分子の構造

Molecular Structure (VSEPR)

分子の形は、電子対が互いに反発してできるだけ遠く離れようとするVSEPRの原理で説明されます。結合対と非共有電子対の数に応じて、直線形·平面三角形·正四面体·三角錐·折れ線形などの構造が生まれます。非共有電子対は結合角を小さくし、分子の対称性が極性·無極性を決めます。このページでは分子構造を選び、電子対の配置と極性判断を比べます。

直感導入 — 分子はなぜ特定の形を持つか?

💡 例え:風船を結ぶ

①風船2個を結ぶ → 直線(180°)

②風船3個 → 平面三角形(120°)

③風船4個 → 正四面体(109.5°)

④電子対も風船のように反発し最大限離れようとする

⑤これがVSEPR(電子対反発理論)の核心!

VSEPR分子構造の可視化

分子構造選択0

🔍 6つの構造を比較!

①直線(CO₂):結合対2、非共有0 → 無極性

②平面三角形(BF₃):結合対3、非共有0 → 無極性

③屈曲(SO₂):結合対2、非共有1 → 極性

④正四面体(CH₄):結合対4、非共有0 → 無極性

⑤三角錐(NH₃):結合対3、非共有1 → 極性

非共有電子対と結合角

VSEPRの核心

電子対反発:非共有 > 非共有-結合 > 結合対

非共有電子対が広い空間を占める → 結合角減少

結合角比較

CH₄(109.5°) > NH₃(107°) > H₂O(104.5°)

非共有電子対 0 → 1 → 2:結合角が徐々に減少

💡 なぜ非共有電子対が結合角を減らすか?

①非共有電子対 = 1核に属する → 広く広がる

②結合電子対 = 2核間 → 比較的狭い

③非共有電子対が結合電子対を強く押す

④結果:結合角↓(109.5° → 107° → 104.5°)

極性判定

分子極性判定

Chart構造と極性の関係

構造	例	対称?	極性
直線	CO₂	○	無極性
平面三角形	BF₃	○	無極性
屈曲	H₂O, SO₂	×	極性
正四面体	CH₄, CCl₄	○	無極性
三角錐	NH₃	×	極性

💡 極性分子判定3ステップ

①各結合は極性か?(電気陰性度差)

②分子構造は対称か?(VSEPRで確認)

③対称なら双極子モーメント相殺 → 無極性

④非対称なら双極子和 ≠ 0 → 極性

⑤同じ結合でも構造で極性が変わる!

実際に解いてみる

例題 1

メタン(CH₄)分子の形と結合角を求めよ。

中心原子 C の周りの電子対の数を数える。

C の周りに電子対4個(すべて結合)

非共有電子対が0個なので、4個の結合対が最大限に広がる。

正四面体、109.5°

▸ 正四面体、109.5°

非共有電子対がなければ結合角は減らず、109.5°のまま保たれる。

例題 2

水(H₂O)と二酸化炭素(CO₂)の分子の形を比較せよ。

H₂O は中心 O に結合対2個と非共有電子対2個を持つ。

H₂O:非共有電子対の反発 → 折れ線形 104.5°

CO₂ は中心 C に非共有電子対がなく、二重結合2個のみ。

CO₂:非共有電子対なし → 直線形 180°

▸ H₂O 折れ線形、CO₂ 直線形

同じ結合対2個でも、非共有電子対の有無が形を折れ線形と直線形に分ける。

総まとめ

分子構造の決定法

① 中心原子の電子対数を数える → ② VSEPRで構造決定

電子対 = 結合対 + 非共有電子対

2022 評価院模試化学Ⅰ 類題

次の分子のうち、分子の形が直線形のものはどれか?

①H₂O

②NH₃

③CH₄

④CO₂

⑤SO₂

▸ ④ CO₂

各分子の中心原子の電子対配列を比較する。

CO₂ だけが中心原子に非共有電子対を持たないため直線形になる。

CO₂:O=C=O、中心 C に非共有電子対0 → 直線形 180°

🎯 試験ポイント

①VSEPR = 電子対が最大限離れようとする原理

②非共有電子対は広い空間 → 結合角↓

③CH₄:正四面体(無極性)、NH₃:三角錐(極性)、H₂O:屈曲(極性)

④CO₂:直線(無極性) vs H₂O:屈曲(極性)

⑤分子極性 = 結合極性 + 分子構造(対称性)で総合判定