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原子のモデル図の描き方（中学レベル）

2008/03/20 22:53

こどもの定期テストの出た問題です。二酸化炭素の原子図をＣを中心にＯ2つを左右斜め下に描きバツでした。横一列でないといけいないと解説されたようです。水は同じようにＯを中心に左右斜め下にＨを描いて正解でした。横一列でないといけないものと斜めのものの差は何でしょうか？授業中には特に解説がなかったために斜めやまっすぐは先生の気まぐれで何か意味があるとは理解していなかったようです。誰に聞いても、とにかくそう覚えろということだったようで釈然としないままです。どなたか解説をお願いします。

vvtokovv
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化学
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Mr_Holland
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2008/03/21 02:13 回答No.4

　＃２です。＞もし面倒でなければＣＯ2が横一列になる理由を教えて下さい。　少々難しいことをいいますが、どうか我慢してください。１）《共有結合》について　水分子や二酸化炭素分子は《共有結合》という結合の仕方によって分子を作っています。　原子はそれぞれ決まった個数の電子を持っています。そして、その電子は同心円状の軌道を描いており、その座席数は内側から２個、８個と決まっています。　例えば、水素原子、炭素原子、酸素原子では次のようになっています。　　水素原子：　電子１個（内側１個（１個不足）、外側なし）　　炭素原子：　電子６個（内側２個（不足なし）、外側４個（４個不足））　　酸素原子：　電子８個（内側２個（不足なし）、外側６個（２個不足））　それぞれの軌道で電子が満席になっていればその原子は安定した状態にあるといえるのですが、上記の通り、各原子には電子の不足分があり不安定な状態にあります。　原子は、不安定な状態から安定した状態になろうとする傾向があります。　そこで、各原子は、それぞれの原子単独では不足する電子をお互いに共有して補うことで、互いに安定した状態になろうとしますが、これが《共有結合》と呼ばれる結合の仕方です。２）水分子の結合について　中心の酸素原子は外側で電子が２個不足しています。そこで、不足分の２個を、２つの水素原子からそれぞれ電子１個ずつもらって共有します。そうすると、酸素原子の外側の電子軌道は８個で安定になり、水素原子も２個ずつになって安定します。　このとき、酸素原子が水素原子に出す結合の腕ですが、本来、メタンCH4と同じようにテトラポット（空間上で４本の腕を均等に出す形）のような感じで４本出すのですが、そのうちの２本は酸素原子内部の２個の電子で完結していますので、残りの２本の腕が水素原子と結びつきます。このときの分子の形は、メタン分子の水素原子２個を取り除いたものとよく似たものになりますので、結合の腕は一直線にはならず角度の付いたものになります。 http://www2.yamamura.ac.jp/chemistry/chapter1/lecture9/lect1091.html　「水分子」で検索してご覧ください。 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A1%E3%82%BF%E3%83%B3　←メタン分子の形３）二酸化炭素分子について　真ん中の炭素原子は外側の軌道で電子が４個不足しています。また酸素原子は外側が２個不足ですが、実は細かく見ますと、外側の６個は４個だけでもそこそこ安定していますので、２個余っていると見ることもできます。　そこで、二酸化炭素では、酸素原子からそれぞれ電子を２個ずつもらって結合する形をとります。　ただ、この時は電子を２個ずつ共有（炭素原子も２個ずつ供出）するので、電子を１個ずつ共有するメタン分子のようなテトラポット構造をとりません。このときは、空間上で２本の腕を均等に出す形である一直線上の構造をとります。　そのため、二酸化炭素分子は一直線上に並びます。 http://www2.yamamura.ac.jp/chemistry/chapter1/lecture9/lect1092.html 　従って、以上の理屈がご理解いただけるようでしたら、その方がよいのですが、少なくとも高校化学レベルの知識が必要になりますので、中学生レベルでは理屈には深入りせず、そういうものだと覚えた方が良いかと思います。　ちなみに、アンモニアが偏った方向に開いた分子構造を持つことも上記の方法で説明できますが、これも中学生レベルでは、そういうものだと覚えた方が無難です。 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A2%E3%83%B3%E3%83%A2%E3%83%8B%E3%82%A2 ＃　なお、蛇足ながら、＃３さんの理屈では水分子が分極する理由は説明できますが、一直線上に並ばない説明にはならないと思います（反発する者同士が最も遠く配置されるのは一直線上になりますので）。

質問者

お礼 2008/03/21 08:30

おはようございます。何度も読み返させていただきました。最初のこの疑問に当たったときにご説明いただいた電子に関係がある。。ということがおぼろげに思い浮かぶのですが、高校以来の化学なので記憶が近づいてきたり遠のいていったりもやの中にいるようでした。こどもに質問されるたびに一緒に学んでいきたい、という気持ちにもなりまして。みなさま、ご丁寧に説明してくださり、とても感謝しています。ありがとうございました。

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パんだパンだ（@Josquin）
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2008/03/21 14:55 回答No.5

＃４さんの回答内容ですが、原子価殻電子対反発則（VSEPR理論）という名前がついています。ご参考まで。 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8E%9F%E5%AD%90%E4%BE%A1%E6%AE%BB%E9%9B%BB%E5%AD%90%E5%AF%BE%E5%8F%8D%E7%99%BA%E5%89%87 高校化学の「電子式」がわかっていないとわかりませんので、「電子式」を習うまでは、そういう形になっていると覚えるしかありません。しかし、授業中に説明の無かった内容について、×にされるのは気分がよくありませんね。

質問者

お礼 2008/03/21 16:13

ご回答ありがとうございます。かなり年配の（80才を超えてるそうです）講師の先生に当たってしまっていて、ご自分の思いと授業の内容にズレがあるがと思われる節があり。。教わってないない内容に×はしょっちゅうで抗議する度に「そんなことは常識だろう」の一言のようです。その常識を習いたいと思っているのに。。ちょっと子どもたちがかわいそうです。理科離れを嘆く前に指導者をなんとかしてもらいたいと親としてはせつに願っています。先生しだいで楽しくも苦痛にもなる科目だと思うので。愚痴ってすみません（汗

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tonota
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2008/03/20 23:54 回答No.3

こんにちわ。（　）書き多用で読みづらいかと思いますが、ご容赦ください。水の分子は水素原子２個と酸素原子１個が共有結合により結びついた（化合）ものです。水素と酸素の原子は電子を引き付ける強さ（電気陰性度）が異なり、酸素は比較的－に帯電し、両側の水素は比較的＋に帯電しています。そのため、分子内に電荷の偏りが生じます。＋に帯電した水素原子同士が反発するため、各原子の中心を結んだ線は104.5度の角度をもちます。水分子はこのような理由でまっすぐの形ではないのです。中学校ではそこまで深くは学習しませんが、そんなわけで「水分子のモデルは、水素原子を少し下げた形で表すんだよ」と教わるわけです。参考書などでも同様にかかれているかと思います。余談になりますが、プラスマイナスの偏りにより、水分子は他の水分子と引き寄せ合って（水素結合）、かたまりを作り（凝集）ます。これがどこかで聞いたことがあるかと思いますが「クラスター」です。水分子がたくさん引き寄せあうと、酸素原子のまわりにの３個の水素が結びついた形になるので力がつりあい、角度が120度になります。次々にくっつくと六角形になりますので、雪の結晶は基本的には六角形になるわけです。