分子の立体構造

質問

どうして水分子の立体構造がＶ字になるのか教えてください。

回答No.2

alpha16 · ベストアンサー

こんにちは。
高校生でしょうか？
これは、理科系の大学1年生で習う範囲です。

原子内の電子配置についてどの程度ご存知ですか？
ＫＬＭＮ・・・殻程度では、理解するには不十分です。
Ｋ・Ｌ・Ｍ・Ｎ殻はさらに
Ｋ殻が１s軌道、
Ｌ殻が２s軌道・２p軌道、
Ｍ殻が３s軌道・３p軌道・３d軌道、
Ｎ殻が４s軌道・４p軌道・４d軌道・４f軌道
と分かれています。
s軌道はイメージとしてxyz方向に等方的な球対称をえがきます。
p軌道はx軸を軸とし正負双方に風船が付いたような軸対称をえがき、
さらにyz軸についても同様になっています。
それぞれを２px軌道、２py軌道、２pz軌道と呼びます。
d軌道はかなり複雑になり、水分子がＶ字になることを
おおまかに理解するためには特に知らなくてもよいと思うので省略します。

実は、水素原子は１s軌道に１つ電子が配置されており、酸素原子には１s軌道に2つ、２s軌道に2つ、２p軌道に4つの電子が配置されています。
4個のp電子のうち２つは対を作っていない不対電子です。
仮にその不対電子が２px軌道と２py軌道に入っているとすると、
Ｈ2ＯのＯ-Ｈ結合は２px電子および２py電子が水素の１s電子と同時に最大の重なりをするときに安定します。１s軌道は球対称で、２px軌道と２py軌道は直角をなしているので、Ｈ-Ｏ-Ｈの結合角は90°になることが予想できますが、ＯＨ結合はいくぶんかイオン結合性があり、その結果水素が正電荷を帯びています。その正電荷をもつ水素原子間の反発力により90°より、おおきくなっています。

アンモニア（ＮＨ3）などの立体構造についても
同様な考えから説明できます。
またメタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、エチレン（Ｃ2Ｈ4）、
アセチレン（Ｃ2Ｈ2）などの立体構造については混成軌道という考え方から
説明できます。

厳密には非常にむずかしいと思います。
私でも、細かいところまではきちんと理解できていません。
必要があれば、私のわかる範囲で補足します。
それでは。

お礼

混成軌道についてのご説明ありがとうございます。興味が沸きましたので、自分でも調べてみようと思います。

回答No.5

rei00

rei00 です。補足拝見しました。

　混成軌道については何度かここでも質問が出ていますので，ご紹介しておきます。それらの回答やそこで紹介されている URL や成書が参考になるかと思います。

「QNo.107599　双極子モーメント」
　http://www.okweb.ne.jp/kotaeru.php3?q=107599

「QNo.152258　～Ｖａｌｅｎｃｅ Ｂｏｎｄ Ｔｈｅｏｒｙ～　（ＶＢ理論）」
　http://www.okweb.ne.jp/kotaeru.php3?q=152258

「QNo.153926　SO_2　はなぜ　S_2O　にならないのでしょうか？」
　http://www.okweb.ne.jp/kotaeru.php3?q=153926

「QNo.153926　SO_2　はなぜ　S_2O　にならないのでしょうか？」
　http://www.okweb.ne.jp/kotaeru.php3?q=153926

「QNo.160853　～単結合・二重結合の長さ？＠ベンゼン～」
　http://www.okweb.ne.jp/kotaeru.php3?q=160853

回答No.4

dakachan

恐らく図を眺めて考えた方が分かり易いでしょう。ご覧あれ。

http://www.ichiya.com/katurao/vrml/chemistry/inogranic_chem/water.html

http://www.tg.rim.or.jp/~kanai/benesse/chemqa09.htm

参考URL：

http://www.ichiya.com/katurao/vrml/chemistry/inogranic_chem/water.html

お礼

とても分かりやすいＨＰを紹介いただきありがとうございます。ただ、私のパソコンでは少々エラーが出てしまいます。

回答No.3

alpha16

ふたたび、alpha16です。

No１の方がおっしゃるように、Ｈ2ＯやＮＨ3も混成軌道の考え方で説明できます。
必要があれば、補足説明します。

補足

混成軌道のことが初心者でもよく分かる本などがありましたらご紹介していただけませんか。

回答No.1

rei00

mitokonguratan さんがどの程度の知識をお持ちかが分かりませんので，とりあえず簡単に回答しておきます。

　水分子（H-O-H）の中心の酸素原子は sp^3 混成軌道を取っています。sp^3 混成軌道は正四面体の頂点の方を向いて出ています。ここで，４つある軌道の２つで水素と結合しているため，水分子は折れ曲がった構造になります。

　いかがでしょうか。必要でしたら補足下さい。

お礼

混成軌道がポイントなのですね、回答ありがとうございました。