さて、4個の不対電子を結合のために用意したところで、別の問題が発生します。 メタンでは、炭素-水素結合はすべて同じですが、電子は2つの異なる種類の軌道にあります。
ハイブリッド化
電子はハイブリッド化というプロセスで再び配列し直します。 これにより、電子はsp3ハイブリッドと呼ばれる4つの同じハイブリッド軌道に再編成されます（1つのs軌道と3つのp軌道からできているため）。 sp3」は「s p three」と読み、「s p cubed」とは読みません。
sp3 複合軌道は半分のp軌道のように見え、できるだけ離れているように空間的に配置されます。 原子核が四面体（三角形をベースにしたピラミッド）の中心にあり、軌道が四隅を指しているようにイメージすることができます。
結合ができるとどうなるか？
水素の電子は1s軌道（原子核を取り巻く球対称の空間）にあり、ある確率（たとえば95％）で電子を見つけることができることを忘れないでください。 共有結合が形成されると、原子軌道（個々の原子の軌道）が結合して、結合を形成する電子対を含む新しい分子軌道が生成されます。
この原理は、共有結合しているどの分子にも適用できます。
メタンの形
sp3軌道が形成されると、それらはできるだけ離れているように並びます。
水素原子が炭素と結合しても形は変わらないので、メタン分子も結合角109.5&度の正四面体です。
エタン（C2H6）
エタンの分子軌道の形成
エタンはそれ自体は特に重要ではありませんが、炭素-炭素単結合ができる簡単な例なので取り上げました。
エタンの各炭素原子は電子を促進し、メタンで述べたのと全く同じsp3ハイブリッドを形成しています。
水素はメタンのときと同じように、2つの炭素と結合して分子軌道を作り出します。 2つの炭素原子は、残りのsp3混成軌道を端から端まで結合して、新しい分子軌道を作ることによって結合します。 この端と端が重なり合ってできる結合をシグマ結合という。 炭素と水素の結合もシグマ結合です。
どのシグマ結合でも、2つの原子核の間の線上に電子のペアがあることが多いのです。
各炭素原子周りのエタンの形状
この形状も各炭素原子周りのsp3軌道の配置で決まります。 それは四面体配置で、角度は109.5°です。
エタン分子をまとめると、各炭素原子の周りの配置は、やはり四面体で結合角度は約109.5°です。 なぜ「約」だけなのか。 今回は、各炭素原子に同じものが4つ付いているわけではない。
炭素-炭素単結合の自由回転
この分子の両端はシグマ結合を中心にかなり自由に回転できるので、エタン分子の形はある意味で無限の可能性を持っています。
いずれの場合も、左側のCH3基は一定の位置に保ち、右側を回転させたときの効果を見ることができるようにしています。
他のアルカン
他のアルカンも同じように結合します。
-
炭素原子はそれぞれ電子を促進し、混成してsp3混成軌道を生成します。
- 炭素原子はsp3混成軌道の端と端が重なり合ってシグマ結合を形成し、互いに結合する。
- 水素原子は1s1軌道を炭素原子のsp3混成軌道と重ね合わせて、必要なところに結合する。
Questions to test your understanding
これが最初の問題集である場合、始める前に導入ページを読んでください。
メタンとエタンの結合に関する質問
回答
今どこに行きたいですか？
有機結合のメニューへ移動します。 .
有機化学の基礎のメニューへ. .
メインメニューへ. . .
