この教材で学ぶこと
到達目標
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ルイス構造の意味を説明できる
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価電子数を使って分子やイオンの構造を考えられる
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共有結合と孤立電子対を区別できる
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オクテット則を使って構造を判断できる
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形式電荷の基本を理解できる
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簡単な分子のルイス構造を考えられる
1
ルイス構造とは
ルイス構造とは、原子の価電子を点や線で表し、分子やイオンの結合の様子を示した構造式です。
共有結合は、2個の電子を共有することで表します。
ルイス構造では、共有電子対を線で表し、結合に使われていない電子対を孤立電子対として点で表すことが多いです。
ルイス構造を使うと、分子中の結合、孤立電子対、形式電荷、分子の形を考えやすくなります。
確認ポイント
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ルイス構造が価電子を使って結合を表す方法であることを説明できる
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共有電子対と孤立電子対を区別できる
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2
価電子を数える
ルイス構造を書くときは、まず分子やイオン全体の価電子数を数えます。
代表元素では、族番号から価電子数を考えられます。
1族は価電子1個、14族は4個、15族は5個、16族は6個、17族は7個として考えます。
イオンの場合、陰イオンなら電子を加え、陽イオンなら電子を引きます。
全体の価電子数を正しく数えることが、ルイス構造の第一歩です。
代表元素の価電子数
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族
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価電子数
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例
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1族
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1個
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H, Li, Na
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14族
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4個
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C, Si
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15族
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5個
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N, P
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16族
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6個
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O, S
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17族
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7個
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F, Cl
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例題：H₂O全体の価電子数を求めなさい。
答え：8個
Hは1個ずつで2個、Oは6個なので、合計8個です。
例題：NH₄⁺全体の価電子数を求めなさい。
答え：8個
Nは5個、Hは4個で合計9個ですが、+1の陽イオンなので電子を1個引いて8個です。
確認ポイント
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分子全体の価電子数を数えられる
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陰イオンでは電子を加え、陽イオンでは電子を引くことを理解できる
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3
オクテット則
オクテット則とは、多くの原子が最外殻に8個の電子をもつ安定な電子配置をとろうとするという考え方です。
特に第2周期元素のC、N、O、Fなどでは重要です。
水素Hは例外で、最外殻に2個の電子をもつと安定になります。
ルイス構造を書くときは、Hは2個、それ以外の主な第2周期元素は8個を目安にします。
ただし、BやBeのようにオクテットを満たさない例や、第3周期以降で拡張オクテットを考える例もあります。
オクテット則の基本
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原子
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安定な電子数の目安
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例
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H
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2個
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H₂, H₂O
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C
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8個
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CH₄, CO₂
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N
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8個
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NH₃, NH₄⁺
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O
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8個
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H₂O, CO₂
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F, Cl
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8個
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HF, HCl
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注意：オクテット則はとても便利ですが、すべての分子に完全に当てはまるわけではありません。
注意：まずはH、C、N、O、Fを中心に使えるようにしましょう。
確認ポイント
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オクテット則の意味を説明できる
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Hは2個で安定になることを理解できる
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C、N、Oなどは8個を目安にできる
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4
ルイス構造を書く手順
ルイス構造を書くときは、手順を決めて考えるとミスが減ります。
まず、全体の価電子数を数えます。
次に、中心原子を決め、原子どうしを単結合でつなぎます。
その後、外側の原子からオクテットを満たすように孤立電子対を置きます。
最後に、中心原子のオクテットや形式電荷を確認し、必要なら二重結合や三重結合を作ります。
ルイス構造の手順
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手順
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内容
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1
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全体の価電子数を数える
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2
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中心原子を決める
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3
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単結合で原子をつなぐ
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4
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外側の原子のオクテットを満たす
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5
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中心原子のオクテットを確認する
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6
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必要なら多重結合や形式電荷を調整する
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確認ポイント
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ルイス構造を書く基本手順を説明できる
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中心原子と外側の原子を区別できる
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5
