六重結合

六重結合（ろくじゅうけつごう、Sextuple bond）

六重結合とは、二つの原子が互いに計12個の価電子を共有することによって形成される、非常に特殊な共有結合です。この結合における電子の共有度合いを示す指標である結合次数（Bond Order）が6に近いとされる点に最大の特徴があります。一般的に、原子間の結合は共有される電子の数が多いほど強くなり、結合次数も大きくなります。単結合が2個の電子を共有し結合次数が1であるのに対し、六重結合は理論上、単結合の6倍に相当する数の電子が関与する、極めて強い結合であると位置づけられます。

周期表上の元素が二つの原子間で形成しうる共有結合の結合次数は、現在の計算化学的な予測に基づくと、六重結合が理論的に到達可能な最大の結合次数であると考えられています。これは、原子が持つ価電子軌道の数や種類に物理的な限界があるためです。

存在が確認されている分子

この極めて珍しい六重結合が実際に存在することが実験的に確認されているのは、極めて低い温度（極低温）の気体状態にある特定の二原子分子に限られています。

Mo₂分子: モリブデン (Mo) 原子二つからなる分子です。
W₂分子: タングステン (W) 原子二つからなる分子です。

これらの分子は、通常の温度・圧力条件下では安定に存在せず、特殊な条件下でのみ生成・観測されます。具体的には、Mo₂分子の場合、絶対温度7K（-266.15℃）という超低温環境下で、モリブデン金属の固体表面に強力なレーザー光を照射して原子を蒸発させ、生成した気体分子を分光法（近赤外線スペクトルや紫外・可視光スペクトル）を用いて観測することでその存在が確認されています。スペクトル分析は、分子が光を吸収・放出するパターンを調べることで、分子の種類や状態を特定する手法です。

他の分子との比較

12個の価電子を持つ二原子分子としては、モリブデンやタングステンの他に、クロム (Cr) からなるCr₂分子や、ウラン (U) からなるU₂分子なども存在します。これらの分子も理論上は六重結合を持つ可能性が考えられていましたが、詳細な量子化学計算の結果、Cr₂分子やU₂分子の結合次数は5（五重結合）以下であることが示唆されています。したがって、真の意味での六重結合を持つ分子は、現在のところMo₂とW₂分子に限定されていると見なされています。

Mo₂分子の特性

六重結合を持つ代表例であるMo₂分子は、いくつかの特徴的な性質を示します。

電子状態: 類似のCr₂分子と同様に、Mo₂分子は不対電子を持たない一重項状態であると予測されています。これは、12個の価電子がすべて対を作って軌道を占有していることを示唆します。
結合長: 六重結合という極めて強い引力が原子間に働くため、二つのモリブデン原子間の距離である結合長は非常に短くなっています。Mo₂分子の結合長は194ピコメートル (pm) であり、これは一般的な金属原子間の結合長と比較して顕著に短い値です。結合次数が高いほど結合が強固になり、原子間距離が短くなるという一般的な化学結合の規則性を示しています。

まとめ

六重結合は、12個の電子が関与し、結合次数が6に近い極めて珍しい共有結合であり、理論的に可能な最大の結合次数と考えられています。その存在は極低温の気相におけるMo₂およびW₂分子でのみ確認されており、特殊な生成・観測手法が必要とされる研究対象です。化学結合の多様性と極限を探求する上で、六重結合は重要な事例の一つと言えます。

関連項目として、共有結合の結合次数には、より一般的な単結合、二重結合、三重結合に加え、四重結合、五重結合などが存在します。六重結合は、これらの高次の結合の中でも最も結合次数が大きいものとして位置づけられます。

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