有機化学の問題なのですが。。。

質問

「硝酸イオンについて三つの等価な極限構造式を記せ。さらにそれぞれの構造式において、窒素原子と各酸素原子上の形式電荷を算出せよ。共鳴混成体での酸素と窒素上の電荷はどうなるであろうか。また、曲がった矢印を用いて極限構造式間の移り変わりを示せ。」という問題が課題として出ているのですが、考えてみたのですがよくわかりません。それにたくさん質問されてるし・・・。どなたか教えてください。

回答No.2

psa29 · ベストアンサー

アンモニウムイオンはＮＨ４＋ですよね。
このとき、Ｎから４本の手が出ています。
Ｎから結合が３本の時は中性ですが、４本になると＋イオンになることがこの例から判ります。

硝酸イオンに於ける極限構造式のＮも手が４本出ているのですから、まさにアンモニウムイオンのＮと同じになっています。

ところで、Ｈ＋（水素イオン）は水中ではヒドロニウムイオン（Ｈ3Ｏ＋）となっています。これは酸素原子から手が３本出ていて、それぞれに水素原子が結合した形になっています。

酸素原子も手が２本の場合は中性で、３本になると＋イオンになります。

両方とも、通常の手の数よりも１本増えた事例ですが、これは非共有電子対にＨ＋が配位したためです。

一方、通常の手の数よりも減った場合、つまりＯから１本しか出ていない場合は、-イオンになる場合が多いのです。（少なくとも硝酸イオンの酸素原子はそうなっています。）（フリーラジカルの場合もありますので100％ではないですが）

これらを組み合わせると硝酸イオンの極限構造式ではアンモニウムイオンのときと同じＮ＋から手が４本出ていて、１つの酸素原子だけ２本で結合し、残り２つの酸素原子は、窒素原子と１本しか結合できないのでマイナスイオンとなります。

極限構造式に於ける電荷については、Ｎ原子がプラス電荷を帯びていて、２つの酸素原子がマイナスの電荷を帯びているということになります。

つまり、硝酸イオンは、全体としてはマイナス１価のイオンですが、極限構造式では、分子内にプラス１価のイオン１つとマイナス１価のイオン２つ（合計でマイナス２価）をもつという記述になるのです。

　　　　　＋
　　　Ｏ＝Ｎ－Ｏ-
　　　　　｜
　　　　　Ｏ-

回答No.1

psa29

硝酸イオンですからＮＯ3-ですよね。
このイオンの極限構造式は、中心にＮがあって、Ｏをその周りに３つ置いた形になります。

Ｎからは結合が４本出ていて、２つの酸素原子とは単結合、１つの酸素原子とは２重結合を持った形になります。

Ｎはプラス電荷をもち、単結合でつながった２つの酸素原子上には、それぞれマイナス電荷がきます。全体を合計すれば、マイナス１価ということになります。

３つの酸素の内、どれか一つが２重結合をしていますが、どの酸素原子が２重結合になるかということで、等価な極限構造式が３つ書けます。

どの極限構造式においても、Ｎ原子は常にプラス１価の電荷を持っています。
また、３つの極限構造式は等価なので、各酸素原子上のマイナス電荷は等しくなるはずですね。

曲がった矢印は電子の動きを表します。酸素原子のマイナス電荷がＮとＯとの結合部分に落ちてきて、２重結合の電子対が今まで２重結合していた酸素原子上に持ち上がって、はじめに電荷を結合に落とした酸素原子が２重結合になり、２重結合で結ばれていた酸素原子が、今度は単結合になってマイナス電荷を持つようになるのです。

このように極限構造式が沢山書けるほど、その構造は安定していると考えることが出来ます。（単純に数だけの問題ではありませんが、数自体も重要です。）

補足

回答の通り解いてみたのですが、形式電荷のところが不安なのです。これは酸素が窒素イオンの+1の電荷を帯びているということでいいのでしょうか？