H₂Oのルイス構造
水 H₂O のルイス構造を考えます。
Hは価電子1個、Oは価電子6個なので、全体の価電子数は8個です。
Oを中心原子として、2つのHと単結合を作ります。
O-H結合2本で電子4個を使います。
残り4個の電子は、O上の孤立電子対2組になります。
その結果、H₂OではO上に2組の孤立電子対があります。
H₂Oの電子対
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項目
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数
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O-H結合
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2本
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結合電子対
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2組
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O上の孤立電子対
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2組
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分子の形
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折れ線形
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確認ポイント
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H₂OのO上に孤立電子対が2組あることを説明できる
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H₂Oのルイス構造と折れ線形を関連づけられる
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6
NH₃とCH₄のルイス構造
アンモニア NH₃ では、Nの価電子5個とH3個の価電子を合わせて、全体の価電子数は8個です。
N-H結合3本で電子6個を使い、残り2個はN上の孤立電子対1組になります。
メタン CH₄ では、Cの価電子4個とH4個の価電子を合わせて、全体の価電子数は8個です。
C-H結合4本で電子8個を使い、C上に孤立電子対はありません。
この違いが、NH₃の三角錐形とCH₄の正四面体形の違いにつながります。
NH₃とCH₄の比較
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分子
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中心原子
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結合電子対
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孤立電子対
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分子の形
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NH₃
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N
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3組
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1組
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三角錐形
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CH₄
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C
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4組
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0組
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正四面体形
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例題：NH₃のN原子上の孤立電子対は何組か。
答え：1組
Nは3本のN-H結合を作り、残りの2個の電子が孤立電子対1組になります。
例題：CH₄のC原子上に孤立電子対はあるか。
答え：ない
Cの価電子4個は4本のC-H結合に使われます。
確認ポイント
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NH₃とCH₄の孤立電子対の違いを説明できる
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ルイス構造と分子の形を関連づけられる
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7
二重結合と三重結合
単結合だけでは中心原子のオクテットが満たされない場合、二重結合や三重結合を考えます。
二重結合は、2組の電子対を共有する結合です。
三重結合は、3組の電子対を共有する結合です。
たとえば、CO₂ではCとOの間に二重結合が2本あります。
N₂ではN原子どうしが三重結合を作っています。
結合と共有電子対
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結合
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共有電子対
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例
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単結合
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1組
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H-H
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二重結合
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2組
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O=C=O
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三重結合
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3組
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N≡N
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確認ポイント
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二重結合と三重結合を共有電子対の数で説明できる
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CO₂やN₂の結合をルイス構造で表せる
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8
形式電荷
形式電荷とは、ルイス構造の中で各原子に形式的に割り当てる電荷です。
形式電荷を考えると、どのルイス構造がより妥当かを判断しやすくなります。
形式電荷は、価電子数から、孤立電子数と共有電子の半分を引いて求めます。
一般に、形式電荷の絶対値が小さい構造が安定と考えられます。
また、負の形式電荷は電気陰性度の大きい原子にある方が自然です。
形式電荷の見方
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ポイント
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意味
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形式電荷が小さい
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安定な構造になりやすい
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同符号の電荷が離れている
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比較的安定になりやすい
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負電荷が電気陰性度の大きい原子にある
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自然な構造になりやすい
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全体の電荷と一致する
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イオンの構造で必ず確認する
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確認ポイント
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形式電荷の意味を説明できる
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形式電荷の基本式を使える
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形式電荷がルイス構造の妥当性判断に使えることを理解できる
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9
ルイス構造の例題
ルイス構造の問題では、価電子数、孤立電子対、多重結合、形式電荷がよく問われます。
いきなり形を覚えるのではなく、価電子数から順番に考えると理解しやすくなります。
例題：H₂OのO原子上の孤立電子対は何組か。
答え：2組
Oは2本のO-H結合を作り、残りの4個の電子が孤立電子対2組になります。
例題：NH₃のN原子上の孤立電子対は何組か。
答え：1組
Nは3本のN-H結合を作り、残り2個が孤立電子対1組です。
例題：CO₂のルイス構造を簡単に表しなさい。
答え：O=C=O
CとOの間に二重結合が2本あります。
例題：N₂の結合は単結合・二重結合・三重結合のどれか。
答え：三重結合
N≡Nのように、3組の電子対を共有します。
確認ポイント
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簡単な分子のルイス構造を考えられる
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孤立電子対と多重結合を判断できる
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形式電荷の考え方を理解できる
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