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Life + Chemistry

化学の講義録+大学を楽しく面白い学びの場に変える試みの記録 (北里大学・野島 高彦)

医療工学科の化学講義(7)原子軌道と分子の形

医療工2013

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キーワード

p軌道,px軌道,py軌道,pz軌道,π結合,s軌道,σ結合,sp混成軌道,sp2混成軌道,sp3混成軌道,原子軌道,古典的,混成軌道,電子雲,不確定性原理,量子論

講義内容の要約

  • 太陽系における太陽と惑星のように,原子核の周りを電子が回っているという考え方が古典的考え方で,原子核から一定の距離に電子が存在し得るという考え方が量子論的考え方.
  • 電子のように小さくて軽い物体では,位置と運動量とを同時に正確に求めることがムリ.これをハイゼンベルクの不確定性原理という.
  • 電子が高い確率で存在し得る空間はマイナス電荷をもった雲とイメージしてOK.これを電子雲と呼ぶ.
  • K殻は1s軌道,L殻は2s軌道,2px軌道,2py軌道,2pz軌道から構成される.
  • 2px軌道,2py軌道,2pz軌道は互いに等価だが,2s軌道とは等価ではない.
  • それぞれの軌道には電子が最大2個まで収まる.
  • メタン分子は等価な4本のC-H結合をもつが,これは2s,2px,2py,2pzに別れた4軌道を4つの等価な軌道に再分配したため.この再分配を混成と呼び,混成で生じた軌道を混成軌道と呼ぶ.メタンの場合はs軌道1つにp軌道3つの割合で混成されているのでsp3混成軌道と呼ぶ.
  • エチレンの場合はs軌道1つにp軌道2つの割合で混成されているsp2混成軌道が,アセチレンの場合にはs軌道1つにp軌道1つの割合で混成されているsp混成軌道が,1個のC原子と他の原子とを結んでいる.
  • 平行するp軌道どうしが電子を共有することによって生じる結合がπ結合.s軌道もしくはsp,sp2,sp3混成軌道がかかわる共有結合をσ結合と呼ぶ.
  • 窒素原子を中心として正四面体を考え,その3箇所にH原子を配置したのがアンモニア分子になる.だからアンモニア分子は四角錐になる.同様に酸素原子を中心として正四面体を考え,その2箇所にH原子を配置したのが水分子になる.だから水分子は折れ線型になる.

講義内容解説プリント

今回の講義内容は教科書には記されていません.先週配布した以下のファイルに記載されています.

混成軌道の生成説明動画

関連トピック:原子軌道の考え方確率に貢献した人々

コメント

全般

●多重結合の本質がおもしろかったです.●大学の化学っぽくておもしろかったです.●多重結合が2種類の結合でできるとか,電子の飛んでいる範囲とか高校よりもくわしく教えてくれるので大学って感じがしてたのしいです.●初めて聞く話で楽しかったです.●高校の時はわからなかったsp2軌道についてわかってよかった.●今日の講義はわぁ〜ってなった.●楽しかったです.●立体的な話で少し難しかったが,最後の映像がわかりやすかったです.●少し難しかったのでしっかり復習したいです.●今回から今までやったことのない大学の勉強になった.難しい・・・●今日の内容は六分理解です.BBQしたいです.●形がどのように決まるか考えたこともなかったので深い意味がありおどろいた.●二重結合がそれぞれ違う種類の結合だと知って感動しました!ねぼうして1限に来るか迷いましたが来てよかったです.●立体的に構造を考えるのがすごく大変です.あろ,シグマの小文字ってどうやって書くんですか・・・●難しかった●今日の内容は難しかった.復習したい.モルは苦手なので気を付けたい.●モルは苦手なのでしっかり予習しておく.●だんだん難しくなってきたのでしっかり勉強します.●今回は急に難しくなったように感じた.●今日の内容を理解できてよかった.次はmolの計算かな? 人生最後のチャンスを逃さないために寝落ちしない! 笑●今日の話は難しかったけどきちんと復習したいと思います.●高校のとき学んだがよくわかなかった所がすこしわかったような気になった.わかったような気になっただけで,理解したわけではない.●今まで原子軌道を立体的に考えたことがなかった.●σ結合とπ結合のちがいがわかりません.●いまいちσとπわかりませんでした.●「σ」がうまく書けません.●σが6になりそうです.●だんだん朝起きるのが辛くなってきました.●原子,電子の世界って本当に興味深いです.小さいものの世界って測りしれません.●∞の形の決定の仕方がよくわかりません.●テストが近づいていると改めて知りました.勉強しなきゃ.●気温がちょうどよかったです.●今日はつかれました.

質問

●π結合が定義されたからσ結合を定義することができたのですか?

そういうわけではありません.

●混成軌道の生成は何もしなくても勝手におきるんですか?
●それから何かしらのエネルギーを与えられて行われるのですか?

そういうわけではありません.まず分子が存在していて,その中の結合の仕組みを実験事実に矛盾なく説明するための方法,くらいに考えておいてOK.たとえばメタン分子の場合,先に炭素原子が混成軌道を準備しておいてそこに水素原子が1個ずつくっついて行く,ったいうわけではありません.

●試験勉強はいつぐらいから始めればいいですか?

毎週予習と復習をやってあれば化学はOK.

●1sと2s軌道の違いってありますか?

おおざっぱな説明として原子核からの距離を比べると1s<2sになってます.

●σはΣではだめなんですか?

だめ.

●先生って進撃の巨人みてるんですか?

みてる.

●等価ってなんですか?

説明した.プリントにも書いておいた.

●e-の部屋割りで2sに2個,2pxに1個,2pzに1個ってないんですか?

2px,2py,2pzは入れ替えても同じ.

●パーマって酸化還元反応を使ったものですよね.天然パーマをなおすために美容院等に行かず自宅でできる方法はありませんか?

薬品だけでやってるわけではなくて熱をかけたり洗浄したりという工程があるから自宅で成功させるより美容院に行くことをオススメする.

確認問題

分子内の共有結合がσ結合かπ結合かを見わける問題.

出席者数推移

(1)89→(2)88→(3)88→(4)86→(5)79→(6)82→(7)78

次回予告と予習

「モルと化学反応式」を学びます.教科書の49ページから64ページを読み,例題を解いておくこと.

はじめて学ぶ化学

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