不対電子

質問

大学レベルのことなのですが、
「酸素原子は2個の不対電子を持っており、二つの結合を作る」
とありました。ここで言う不対電子とは高校化学のそれと
同じ認識でいいのでしょうか。
主、方位、磁気、量子数は大学で習ったのですが、
それとは関わりがありますか？

回答No.5

noname#62864 · ベストアンサー

補足です。
炭素の基底状態では、2s軌道に２電子、2px、2py（これは便宜的なものですが）に各１電子が入っていると考えます。
そして、炭素が４本の結合を作る場合には、2s軌道の電子のうちの１個が2pz軌道に昇位することによって、不対電子が４個になり、それらが結合を作ると考えます。
（ただし、これは考え方の順序だけの問題で、実際に「昇位した後に結合ができるという順番」になっているというわけではないようです）
仮に、炭素が４本の結合を形成する場合には、しばしば、2pz軌道への昇位後に、sp3混成軌道を形成し、そこに入っている４個の不対電子が結合に使われると「考えます」。そうすると、メタンのような正四面体型構造がうまく説明できます。

補足のところで、２spxなどのように書かれていますが、基本的な軌道の名称は、2s,2px,2py,2pzであり、sp3、sp2、spなどというのは混成軌道の名称です。
上記の軌道の中で電子対が収まっているのは2sのみです。そして、2pzは空軌道になっています。

回答No.4

noname#62864

No.2です。
補足に関しては、No.3で書いていただいているとおりです。

それだけでは寂しいので、出てきたついでに少し書きます。

炭素に関しては、「基底状態」では、2sに電子対がありますが、これは固定されたものではなく、その電子対をばらして、結合に使った方がエネルギー的に有利になるのであれば、それが結合に使われることはあります。
そうなると、電子対１個から２個の不対電子が生じますので、新たに２本の手が生えてくる勘定になります。
通常は、上記のように電子対がばらけて、４本の結合を作ります。

補足

では、電子４つが2spx、2spx、2spy、2spzに収まっている場合は
2spxのみ、対になっているということでいいのでしょうか？

回答No.3

anthracene

＞w-palaceさんへの補足へ
w-palaceさんでないので恐縮ですが。
その通りです。
同様に考えると炭素原子は腕２本、窒素原子は腕３本というようになっていきます。炭素腕２本じゃないだろ、と思われるでしょうが、これについてはまた講義で習われることと思います。

お礼

お返事ありがとうございます。
仰るとおり「炭素が腕2本？」
という感じですが、まだ予習段階での疑問なので
講義を受けそれから検討してみます

回答No.2

noname#62864

不対電子に関してはNo.1のご回答のとおりだと思います。

量子数とは関係があります。1s,2s,2pなどの軌道を習ったでしょう？
それらはその軌道の量子数と対応しています。
原子の基底状態というのも習ったはずですが、その基底状態の電子配置において、対になっていない電子を不対電子と考えれば良いでしょう。
酸素の場合でも、組み立て原理や、Hund則、禁制率に従って電子配置を考えれば、２p軌道に２個の不対電子があるのがわかりますよね？

補足

その2個というのは
酸素の最外殻電子の6個のうち2個を2sにいれ、
さらに残り4個を2px　2py　2pzにそれぞれ1個ずつ入れ
残った1個をｐ軌道の3つのうちどれかに入れると、
二つは軌道の中に1個しかない不対電子であるという認識でよろしいのですか？

回答No.1

Kemi33

> ここで言う不対電子とは高校化学のそれと
> 同じ認識でいいのでしょうか。

　「不対電子」とは『対になっていない電子』の事です。高校であろうが大学であろうが，意味は同じで変わりません。

　こういった疑問であれば，ここで聞くよりも図書館に行って「化学辞典」でも引いてみるのが確かですし，勉強にもなります。

お礼

ご指摘ありがとうございます。できるだけ調べる癖をつけて生きたいです。