オゾンの配位結合について

質問

一浪・化学偏差値60強の者です。

オゾンは、三つ目の酸素（O）が配位結合している、と問題集にありましたが、どのように配位しているのか、疑問に思っています。

酸素は、 ：O：：O：
　　 　　　．． ．．

のような電子式になると思います。
それに、酸素　 ．
：O．
．．

が配位すると、
．
：O ．
．．
：O：：O：
．． ．．

　↑このようになるのでしょうか？
よろしくお願いします！！

回答No.3

noname#62864 · ベストアンサー

まず、配位結合について説明します。
共有結合の場合には、結合している２個の原子が同数の（つまり、単結合では１個ずつ、二重結合では２個ずつ）電子を提供し、それらを共有しているのに対し、配位結合では、一方の原子が提供した電子対を共有しているという点が異なっています。
例えば、アンモニウムイオンを考える際に、アンモニアの窒素原子上の非共有電子対にH+が結合しており、形式的に窒素の持っていた電子対を共有することになるために、配位結合であると考えられます。

オゾンの結合は、
O＝O→O　（ただし→は配位結合で、オゾンは折れ曲がった形状の分子）
となります。
上のように書いた場合に、左端のOは酸素分子の場合と同じです。
中央のOは、酸素分子のOが持っていた非共有電子対の内の一方を配位結合に用いていることになります。
右端のOは、もともと6個の価電子を有しているところに、中央のOからの電子対を受け入れることになりますので、価電子は8個になり、オクテット則に従います。
coffeebeatさんの書かれたオゾンの電子式の上側のOが、小生の説明の右端のOに相当しますが、coffeebeatさんの式の中の不対電子は電子対でなければなりません。そうでないと電子数が合わなくなるはずです。

なお、実際のオゾン分子は、O＝O→OとO←O＝Oの「共鳴混成体」であり、両端のOは等価であり、２本のO-O結合も等価になっています。

配位結合に対する別の説明として、以下のものがあります。
(1) O＝O + O → O＝O+・ + ・O-
(2) O＝O+・ + ・O- → O＝O+ーO- （電子対は省略してあります）
つまり、(1)O2分子の価電子の内の1個が原子状のOに移動する。
(2)その結果、不対電子が生じるので、それを使った共有結合が出来る。
この結合を考える際には、2個のO原子状に電荷（形式電荷）が残るので、それを表記することによって電子数をオクテット則に合わせます。
この場合にも「共鳴」によって、両端のOは等価になります。

価電子をうまく書けないので、わかっていただけたかどうか心配ですが・・・

お礼

どうも有り難う御座います！！

丁寧に、ゆっくりと、読ませていただきました。
僕の書いた電子式について、オクテット則に従っていない事は、指摘されて気づきました。同時に、オゾンの電子式についても、理解できたと思います。

共鳴につきましては、No.2の方の説明とともに、何となく理解しています。

しっかりと覚えておこうと思います！

回答No.2

shkwta

オゾンの分子は、「く」の字形です。折れ曲がりの角度は117度。Ｏ－Ｏの距離は 0.127 nm です。２つのＯ－Ｏ結合の距離は同じです。

比較して、酸素分子のＯ－Ｏ距離は 0.121 nm, 過酸化水素のＯ－Ｏ距離は 0.149 nmです。オゾンの結合は、この両者の中間で、かなり酸素分子に近いです。

このことをどう考えるかですね。次のような、仮想的な分子を考えてみてください。これの電子式は書けると思います。

Ｏ＝Ｎ－Ｆ

これだと、対称ではありませんが、オゾンの結合角や距離を、およそ説明できます。つまり、
(1)Ｏが電子を1個放出してＯ[+] になると、Ｎと等電子的である。
(2)Ｏが電子を1個受けとってＯ[-]になると、Ｆと等電子的である。

すると、

Ｏ＝Ｏ[+]－Ｏ[-]

と書くことができて、オゾンの一つの電子式ができます。この目的でつけた[+]や[-]を形式電荷といいます。右側の結合は配位結合です。それを強調するには次のように書きます。

Ｏ＝Ｏ→Ｏ

真ん中のＯがもつ《非共有電子対》を右側のＯが受け入れて結合しているという意味です。

さて、残る問題は、オゾン分子が対称だという点です。これは、

Ｏ＝Ｏ[+]－Ｏ[-]
Ｏ[-]－Ｏ[+]＝Ｏ

の共鳴（両者の中間に相当する構造）として解釈できます。ベンゼンのＣ－Ｃ結合は単結合でも二重結合でもなくその中間であり、ベンゼン分子は正六角形だというのをご存知とおもいますが、それと同じです。

なお、「価電子が８個になると安定な分子になる」というオクテット説は、有機化合物ではよく成り立ちますが、無機化合物では成り立たない例が多いことも知っておいてください。
ＮＯ、ＮＯ2などがそうです。

お礼

どうも有り難う御座います！

ＯＮＦからオゾンの電子式へ至る説明で、オゾンの電子式が分かったように思います！
そこから、オゾン分子が対称だということ、共鳴という言葉は初めて聞きましたが、ベンゼン環と同じということで、何となくイメージが湧きます。

オクテット説について、有機化合物と無機化合物の違いも、覚えておきます！！

回答No.1

Tonji_W

横並びではなくて、三角形に。。。

お礼

有り難う御座います。