酸素分子について

質問

ネットで調べものをしていると、
　「酸素分子の分子軌道は、２ｐ軌道の計８個は、もともと対になっている４個（２組）と共有されて対になった２個と、対になっていない２個という配置になる」
という文章を見つけたのですが、（ウィキペディア）

対になっていない２個は、対になって、ＯとＯの間で２重結合になると思っていたのですが、ならないのでしょうか？

対にならないとしたら、酸素分子は、　Ｏ２＾２－　（マイナス２価）
になってしまうのではないでしょうか？

よろしくお願い申しあげます。

回答No.2

toshiz00 · ベストアンサー

質問の意味がわかりません。軌道と点電子構造の関係性は主に主量子数のみ考えるべきだと思います。

酸素原子は

1s^(2)、2s^(2)、2p^(4)
＝Ｋ殻に2個、Ｍ殻に6個

であり、等核二原子分子になる際に（酸素分子）、s軌道とp軌道が混成します。結合の数は、結合次数で決まります。

酸素分子

δ1s^(2)、δ※1s^(2)、δ2s^(2)、δ※2s^(2)、π2pz^(2)、π2px^(2)、π2py^(2)、π※2px^(1)、π※2py^(1)

結合次数＝（結合性軌道にある電子数－反結合性軌道にある電子数）÷2
　　　　＝（10－6）÷2
　　　　＝2

点電子構造
　‥　‥
：Ｏ＝Ｏ：

よって、二重結合で安定化します（オクッテド則）。
以上より「対になっていない２個という配置になる」というのはπ※2px^(1)、π※2py^(1)のことです（フント・パウリの規則）。

お礼

丁寧な解説ありがとうございます。
はじめ？でしたが、σとかπとかネットで調べていくうちにやっとわかりました。
要するに、ウィキの文章は、単に酸素分子構造の実態を言っているだけで、それは、２（Ｌ）軌道においては、もと（原子）２Ｓ軌道の４ケが、σ２ｓ（２）σ２＊（２）の分子軌道に遷移し、もと原子軌道ｐ軌道の８ケが、π２ｐｘ（２）π２ｐｙ（２）π２ｐｚ（２）軌道にそれぞれ移り、これは、もともと原子の時からペアだった２組と原子では不対だった１ケづつがペアになったのもで、π２ｐｘ（１）とπ２ｐｙ（１）はペアにならなかったけど、それぞれの軌道にて、分子に共有されてますよ、ということを表していたにすぎなかったのですね。
・・・・。
新たな疑問がでてきたのですが、２重結合になるとは、それぞれペアになって、新たな１つの軌道をまわるのではないのでしょうか？
それぞれ、１つづつだいしあって、π２ｐｘ（１）とπ２ｐｙ（１）は共有結合していますが、別の軌道をまわっています。これでも共有結合といえるのでしょうか？π２ｙ（２）等のように、同じ軌道をまわらなくてはいけないというか、勝手にそう想像していたのですが。
共有結合の定義は、「いくつかの価電子を互いに共有しあう結合」とあり、Ｃｌ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏ　の例があるだけで、きちんと理解できていないのです。手義からいけば、別に、共有しあった電子が別の分子軌道をとってもＯＫな気もしますが、では、なぜ共有させるときにペアにするのでしょうか？

回答No.1

noname#160321

ちょっと説明が混乱していますね。
酸素の電子配置は、
・：Ｏ≡Ｏ：・
になっています。
結合性のｓｐ軌道１つ、結合性のπ軌道二つ、ここまでで三重結合。
二つの酸素それぞれに非結合性(lone pair)のｓｐが一つずつ。
以上は「対になった電子」
π*の反結合性軌道二つに平行スピンの電子が１つずつ「不対電子」として入っています。
このため酸素分子は三重項が基底状態で、ラジカル性、常磁性です。

補足

ありがとうございます。
基底状態（最低のエネルギー状態・・）では、３重結合なのですね。
ラジカル性：反応性が高いため生成してすぐに他の原子や分子と
　　　　　　反応し安定な分子やイオンとなる。
常磁性：→これは、π＊の反結合性軌道に２つの平行スピンの電子が
　　　１つづつ「不対電子」として入っているために起こると考えて
よいのでしょうか。

高校化学も奥が深いです。