子対の組数: 単結合=1組(電子2個)、二重結合=2組(電子4個)、三重結合=3組(電子6個)。
練習
- H2O 分子の構造式を書きなさい。非共有電子対も表すこと。
- N2分子で原子間にできている結合の種類を答えなさい。
- NH4+はどのような結合でできているか説明しなさい。