窒素化合物について

質問

窒素化合物の塩基性の原因についてどなたか教えてください。お願いします。

回答No.4

134

混成軌道という言葉をご存じなくらいなので、有機化合物の多様性の原因は、存じ上げていそうですけど…

　メタン（ＣＨ４）が、炭素を中心とし、正四面体構造であることが１９世紀に提唱されました。
　ご存じの通り、炭素は原子番号６で、外殻電子は４つです。
　２ｓ軌道に２つ、２ｐ軌道に２つ入るわけですが、メタンを構成するときは、２ｓ軌道の１つの電子が励起して、２ｐ軌道に入り、それぞれ等価に４つの手として、σ結合を構成します。（ｓｐ３混成軌道）
　また、時に２重結合（ｓｐ２混成）、３重結合（ｓｐ混成）をなし、さらには、酸素や窒素原子などを加えることで、文字通り無限の構造を構成できることが、多様性の原因になろうかと思います。

　ちなみに、炭素属…という論点から比較すると、電子殻が原子核から遠ざかるにつれて、クーロン引力が弱まり、よりイオン化エネルギーが小さくなる分、共有結合としての力も弱まり、ケイ素以降では、炭素ほどのバリエーションができづらくなると言えるかもしれません。

回答No.3

134

混成軌道という言葉をご存じなくらいなので、有機化合物の多様性の原因は、存じ上げていそうですけど…

　メタン（ＣＨ４）が、炭素を中心とし、正四面体構造であることが１９世紀に提唱されました。
　ご存じの通り、炭素は原子番号６で、外殻電子は４つです。
　２ｓ軌道に２つ、２ｐ軌道に２つ入るわけですが、メタンを構成するときは、２ｓ軌道の１つの電子が励起して、２ｐ軌道に入り、それぞれ等価に４つの手として、σ結合を構成します。（ｓｐ３混成軌道）
　また、時に２重結合（ｓｐ２混成）、３重結合（ｓｐ混成）をなし、さらには、酸素や窒素原子などを加えることで、文字通り無限の構造を構成できることが、多様性の原因になろうかと思います。

　ちなみに、炭素属…という論点から珪素などと比較すると、電子殻が原子核から遠ざかるにつれて、クーロン引力が弱まり、よりイオン化エネルギーが小さくなる分、共有結合としての力も弱まり、炭素ほどのバリエーションができづらくなると言えるかもしれません。

お礼

ほんとにありがとうございました。僕は別に工学部とかではないのですが、大学の授業でやってて分からなかったものですから。これからも何か質問に来るかもしれないのでそのときはよろしくお願いします。

回答No.2

134

窒素原子は、原子番号７ですよね。
ということは、窒素原子単独では、７個の電子を持っています。
うち、２個は１Ｓ軌道に入るとして、のこり５つの電子は、エネルギー順位より、２Ｓに２個、２Ｐ軌道に３つ入ります。
p軌道は、１平面に対して電子分布確率がないのでｘ軸方向の分布、ｙ軸方向の分布、ｚ軸方向の分布の３種類できます。

　それぞれが、マイナスの電荷を持ち、反発し合いますから、それぞれが最も遠くなるような配置が安定になります。
　が、ここで、２ｓ軌道（孤立電子対）もこの分布に関わってきてしまいます。
　２ｓ、２ｐｘ、２ｐｙ、２ｐｚそれぞれ４つの電子分布がもっとも遠くなる構造が、正四面体構造になります。
その４つがそれぞれ、正電荷を持つＨ＋を引き寄せるので、ＮＨ４＋という構造になります。

　あとは、前述の通り…ということになるでしょう

お礼

何度も回答有難うございます。非常によくわかりました。恐縮ですがあと追加で、有機物の多様性の原因について出来ればご教授ください。よろしくお願いします。

回答No.1

134

ＮＨ３を考えると、　孤立電子対があるので、三角錐のような構造になることが分かると思います。
　電子対は負電荷なので、水分子より、Ｈ＋イオンが寄せられ、結果として　ＯＨ－が残り、塩基性となります。

ＮＨ３　のＨ　１個をアルキル基に置換すると、電気陰性度の関係でアルキル基は、電子供与性のＩ効果を示します。　すると、Ｎの孤立電子対は、ＮＨ３のときより、負の電荷がわずかに強くなり、より塩基性を強めます。

　２級、３級になるにつれて、電子供与の効果が強まるので、より塩基性が強くなっていきます。

　という感じでよいでしょうか？

お礼

１３４さん、回答ありがとうございます。どうやら混成軌道法を使って考えなければならないようです。それが具体的にわかりません。