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9.1: 化学結合の種類
目次

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Chemistry

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Types of Chemical Bonds
 
書き起こし

9.1: 化学結合の種類

化学結合理論は、アメリカの化学者ギルバート・ルイスが提唱したものです。彼は、さまざまな結合の種類と形成を説明するために、ルイスモデルと呼ばれるモデルを開発しました。化学結合は化学の中心であり、原子やイオンがどのように結合して分子を形成しているかを説明するもので、強い結合と弱い結合があることや、1つの炭素が2つの酸素と結合して3つの酸素と結合しないこと、水がH4OではなくH2Oであることなどを説明します。

イオン結合

イイオンとは、電荷を持つ原子や分子のことです。カチオン(陽イオン)は、中性原子がその原子価殻から電子を1つ以上失うことで形成され、アニオン(陰イオン)は、中性原子がその原子価殻から電子を1つ以上得ることで形成されます。イオンからなる化合物はイオン性化合物(または塩)と呼ばれ、構成するイオンはイオン結合(逆の帯電をした陽イオンと陰イオンの間の静電力による引力)によって結合しています。

イオン性化合物の性質は、イオン結合の性質を知る上で重要です。イオン性固体は、結晶構造を持ち、硬くて脆い傾向があり、融点や沸点が高いことから、イオン結合が非常に強いことが示唆されます。また、イオン性固体は電気の伝導性が低いですが、これはイオン結合が強いためにイオンが固体中を自由に移動できないのと同じ理由です。しかし、ほとんどのイオン性固体は、水に容易に溶解します。イオン性化合物は、溶解したり溶けたりすると、イオンが自由に動き回れるため、電気や熱の伝導性に優れています。

共有結合

非金属原子は、他の非金属原子と頻繁に共有結合を形成します。共有結合は、原子間で電子が共有され、両原子の原子核に引きつけられることで形成されます。H2やCl2などの二原子分子のように、共有結合を形成する原子が同一であれば、結合中の電子は均等に共有されなければなりません。これは純粋な共有結合と呼ばれています。共有結合で結ばれた原子が異なる場合、結合電子は共有されますが、もはや均等ではありません。その代わりに、結合電子は一方の原子にもう一方の原子よりも引き付けられ、電子密度がその原子に向かって移動することになります。このような電子の不均等な分布は、極性結合として知られています。

共有結合を含む化合物は、イオン性化合物とは異なる物理的性質を示します。電気的に中性である分子間の引力は、電気を帯びたイオン間の引力よりも弱いため、一般に共有結合を持つ化合物の融点や沸点は、イオン性化合物よりもはるかに低いです。また、イオン性化合物は水に溶けると電気をよく通すが、共有結合性化合物の多くは水に溶けず、電気的に中性であるため、どのような状態でも電気をよく通しません。

金属結合

金属結合は、2つの金属原子の間で形成されます。金属結合を記述する簡略化されたモデルとして、パウル・ドルーデによって「ドルーデモデル」が開発されました。このモデルでは、金属のイオン化エネルギーの低さに基づいて、金属原子は容易に価電子を失い、陽イオンになるとしています。この価電子は、金属全体で陽イオンを取り囲む非局在化電子のプールを作ります。

銅、アルミニウム、鉄の結晶などの金属固体は、金属原子によって形成されており、いずれも高い熱伝導性、電気伝導性、金属光沢、可鍛性を有します。多くは非常に硬く、かなりの強度を持ちます。また、可鍛性(圧力をかけたり、ハンマーで叩いたりして変形させること)があるため、粉々にならず、建築材料としても有用です。金属の融点は様々です。水銀は室温では液体ですが、アルカリ金属は200℃以下で溶けます。また、ポスト遷移金属の中には融点が低いものもありますが、遷移金属は1000℃以上で溶けます。これらの違いは、金属間の結合強度の違いを反映しています。

本書は 、 Openstax 、 Chemistry 2e 、 Section 7.1 : Ionic Bonding、 Openstax 、 Chemistry 2e 、 Section 7.2 : Coalent Bonding、 and Openstax 、 Chemistry 2e 、 Section 10.5 : The Solid State of Matterから引用しています。

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