看護学部の化学講義(7)原子軌道と分子の形

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．

• 原子軌道と分子の形(PDF)

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

• ウェルナー・ハイゼンベルク
• ライナス・ポーリング

コメント

全般

●高校で混成軌道の図を説明されてもよくわからなかったが，今回はあの板の正体がわかってすっきりした．それと最後の動画がわかりやすかったです．●二重結合の仕組みがやっと理解できました．●実際の模型で説明していただいてわかりやすかったです．●内容は難しかったけど高校でまったく触れていなかったことなので楽しかったです●混成軌道についてはほとんどふれていなくて理解していなかったので，今回解説してもらえてよかったです．●今回の単元は高校でもほとんど習ったことがなかったので難しく感じました．名前だけ覚えたπ結合とかσ結合について深く知れてよかったです．●物質は複雑な構造をしているんだなと思いました．中学の時はよくわかったなかったけど今回のはイメージできてよかったです．●高校で習っていない範囲でとても難しかったです．●今日の内容はむずかしかったです．●今回から急に難しくなった気がした．がんばります．●軌道のプリント読んでもチンプンカンプンだったし授業を受けてもサッパリなので，しっかり復習して理解します．●今日は90分頑張りました笑．ハイゼンベルク，イケメンですね♡ポーリングかわいいですね♡♡日本の科学者は微妙ですが外国人はカッコイイ人が多いですね!!笑●平面上でx, y, z軸を操るのはとても大変そうですね．ものを使って立体的に見るのって大切ですね．●πとかσとかがでてきてよくわからなかった．●シグマがうまく書けません．今回は高校の範囲と違って新鮮でした．●今日はびっくりするくらい難しかったー．●風船がしぼられて形がかわったような映像がかわいかったけど，何せ内容が高度すぎて頭がぱっぱらぱーです．頑張ろう!●ぐるぐるしててむずかしかった．●内容が深くなっていて難しく感じた．次回のモルが楽しみ!●●来週のモルがんばります．●次回モルですか，苦手です．●理科総合で唯一モルが好きだったのでがんばります!●mol頑張ります．●今日はすごく眠くて途中きけなかったので残念．むずかしかったです．よく復習しておきたいです．●ごめんなさい!今日はちょっとだけ寝てしまいました．次回は起きています!モルがんばります!●

質問

●L殻の4つの部屋のどこに入るのかは規則性があるのですか?それぞれおぼえるしかないでのすか?
●σ結合はどんな結合ですか?
●σ結合とπ結合のちがいを教えて下さい(>_<)
●Hつながってないところがπ結合ですか?

次回の講義で模型を使って説明します．

出席者数推移

(1)32→(2)30→(3)31→(4)31→(5)31→(6)30→(7)30

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

これまでの講義録

• 看護学部の化学講義(1)ガイダンス＋序論(2013-04-12)
• 看護学部の化学講義(2)原子〜この世界をかたちづくっている材料〜(2013-04-19)
• 看護学部の化学講義(3)化学とエネルギー(2013-04-26)
• 看護学部の化学講義(4)元素と周期表(2013-05-10)
• 看護学部の化学講義(5)原子と原子のつながり その1(2013-05-17)
• 看護学部の化学講義(6)原子と原子のつながり その2(2013-05-24)

このブログを書いている人

• 私はこういう人：主に2013年入学予定のみなさまへの自己紹介