看護学科の化学講義(8)原子の結合その4

前回の講義に対する質問コメント感想その他いろいろの紹介

前回の講義録参照

• (7)原子の結合(3)

点電子図の復習

点電子図の書きかたがよくわからないという声が数名からあったので，もういちど例を挙げながら説明しました．第二周期の元素についてLiからNeまで元素記号のまわりに点電子を割り振って行き，続いてH₂O，O₂，N₃といった分子の点電子図の書きかたを復習しました．

●点電子図バッチリ理解できました．●点電子図は分かった．混成軌道は難しかった．●●点電子図，前よりも理解できました．●点電子図についての説明がわかりやすくて納得しました!●点電子やっとわかりました!ありがとー!その後の授業全然わかりませんでした．sとかpとかからわかんない．何の話?っていう感じでした．●授業の最初で点電子図について説明してくれたのでわかることができた．sp2やsp3がむずかしい．●点電子図で二重結合や三重結合の図を全く理解できていなかったのですが，今日の解説で理解できました．二重結合と三重結合についてもしっかりと理解でき，すっきりしました．ありがとうございます．●前回よくわからなかった電子図の書き方が，今日の授業で理解することができました．高校時代からわからなかったけど，理解できるとすごく簡単でした．この調子で1個ずつ苦手を克服していきたいです．●点電子図から難しいです!!復習しなくちゃ!!

配布物

• 原子軌道と分子の形(PDF)

L殻はどうなっているのか?

L殻は2s，2p_x，2p_y，2p_zの4個の軌道から構成されています．2p_x，2p_y，2p_zの4軌道は互いに直行する等価な軌道ですが，これらと2sとは等価ではありません．2sの方がエネルギーの低い軌道なので，L殻に電子が収まって行くときには，まず2sに2個，続いて1個ずつ2p_x→2p_y→2p_zと収まり，さらに1個ずつ2p_x→2p_y→2p_zと収まって行きます．

メタンCH₄分子が形成されるとき

実験により，メタン分子は4本の等価なC-H結合をもつことがわかっています．4本の共有結合をつくるためには，4個の価電子が等価なものになる必要があります．しかし，炭素CのL殻を構成するs軌道とp軌道とは等価ではありません．この矛盾を解消するための考え方が，混成軌道の生成です．

メタンCH₄分子中の炭素原子は，2s，2p_x，2p_y，2p_zの4軌道をミックスし，等価な4軌道に分け直していると考えるのです．この軌道は，1個のs軌道と3個のp軌道から構成されるので，sp³軌道と呼ばれます．

アンモニアNH₃ではどうなっているのか

Cよりも電子が1個多いNを中心にもつアンモニアNH₃の場合は，4本のsp³混成軌道のうち一つがすでに2個の電子で埋まっています．残りの3個のsp³軌道を用いてN-H共有結合がつくられます．このため，NH₃分子内には等価な3本のN-H結合と，1箇所の非共有電子対が存在します．その結果，NH₃分子全体で電子の偏りが生じ，これがNH₃分子を極性分子としています．

水H₂Oではどうなっているのか

さらに電子が1個増えた酸素原子をもつ水H₂Oの場合，2本のsp³混成軌道が非共有電子対で埋まっています．残りの2本がO-H結合に用いられます．この場合も同様に，分子は極性を持ちます．

sp²混成軌道とsp混成軌道

s軌道とp軌道とを再編成して混成軌道をつくる方法は，3通り存在します．

• s軌道1個に対して3個のp軌道を混成させる場合がsp³混成軌道
• s軌道1個に対して2個のp軌道を混成させる場合がsp²混成軌道
• s軌道1個に対して1個のp軌道を混成させる場合がsp混成軌道

詳細は次回．

日常生活と水素結合

水は凍ると体積を増やします．そのため，冬期に屋外の水道管に水が残った状態で気温が氷点下になると，水の膨張によって水道管が破裂することがあります．そうならないよう，寒冷地では水道管に断熱材を巻くことがあります．

