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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

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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軌道,2px軌道,2py軌道,2pz軌道に別れた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三角錐になる.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立に貢献した人々

確認問題

出席者の声:みんなはこういうことを考えている/感じている/知りたいと思っている

●ハイゼンベルクの不確定性原理ってラプラスの悪魔の否定に使われるやつですか?

そうです.

●2sのsや2pのpなどは小文字のほうがいいですか?

小文字で書くのがおやくそく.

●pxがspに最初になるのは何ですか?

pyでもpzでもいい.どれも等価.説明のためにpxを使っただけ.

●π結合とσ結合を言葉だけで説明するとどんな感じでしょうか?

p軌道だけだとπ結合,s軌道やsを含む混成軌道が関係するのがσ結合.

●先生は眠気がすごいときはどう対処していますか?

寝る.

●コーラにメントスを入れると爆発するのは何故ですか?

コーラに溶けていた二酸化炭素が溶けきれなくなって高速で抜けて出てくるから.

●分子内の電子による結合が理解できた.三重結合,σ,π結合によって成り立っていると学習できた.
●先生がかいたσとかπがきれいでいいと思った.
●今日の授業は少し難しかった.理解できるように復習する.
●今日の授業はすごく分かりやすかったです.
●予習しますね.
●復習します.
●ちゃんと勉強します.
●最後の方がよくわからなかった.
●モル計算苦手なので震えて次の授業うけます
●次の授業は好きな分野なのでがんばります.
●朝はとても辛いです.
●2回目の遅効しました.もうだめかもしれません.
●今日は授業にまにあいました.よかったです.来週の予習,ちゃんとする!!
●W杯がはじまっても頑張って来ます.

出席者数推移

(1)89→(2)89→(3)87→(4)80→(5)79→(6)75→(7)79

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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