Φ結合

φ結合 (ファイけつごう、英: phi bond)

φ結合は、原子間に形成される共有結合の一種であり、その中でも特に珍しく、高次の軌道の重なりによって生じる結合様式です。

軌道の重なりと分子軌道

一般的な共有結合がs軌道同士、p軌道同士、あるいはs軌道とp軌道の間などで生じるのに対し、φ結合はより複雑な軌道の空間的配置が関与します。具体的には、一方の原子に属する電子軌道が持つ6つの「ローブ」（空間的な広がりを示す部分）が、もう一方の原子に属する同様に6つのローブを持つ電子軌道と、直接的に、かつ効果的に重なり合うことによって形成されます。

このような特殊な軌道の重なり合いの結果、原子間に結合性の分子軌道が形成されます。このφ結合によって作られる分子軌道は、核間軸を含み、かつ両原子を通過する3つの節平面を持つという独特な特徴があります。節平面とは、電子が存在する確率がゼロとなる空間的な面のことを指し、結合に関わる電子の空間的な分布が複雑であることを示しています。

理論的背景と名称の由来

φ結合は、主に理論化学の分野でその存在の可能性が論じられてきました。これは、より高次の原子軌道であるf軌道の重なりに対応する結合様式と考えられています。

名称に用いられるギリシャ文字の「φ」は、このf軌道に由来しています。結合軸方向から軌道を眺めたときの対称性が、通常の（典型的な形状を持つ）f軌道が持つ対称性と類似していることから、この名前が付けられました。これは、シグマ結合（σ結合、軸対称）、パイ結合（π結合、軸に対して1つの節平面）、デルタ結合（δ結合、軸に対して2つの節平面）といった、他の一般的な共有結合の命名規則（ギリシャ文字が結合軸方向の軌道対称性や節平面の数に対応）を踏襲したものです。φ結合は、これらよりもさらに多くの節平面と複雑な軌道の重なりを持つ、より高次の結合と位置づけられます。

存在の現状

φ結合は非常に特殊な条件下でしか生じないとされており、現実の分子においてその存在が実験的に確認された例は極めて限定的です。2005年時点の理論的な予測によれば、この特異な結合が存在する可能性があるとされたのは、原子番号92のウランが二つ結合した二ウラン分子（U₂）においてのみでした。これは、ウランのような重い元素が持つ、複雑な電子配置や相対論効果などが、φ結合のような高次の結合を可能にする特定の条件を生み出すためと考えられています。しかし、これはあくまで理論的な予測であり、その存在を実験的に検証することは容易ではありません。

まとめ

φ結合は、原子軌道の6つのローブ同士の重なりから生じる特殊な共有結合であり、3つの節平面を持つ分子軌道を形成します。f軌道の対称性に由来する名称を持ち、主に理論化学でその存在が議論されてきました。2005年時点では二ウラン分子(U₂)でのみ理論的に予測されている、極めて限定的な条件下で生じる可能性のある結合様式です。

関連項目

• - 電子配置

もう一度検索