水道管を破裂させるほどの水の膨張はどれほどの威力を示すのでしょうか．ちょいとムービーで見てみましょう．

●水素結合にもすごいパワーがあるんだなと思った．●水の力に驚きました!●水の実験は驚きました．本当にあなどれないです．水素結合は強いと実感しました．●水素結合すごいなー

感想コメントその他の紹介

●今日は難しかったです．復習が必要かな・・・．お腹すいたー!!●難しい!!わかるようでややこしい!!でも映像でみたら少し理解できた気がします!!●今日はメガネわすれて目がしょぼしょぼorz講義内容が数学っぽかったですねムズカシー●2px，2py，2pzとか初めて聞きました．難しくてつかみにくいです．L2が良いです．●何だか今日は時間が経つのが早く感じたー．●ケミストリーには想像力が必要ですね．●混成軌道，ムービーのほうが分かりにくかったです．●sp3って結局，ぜんぶ等価になるんですか?ノートとっててそこの説明を聞きのがしてしまいました．すみません．もう一度説明していただけるとありがたいです．●L1が良いと思います．人によってどちらがいいか意見が分かれると思うけどやっぱりイスがやわらかいし疲れないし広い点からL1がいいと私は考えました．●どんなときに混成軌道となるのですか?L殻の構造自体は図などの説明で分かりやすかったです．ただ，まだあやふやさが残っている状態です．気をひきしめます!!●頭が混乱してよくわからなくなった．●今日の内容難しかったですー．結局何が大事なのかなって思った．化学苦手で高校時代一番最初に捨てた教科だけど一生懸命がんばるのでテスト簡単にしてください．●今日めっちゃむずかった．●四重結合ってないんですか?今日の授業のところまったくわからないです．●今日の話，なんとなく理解できて，高校のときより理解が深まった気がした．先生，わかりやすいです!●sp3が難しかったです．●sp3が正四面体になるのが黒板ではわからなかったけど，映像をみて少しイメージができた．でもうやっぱり難しい．●今の授業難しかったです．先生〜〜!!今度質問に行きます!●今日の講義で，どうしてCH4は正四面体型の結合で水は折れ線型の結合なのかがわかりました．高校の授業で習ってない部分だったので，楽しかったです．●難しかったです．結局，図が何を示しているのかよくわかりません!!●よくわかりませんでしたー．でも，なんとなくわかったかも!!雨，嫌だなー．●映像で，立体の構造がわかりやすかったです!!●期末に向けて頑張らなきゃって思いました．●先生のHPをみて以前の講義録がのっていたんぼで，いい復習ができそうで，テスト前には特に活用していきたいと思いました!●高校のときも前回と今回やったようなことを少しやりましたが，高校のときより分かりやすかったです．●今日の授業若干むずかしかったです．高校の内容よりちょっと進んだ感じで・・・．●pって何でしょうか?sとかpとか何を表しているのか分からない．●スクリーンの映像を見ることで今日やった授業をイメージしやすくなりました!!●軌道の違いや混成軌道についてよく分からなかったです．●今日の講義は少し難しかったです．●何で極性がNH3とH2Oにはあるのかは分かったように思います．でも難しい内容だったので，理解はできていないと思います．これを理解するとどんないいことがありますか?●今回全然理解できませんでした．L殻をこんなとらえかたしたことありません●今日の授業内容はちょっと難しかったです．でもつまずかないように家に帰って復習したいと思います!テストあんまり難しくしないで下さい(><)!!!●2s，2px，2py，2pzがいったい何なのかわかりません．●難しかったです．●spの前についている2spの2の意味は何ですか?●極性についてわかりやすかったです．●軌道高校でやったが意味がわからなかった．今日もうーんわからなかったです．●今日は難しかったです．でも今までなんで極性ができるのか分からなかったけど，ちょっと理解できた気がします!●sp3って名前かっこい〜!●今日は特に分かりやすい授業だった気がする．でもsp軌道ややこしい!いつもは長い眠りにつくけど今日は寝る→きく→寝る→きく，で，少し成長できた!!!●極性がよくわかんなかった．プリントを読んで復習します．キッチンケミストリーおもしろいので毎回やってください．●今日の話はとても難しかったです．L殻と2s，2px，2py，2pzの関係って，いったいどういうことだったのでしょうか?