炭化水素の単結合、二重結合について

質問

以下の問題が分かりません。

問題
炭化水素の単結合、二重結合について、電子軌道の結合から説明せよ。

分かりやすく説明してもらえると嬉しいです。
よろしくお願いします。

回答No.2

NiPdPt · ベストアンサー

メタンの場合には炭素原子の2s軌道と3個の2p軌道の合計４個の軌道が混成してsp3になります。なぜかと言えば炭素の結合相手の原子が４個あり、４本のシグマ結合を作る必要があるからです。（「なぜかと言えば」以下の議論は簡略な説明のためのものであり、厳密なものではありません）

エチレンの場合には結合相手の原子が３個なので、2s軌道と2個の2p軌道の合計3個の軌道が混成してsp2になります。その混成軌道を使って、相手の原子とシグマ結合を作ります。ちなみにsp2などの混成軌道は原子軌道の１つであり、それが結合の形成によって分子軌道となります。たとえばHの原子軌道とCの原子軌道が重なってC-H結合のための分子軌道ができると思えば良いでしょう。

で、炭素原子がもっている2p軌道は3個であり、そのうちの２個が混成に使われたわけですから、混成に使われなかった2p軌道が１個残っているはずです。エチレンには2個の炭素原子があり、それぞれにその2p軌道が残っており、そこに電子が１個ずつ入っています。そこでそのそれぞれの2p軌道が横から重なることによってパイ結合ができます。パイ結合はシグマ結合に比べて、軌道の重なりが小さいので結合としては弱いです。なので、シグマ結合よりも切れやすく、そのためパイ結合をもつ分子は付加反応を起こしやすい性質があります。
すなわち、一般に単結合はシグマ結合からで来ており、二重結合はシグマ結合とパイ結合からで来ていることになります。また、二重結合のシグマ結合にはsp2混成軌道は使われます。

当然ですが、この内容をコピペしたのではダメです。レポートなどを書くのなら、講義内容をふまえて自分の言葉で書き直して下さい。

お礼

とても分かりやすい回答ありがとうございました！

回答No.1

NiPdPt

どういうレベルで回答して欲しいのでしょうか？
それと電子軌道とおっしゃいますが、通常は原子軌道か分子軌道で説明します。その手の話を取り扱う有機化学では混成軌道とか分子軌道で説明しますけど、どういったキーワードが欲しいのでしょうか？
問題と言うからには、それに伴う講義があったことと想像します。その場合、講義の内奥をふまえて回答すべきです。したがって、その手がかりがなければ適切なわかりやすい回答は出来ないと思いますけどね。

補足

説明不足ですみませんでした。

電気系なので化学は高校生レベルです。
最終的に燃料電池や太陽電池の原理を学ぶため、有機化合物の基礎について学習しています。講義ではメタンの分子構造やsp3混成軌道などについて学びました。混成軌道について説明があったので、キーワードとして混成軌道が欲しいです。
化学が専門ではないので、簡潔な説明をお願いします。