共有結合の定義

共有結合は化学結合の一種で、同じまたは異なる元素の 2 つの原子が 1 つまたは複数の価電子対を共有して、それぞれのオクテットを完成させます。このタイプの結合は、非金属元素の中で最も頻繁に発生するものですが、場合によっては遷移金属や半金属も含まれます。

共有結合は、水、二酸化炭素、グルコースなどの分子、またはグラファイトやダイヤモンドなどの分子固体を構成するすべての原子をまとめる結合または化学結合の一種です。一方、共有結合は、生命を可能にする有機化合物、特にタンパク質、アミノ酸、脂肪とトリグリセリド、炭水化物などに存在する優れた結合のタイプです.

共有結合の概念は、共有という言葉を「共有」と「原子価」という言葉で形成されたものと考えれば、覚えやすいです。 .

共有結合は、イオン結合とは反対のタイプの結合であり、電子を共有する代わりに、原子の 1 つが他の原子から電子を奪い、最初の原子は負の電荷を獲得し、2 番目の原子は正に帯電したままになります。これらの種はイオンと呼​​ばれ（前者は陰イオン、後者は陽イオン）、反対の電荷のイオン間に発生する静電引力によって一緒に保持されます。

共有結合の特徴

共有結合には、イオン結合や金属結合とは明確に区別されるいくつかの特徴があります。これらのいくつかは次のとおりです。

• それらは主に非金属元素間、または比較的類似した電気陰性度を持つ元素間で形成されます。1.7以下の電気陰性度の差は、共有結合としての結合を定義するために任意に選択されています。
• 共有結合は、平均して、イオン結合よりも弱いです。典型的な共有結合の 1 モルを切断するのに必要なエネルギーは通常 150 から 400 kJ/mol の範囲ですが、イオン結合の場合は通常 600 から 4,000 kJ/mol. それ以上のエネルギーが必要です。
• それらは一般にイオン性化合物よりもはるかに低い融点と沸点を持つ分​​子化合物を生じさせます（非常に高い融点を持つグラファイトやダイヤモンドなどの分子固体を除く）。
• それらは方向性があります。これは、いくつかの共有結合を形成する原子において、これらが特定の方向に優先的に配向し、各分子物質に特徴的な分子形状を生じさせることを意味します。_{たとえば、アンモニア (NH 3} )の場合、水素との 3 つの共有結合は三角錐に基づくピラミッドの端に沿って配置されますが、ボラン (BH 3 ) では、3 つの結合が正三角形を形成_し、三角形の平面ジオメトリ。
• 共有結合はイオン結合よりも短いです。ほとんどのイオン性化合物では、核は 160 ～ 370 pm 離れていますが、共有結合化合物の場合、この距離は、260 pm に近づくわずかな例外を除いて、大多数の単一共有結合で約 80 ～ 200 pm です。 .
• 結合長は結合次数に応じて短くなります。つまり、同じ原子のペアでは、より多くの電子が共有されるにつれて結合が短くなります。

共有結合の種類

共有結合は非常に一般的であり、また非常に多様であり、さまざまな基準に従って分類することができます. 共有結合の分類の最も重要な基準と、それぞれに含まれる結合の種類を以下に示します。

電気陰性度の違いによる共有結合の種類

電気陰性度の違いは、共有結合が形成されるときに電子がどの程度均等に共有されるかを決定します。この基準に基づいて、2 種類の共有結合を区別できます。

極性共有結合

それらは、電気陰性度の差が 0.4 ～ 1.7 の 2 つの元素が結合したときに形成されます (これらの範囲は多少恣意的です)。このタイプの結合では、電気陰性度の高い原子が電気陰性度の低い原子よりも電子雲を周囲に長く保持し、部分的な負電荷を獲得し、電気陰性度の低い原子が正の部分電荷を獲得するため、電子は均等に共有されません。

この電荷の分離は電気双極子と呼ばれ、このタイプの結合が極性結合と呼ばれる理由です。電荷分離は、結合の双極子モーメントによって測定されます。極性結合を有する化合物は、すべての双極子モーメントのベクトル和が結果として得られる正味の双極子モーメントを与えるかどうかに応じて、極性分子である場合とそうでない場合があります。

