VSEPR 分子の形 わかりやすく

電子領域は互いに反発して、できるだけ遠くへ離れようとします。数が 2 個なら正反対に開いて直線の 180°、3 個なら平面三角形の 120°、4 個なら四面体の 109.5° になります。5 個は三角両錐、6 個は八面体です。数を変えると、配置がどう自分で決まるかが見えます。遠くへ離れようとする力が骨格を選びます。

結合に使われた電子対は二つの原子のあいだに縛られて狭いですが、孤立電子対は一つの原子にだけ縛られてより広く膨らみます。だから隣の結合対をより強く押しつけます。水は電子領域が 4 個なので理想的には 109.5° であるべきですが、孤立対 2 個が押して H-O-H 角が 104.5° に狭まり、分子が折れます。孤立対を入れたり消したりすると、角が縮むのがそのまま見えます。膨らんだ対が角を押します。

分子の形を言うときは、電子対の配列と原子の位置を区別しなければなりません。電子領域が 4 個なら配列はいつも四面体ですが、その一部が孤立対だと、目に見える原子だけで判断した形は変わります。AX₄ はそのまま四面体、孤立対 1 個の AX₃E は三角錐、孤立対 2 個の AX₂E₂ は折れ形になります。電子領域の全体と、原子だけが見える姿を行き来すると、違いが見えます。隠れた対が名前を変えます。

電子領域はなぜその配置に落ち着くのでしょうか。各対が互いに押しのける反発エネルギーの和が、最も小さい場所だからです。画面の一つの領域を引いて最適な位置から外すと、隣に近づくほど反発エネルギーの和が跳ね上がります。手を離すと、再び最も遠く開いた最小エネルギーの配置へ戻ります。その最小点が、まさに私たちが観察する分子の形です。最も低い和が形です。

各結合は、電気陰性度の差のために電子が片方へ寄った小さな双極子です。分子全体の極性は、これらの結合双極子をベクトルで足した値です。二酸化炭素は二つの C=O 双極子が正反対なので互いに打ち消し、正味が 0 の無極性です。水は折れているので二つの O-H 双極子は打ち消されず、一方へ合わさって正味の双極子が残り、極性になります。結合双極子と正味の双極子を行き来すると、方向の和が確かめられます。方向の和が極性を語ります。