10.3: 分子構造の予測

電子対の配置決定のための VSEPR 理論

以下の手順では、 VSEPR 理論を使用して電子対の形状と分子構造を決定します。

1. 分子または多原子イオンのルイス構造を記述します。
2. 中心となる原子の周りにある電子群（孤立電子対や結合）の数を数えます。単結合、二重結合、三重結合を1つの電子密度の領域として数えます。
3. 電子グループの数に基づいて、電子対の形状を、線形、三角錐、四面体、三角両錐、八面体のいずれかに決定します（図 1 の第 1 列を参照）。
4. 孤立電子対の数を使って分子構造を決定します。孤立電子対と化学結合の配置が複数考えられる場合は、反発が最小になるものを選びます。孤立電子対は多重結合よりも多くの空間を占め、多重結合は単結合よりも多くの空間を占めることを忘れてはなりません。三角両錐の配列では、すべての孤立電子対が赤道方向に位置しているときに反発が最小になります。2つの孤立対を持つ八面体配列では、孤立対が中心原子の反対側にあるときに反発が最小になります。

孤立電子対が存在しない場合、分子構造は電子対の形状と同じになります。特定の数の電子対が存在する場合、1つ以上の孤立電子対の分子構造は、対応する電子対の形状の変更に基づいて決定されます。

VSEPR 理論を用いた分子構造の予測

次の例は、 VSEPR 理論を使用して分子構造を予測する方法を示しています。  

CO₂とBCl₃の電子対の形状と分子構造を決定する方法を見てみましょう。

CO₂のルイス構造を次のように記述します。

これを見ると、炭素原子の周りに2つの二重結合があることがわかります。二重結合はそれぞれ1つの電子グループとして数えられ、炭素原子には孤立電子対がありません。VSEPR理論を用いると、2つの電子基は中心原子の反対側に結合角180度で配置されていることが予測されます。電子対の配置と分子構造は同一であり、CO₂分子は直線状です。

TeCl₄分子の電子対配置と分子構造を予測するためには、まず、TeCl₄のルイス構造を書く必要があります。TeCl₄のルイス構造は、Te原子の周りに5つの電子グループ（1つの孤立電子対と4つの結合対）があることを示しています。

これらの5つの電子グループは、三角錐の電子対の形状をしていると考えられます。孤立電子対の反発を最小限に抑えるために、孤立電子対は赤道上の1つの位置を占めます。分子構造はシーソーのようなものです。

この文章は 、 Openstax 、 Chemistry 2e 、 Section 7.6 ： Molecular Structure and Polarity から引用したものです。

VSEPR理論は 電子対の 幾何学と分子の幾何学を 決定するのに役立ちます 三塩化リンのような分子の 幾何学的形状と結合角を 予測するために 一連のステップが使用されます 最初のステップは 分子のルイス構造を 描くことです 次に 中心原子上の 電子対の総数を 数えます リンの周りには 電子群が4つ 結合対が3つ ローンペアが1つあります 次に 電子対の形状を求めます 電子対の形状は四面体です しかし ローンペアがあるため 分子の幾何学的形状は 三角錐になります ローンペアは結合角を 109.5度以下にします 二酸化炭素の電子対の 形状と分子構造を予測するために 同じプロトコルを 使用しています 二酸化炭素のルイス構造は 炭素原子の周りに 2つの電子対があることを示す それぞれの二重結合は 1つの電子群として カウントされます 2つの電子群は 180度の結合角度で 中心の炭素原子の反対側に 配向しています 電子対と分子の構造は 同じですが 中心原子上に ローンペアが存在せず 二酸化炭素分子は直線的です 四塩化テルルの ルイス構造は テルル原子の周囲に 5つの電子対があり 4つの結合対と 1つのローンペアがあります 電子群は三角二錐体の 形状をしています ローンペアは赤道上の いずれかの位置を占めており 分子はシーソー型をしています これらのステップは 四塩化ヨウ素アニオンの 電子対の形状と 分子構造を決定するために 再び使用することができます ルイス構造は ヨウ素原子の周りに 6つの電子対があり 4つの結合対と 2つのローンペアがあります 電子対は 八面体配列をしています 結合対は1つの平面内にとどまり ローンペアは この平面の両側に配置され 反発を最小限に抑えています 分子幾何学的には 正方形の平面です