結合角

結合角：分子の形と性質を決める重要な角度

結合角とは、分子を構成する原子間の結合において、2つの化学結合がなす角度のことです。この角度は、分子の形状や性質を決定する上で非常に重要な要素となります。結合角は、英語ではbond angle、valence angleとも呼ばれます。

結合角の決定要因：混成軌道と孤立電子対

結合角は、分子軌道の性質によって決定づけられます。特に、混成軌道と呼ばれる原子軌道の重なり合い方が大きく影響します。例えば、炭素原子を含む分子では、炭素原子の混成軌道の種類によって結合角が変化します。

sp³[混成軌道]]: メタン]のように、炭素[[原子が4つの単結合を形成する場合は、sp³混成軌道をとります。この場合、結合角は正四面体角である約109.5°になります。
sp²[混成軌道]]: エチレン]のように、炭素[[原子が二重結合を形成する場合は、sp²混成軌道をとります。この場合、結合角は約120°になります。
* sp[混成軌道]]: アセチレン]のように、炭素[[原子が三重結合を形成する場合は、sp混成軌道をとります。この場合、結合角は180°になります。

さらに、[孤立電子対]]（共有されていない電子対）の存在も結合角に影響を与えます。孤立電子対は、結合電子対よりも空間を多く占めるため、結合角を小さくする方向に作用します。例えば、アンモニア]では、窒素[原子が1つの孤立電子対を持つため、メタンよりも結合角が小さくなります。水]では、酸素[[原子が2つの孤立電子対を持つため、アンモニアよりもさらに結合角が小さくなります。この現象は、原子価殻電子対反発則(VSEPR則)で説明することができます。

曲がった結合：結合角と原子位置の一致しない場合

結合角は、「3つの原子の位置で作られる角度」とは必ずしも一致しません。これは、σ結合が同一軸上に存在する場合に結合力が最大となる一方、π結合も結合力に寄与するためです。σ結合が同一軸上にない場合でも、結合力は減弱するものの結合自体は形成されます。このような、同一軸上にないσ結合による結合は「曲がった結合」と呼ばれます。

結合角の理解：分子構造の基礎

結合角は、分子の形状や性質を理解する上で非常に重要なパラメータです。結合角の変化は、分子の反応性や物理的性質（沸点、融点など）に影響を与えます。そのため、有機化学や無機化学の分野において、結合角の測定や予測は重要な研究課題となっています。様々な分子の結合角を調べることで、分子の構造や性質をより深く理解することが可能になります。 結合角の理解は、分子構造の基礎を理解する上で不可欠な要素であり、化学反応や物質の性質を予測する上で重要な役割を果たしています。

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