メタンのH−C−H結合角より水のH−O−H結合角の方が小さい 94回問3b

第94回薬剤師国家試験 問3b
化学結合に関する下記の記述の正誤を判定してみよう。

 

b メタンの炭素原子も水の酸素原子もsp3混成であるが、メタンのH−C−H結合角より水のH−O−H結合角の方が小さい。

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第94回薬剤師国家試験 問3 解答解説

 

b 〇 メタンの炭素原子も水の酸素原子もsp3混成であるが、メタンのH−C−H結合角より水のH−O−H結合角の方が小さい。

 

メタンのH−C−H結合角は、sp3混成軌道の理想角の109.5°に近い。
H2OのO原子はsp3混成軌道に2対の非共有電子対が入っているが、これらの非共有電子対が互いに反発することにより、H2OのH−O−Hの結合角はsp3混成軌道の理想角の109.5°よりも明らかに狭く、約104.5°と説明されている。

 

メタンのH−C−H結合角より水のH−O−H結合角の方が小さい 94回問3b

 

★ 水のH−O−H結合角が104.5°であることの新たな説明

 

水の酸素原子はsp3混成軌道を形成していないと主張する説がある。同一周期では、原子番号が大きくなるほど2sと2p軌道のエネルギー差が大きくなり、酸素ではこの差が大きいので2sと2pの混成が起こりにくい。
この説によると、水の酸素は2p軌道で水素と共有結合を形成すると考える。その場合、H−O−Hの結合角は単純に行くと90°であるが、
O−Hの共有結合は極性が大きくイオン結合性を帯びるため、O−H同士が互いに強く反発すること、また、
酸素の有する非共有電子対と水素原子核が相互作用すること、
等の要因から、水のH−O−H結合角は104.5°となると説明する。

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