無極性共有結合

それらは、電気陰性度の差が 0.4 未満の原子間で形成される共有結合です。このタイプの結合では、双極子が形成されないと想定されるため、結合は非極性であると言われます。

一部の人々は、純粋共有結合と呼ばれる非極性共有結合のサブクラスを認識しています。これは、同じ元素の 2 つのまったく同じ原子が共有結合した場合に発生します (同じ元素であることに加えて、両方の原子が同じ混成を持っている必要があります)。 . これは、電子が完全に均等に共有されている完全な共有結合であり、双極子モーメントは確実にゼロであると言えます。

原子軌道の重なりによる共有結合の種類（原子価結合理論）

原子価結合理論は、共有結合が形成されるためには、結合した 2 つの原子の原子価原子軌道が重なる必要があり、そうでなければ電子を共有できないことを立証しています。この理論によれば、これらの軌道が重なり合う方法が 2 つあります。これにより、2 種類の共有結合が生じます。

σ（シグマ）結合

シグマ結合は、原子軌道ローブの前面の重なりによって形成されます。これが、この結合が 2 つの原子核を結ぶ線に沿って形成される理由です。2 つの結合した原子は、原子軌道の方向に関連する制限により、それらの間で σ 結合のみを形成できます。これは、1 つの軌道が 1 つの方向を指している場合、価電子殻内の他の軌道は必然的に異なる方向を指している必要があるためです。

π（パイ）結合

それらは、原子軌道の横方向の重なりによって形成されたものであり、一般に po d タイプの純粋な原子軌道です。これらの結合は、2 つの原子が複数の電子対を共有している場合にのみ形成され、複数のパイ結合を形成することができます。

パイ結合で共有される電子は、2 つの原子核を結ぶ線の上下または側面に位置しますが、その線を通過することはありません。

結合順序または共有電子対の数による共有結合の種類

前述のように、共有結合では、2 つの原子が 1 つまたは複数の電子対を共有できます。この共有電子対の数は、結合次数として知られています。この結合順序に基づいて、共有結合は次のように分類できます。

単共有結合

これは、2 つの原子が 1 対の電子のみを共有している場合に発生します。共有単結合は常にσ結合です。

二重共有結合

2対の電子が共有されている共有結合です。電子対の 1 つは 2 つの原子核間に σ 結合を形成し、2 番目の電子対は π 結合を形成します。二重結合と呼ばれ、σ結合とπ結合で構成されていると考えられていますが、二重結合は実際には単結合であることを理解することが重要です.

三重共有結合

2つの原子が3対の電子を共有するときに形成されます。この場合、結合は 1 つの σ 結合と 2 つの π 結合で構成されます。ただし、これらの 2 つの π 結合は中空のシリンダーを形成し、そこで 4 つの π 電子が出会い、2 つの σ 電子が真ん中で出会います。

その他の特殊な共有結合

配位共有結合または配位共有結合

ほとんどの共有結合では、結合した両方の原子が 1 つの電子に寄与して、各結合電子対を形成します。しかし、非常に一般的であり、ルイス酸塩基反応の結果として形成される特定の種類の共有結合があります。

このような場合、2 つの原子のうちの 1 つだけが電子対に寄与して共有結合を形成します。この特別なタイプの結合は、配位結合 (原子の 1 つだけが結合に必要な電子を与えるか寄与するため) または配位と呼ばれます。これは、配位化合物を特徴付けるタイプの共有結合です。

3 つのコアまたは 3 つの中心の共有結合

一部の特殊な分子では、同じ電子対が 2 つ以上の原子間で共有される共有結合が形成されることがあります。これは、二重共有結合が隣接カルボカチオンと共役し、3 つの原子すべてを包含する π 結合を形成し、2 つの π 電子が結合の一方の端から他方の端に自由に移動できるようにするアリル カチオンの場合です。これを転勤といいます。

一般的な共有結合の例

共有結合の例は次のとおりです。

• C–H
• C–C
• C–N
• N–N
• N=N
• C=N
• C–O
• C=O
• または = または
• おお
• Br–Br
• C–F
• C ≡ C
• N ≡ N
• C≡N

参考文献

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