分子の形状 · VSEPR

原子価殻電子対反発

中心原子のまわりの価電子対（結合電子対と非共有電子対）は負の電荷を帯び、互いに反発して、できるだけ離れようとします。

左側では、各電子領域が球面上でほかの電子領域から押されています。電子対を増減するか、シャッフルをクリックすると、それらが自ら弾き合い、最も安定な配置を見つけます。

非共有電子対は一つの原子核にしか引かれず、核により近く、より「太る」ので、反発もより強くなります。

電子対の形と分子の形

CH₄、NH₃、H₂O の中心原子は、どれも 4 組の価電子を持ち、電子対の配置はどれも正四面体（緑の多面体）です。

ただし分子の形は原子の位置だけを見ます。非共有電子対は頂点を占めるのに「見えず」、そのため NH₃ は三角錐、H₂O は V 字形になります。

結合角の比較

反発の強さ：非共有–非共有 > 非共有–結合 > 結合–結合。

非共有電子対が多いほど、結合電子対は押し狭められ、結合角は小さくなります：

CH₄ 109.5° > NH₃ 107° > H₂O 104.5°

図の弧が示すのは実測の結合角です。分子の形は反発モデルで計算しており、傾向は実験と一致します。

混成軌道

中心原子は、エネルギーが近い原子軌道を「混ぜて」、同じ数でエネルギーも等しい混成軌道を作り、各混成軌道が一つの電子領域を収容します。

混成軌道の数 = 価電子対の数：2 → sp、3 → sp²、4 → sp³、5 → sp³d、6 → sp³d²。

エチレン、アセチレン、ベンゼンでは、混成に加わらなかった p 軌道が π 結合を作ります。

分子の極性

極性をもつ結合には、それぞれ一つの結合双極子があります（細い矢印は、電気陰性度の大きい端を指します）。

それらをベクトルとして足すと、合成双極子がゼロなら無極性分子、ゼロでなければ極性分子です（太い矢印 μ）。

同じ三原子でも、CO₂ は直線形で双極子が打ち消し合い、SO₂ は V 字形で双極子は打ち消されません。

拡張オクテット

第3周期以降の元素は、電子領域を 5、6、さらには 7 個持てます。

三方両錐では赤道位の 90° の隣は二つだけで、軸位には三つあるので、非共有電子対は必ず先に赤道位を占めます。SF₄ はシーソー形、ClF₃ は T 字形、XeF₂ は直線形です。

正八面体では、二組の非共有電子対はトランス位を取り、XeF₄ は平面四角形です。

キラル分子

炭素原子が四つの互いに異なる原子または基とつながると、分子とその鏡像は左右の手のように、どのように回転しても重なりません。

クリックして「重ねてみる」と、鏡像分子を回して元の分子に重ね、どの原子が合わないか見てみましょう。

分子ライブラリ

VSEPR の型ごとに、すべての分子を眺められます。ドラッグで回転、ホイールで拡大縮小します。