●あんまりわかんなかった．●根拠がわかるってすばらしい!!私は暗記人間だったので，応用がききません．でもこれをしっかりと理解できると，応用につかえると思った!でも難しす．●大学生の化学って感じですね!●今日の話は理解できたように思います．しかし，つまり，結論的なものがよくわかんないです．あまりすっきりできませんでした．●高校でやったことのないところが多く理解しづらかったので，家で復習しようと思います．●今日の範囲わかったようなわかんないようなビミョーな感じです．教室ネタですが，L1でもL2でもどちらでも良いんですが，イスがふかんふかなところがいいです．おしり痛すぎて・・・orz●spという高校では出なかったものが出て来た．実際よく理解できていないので，もっと理解できるようにしたい．●わかりやすかったです．●2sp3のしくみがなるほどと思いました．でもやっぱり難しいです．発見した人はすごいなーと思いました．もうすぐテスト嫌ですが，今までずっと化学を毛嫌いしてきたので，今回は頑張ります!,●今日の授業は難しかったです．プリントを見て復習をしっかりとしようと思いました．でも電子は立体的に動いているんだなということがわんとなくわかりました．●今日のはいまいち何のためのものかよくわかりませんでした．●化学やってたけど今日は難しかった．●軌道とかいうと数学を思い出す．●今日の内容は難しかったです．映像でみるとわかりやすかったです．先生のプリントを読んで復習します．●軌道難しいです．高校の時は少しやっただけでした．最後の動画，分かりやすかったです．●難しかったです．●絵がうまければ良かったと思いました．映像わかりやすかったです．●今日の難しかったし，よくわからなかったのでもう一度解説して欲しいです．●混成軌道は高校のときにやりました．懐かしかったです．●今日のむずかしくて「もうアカン－」って思いました．ちょっとねました．ごめんなさい．でも，予備校で説明されたときよりはまだ理解できた気がします．最後のスライド超すごかったんですが先生つくったんですか?●軌道の映像みたらわかりやすくなりました．化学は奥が深いなと思いました．全てを理解しようと思うと頭がパンクしそうです．●高校のときは分子の構造とかをただ単に覚えていただけだったけど，今日はその奥深くまで学べてよかったです．●今日のところはすごく頭つかいますね．●今日の授業，よくわかりました!!●今日の内容は少し難しかったです．家に帰ってしっかり復習しようと思います．●自由に動ける?電子が入るスキがないのに安定している?んー?安定しているから動けるのか?●紙面だとよくわからなかったけど，スクリーンを見たらイメージできました!!これ発見した人すごい!!●分子によって極性ができるということは学んで来たけど，「なぜか」というところまでは分かっていませんでした．でも，今日の授業でなんで水などの分子の構造は折れ曲がっていて，極性を持っているのかわかったように思います!すっきり!●難しかったです．テスト前に質問に行きます．●sp軌道のことがわかってよかった．●ちょっと難しかった!!けど復習のところはすごいパズルがはまったよーなかんじで分かった!!ってなった．しっくりした．今日は涼しいから集中してできたと思う．見えないものをやるのは大変だ．黒板が平面だから想像力のない私にはかなりきびしい・・・●今日の内容ぜんぜんわからなかった．でも授業の最後の映像でなんとなく分かった．この範囲試験に出さないでください．●今日の内容難しかった．家でもう一度確認しなければ・・・と思った．なんとなくわかったけれど・・・最後のムービーで少しだけわかった．消化不良中・・・●2sp2の形かわ・・・●先生とマイミクしようと思います(笑)●先生の実家はどこですか??●先生って休日なにして過ごしてるんですか?●昨日テレビで京都大学大学院を卒業したシロウト芸人の人が元素記号を使ったネタをしていました!化合物について分かりやすく説明していて，けっこう勉強になりました!!!

次回予告

多重結合を原子軌道の視点で理解します．ここで原子の結合についてはおしまいです．そしてモルへ・・・・

リンク

www.tnojima.net
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生命科学のための基礎化学―無機物理化学編