分子幾何学とは何ですか？

分子幾何学は、孤立原子のペアと中心原子を取り囲む結合原子の数を考慮して、分子の3次元形状を表す用語です。 孤立電子対-非結合電子対-は、電子対の形状を決定する際に使用され、電子の結合対に対する反発作用のために分子の形状を考慮する必要があります。 この電子間の反発力は、結合原子と中心原子を囲む孤立電子対との間の角度に影響を与えます。 これらの角度は、中心原子に結合した原子の数ではなく、共有結合した分子の分子形状を定義します。 電子対の形状と分子の形状を比較するチャートは、一般的に、分子の形状に対する孤立電子対の効果を示すために使用されます。

分子の形状を予測するときは、電子の振る舞いに関する単純な理論が使用されます。 Valence Shell Electron Pair Repulsion（VSEPR）の理論では、価電子の結合したペアと孤立したペアは、可能な限り互いに離れて配置されると述べています。 この理論を利用して、単純な分子化合物の幾何学的形状を正確に決定できます。 遺伝物質やタンパク質などの複雑な有機分子の形状を記述する場合、X線結晶学などの他の方法が必要です。

最も単純な分子には、1つの中心原子に2つの追加原子が結合しています。 VSEPR理論によれば、2つの結合原子は互いに可能な限り離れて配置され、線形の分子形状になります。 結合間の角度は180度です。 中心原子を取り囲む3つの原子を持ち、孤立電子対を持たない共有結合分子は、三角形の平面形状を持ちます。 この分子は、結合した3つの原子間の角度が120度であり、単一の平面に平らにあります。

結合した各原子をできるだけ遠くに配置するために、中心原子を取り囲み、孤立電子対のない4つの原子を持つ分子は、四面体の形をしています。 各結合角は109.5度で、内側に中心原子を持つ四面体を形成します。 これと同じ方法で、追加の各原子が中央の原子に結合すると、結合した原子が互いに離れるにつれて形状が変化します。 孤立電子対が存在すると、孤立電子対も反発力を発揮するため、原子の分子構造が変化します。 中央の原子を囲む3つの原子と1つの孤立電子対を持つ分子は、ピラミッドの上部に中央原子があり、3つの結合原子が孤立原子対によって中央原子の下の位置に押し出された三角錐の形状を持ちます。