この教材で学ぶこと
到達目標
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VSEPR理論の基本を説明できる
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電子対が反発してできるだけ離れて配置されることを理解できる
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結合電子対と孤立電子対を区別できる
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孤立電子対が結合角を小さくする理由を説明できる
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電子対の数から分子の形を予想できる
前提知識
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分子の形
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共有結合
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ルイス構造
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価電子
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孤立電子対
1
VSEPR理論とは
VSEPR理論とは、中心原子のまわりにある電子対が互いに反発し、できるだけ離れて配置されることで分子の形が決まるという考え方です。
日本語では、価電子対反発理論と呼ばれます。
VSEPRは Valence Shell Electron Pair Repulsion の略です。
中心原子のまわりの結合電子対と孤立電子対の数を数えることで、分子の形を予想できます。
分子の形、結合角、極性を考えるうえで重要な考え方です。
確認ポイント
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VSEPR理論が価電子対の反発で分子の形を説明する理論であることを説明できる
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電子対ができるだけ離れて配置されることを理解できる
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2
結合電子対と孤立電子対
中心原子のまわりの電子対には、結合電子対と孤立電子対があります。
結合電子対とは、共有結合を作っている電子対です。
孤立電子対とは、結合には使われていない電子対です。
分子の形を考えるときは、結合電子対だけでなく孤立電子対も数える必要があります。
孤立電子対は原子核の近くに広がりやすく、結合電子対より強く反発します。
電子対の種類
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電子対
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意味
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例
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結合電子対
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共有結合を作る電子対
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H₂OのO-H結合
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孤立電子対
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結合に使われていない電子対
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H₂OのO上の2組の電子対
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確認ポイント
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結合電子対と孤立電子対を区別できる
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孤立電子対も分子の形に影響することを説明できる
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3
反発の強さ
VSEPR理論では、電子対どうしの反発の強さを考えます。
孤立電子対は結合電子対よりも広がって存在するため、より強く反発します。
反発の強さは、孤立電子対どうし、孤立電子対と結合電子対、結合電子対どうしの順に小さくなると考えます。
このため、孤立電子対が多い分子では、結合角が小さくなることがあります。
電子対反発の強さ
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反発の種類
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反発の強さ
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孤立電子対 - 孤立電子対
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最も強い
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孤立電子対 - 結合電子対
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強い
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結合電子対 - 結合電子対
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比較的弱い
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確認ポイント
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孤立電子対の反発が強いことを説明できる
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孤立電子対が結合角を小さくする理由を理解できる
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4
電子対が2組の場合
中心原子のまわりに電子対が2組ある場合、電子対はできるだけ離れるため、一直線上に配置されます。
その結果、分子の形は直線形になります。
代表例はCO₂やBeCl₂です。
結合角は180°です。
電子対2組の場合
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電子対の配置
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分子の形
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結合角
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例
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直線状
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直線形
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180°
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CO₂, BeCl₂
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例題：中心原子のまわりに電子対が2組あるとき、基本の電子対配置は何形か。
答え：直線形
2組の電子対は互いに最も離れるため、180°の直線形になります。
確認ポイント
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電子対2組では直線形になることを説明できる
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結合角が180°であることを覚える
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5
電子対が3組の場合
中心原子のまわりに電子対が3組ある場合、電子対は同じ平面上で120°ずつ離れて配置されます。
孤立電子対がない場合、分子の形は平面三角形になります。
代表例はBF₃です。
一方、電子対3組のうち1組が孤立電子対の場合、分子の形は折れ線形になります。
代表例としてSO₂を考えることがあります。
電子対3組の場合
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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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例
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3組
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0組
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平面三角形
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BF₃
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2組
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1組
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折れ線形
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SO₂
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確認ポイント
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電子対3組の基本配置が平面三角形であることを説明できる
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孤立電子対があると分子の見た目の形が変わることを理解できる
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6
電子対が4組の場合
中心原子のまわりに電子対が4組ある場合、電子対は正四面体状に配置されます。
4組すべてが結合電子対なら、分子の形は正四面体形になります。
代表例はCH₄です。
3組が結合電子対、1組が孤立電子対なら、分子の形は三角錐形になります。
代表例はNH₃です。
2組が結合電子対、2組が孤立電子対なら、分子の形は折れ線形になります。
代表例はH₂Oです。
電子対4組の場合
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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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代表例
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結合角
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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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CH₄
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約109.5°
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3組
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1組
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三角錐形
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NH₃
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約107°
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2組
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2組
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折れ線形
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H₂O
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約104.5°
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確認ポイント
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電子対4組の基本配置が正四面体であることを説明できる
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CH₄、NH₃、H₂Oの形の違いを孤立電子対の数から説明できる
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7
CH₄、NH₃、H₂Oの結合角の違い
CH₄、NH₃、H₂Oはいずれも中心原子のまわりの電子対が4組あります。
しかし、孤立電子対の数が異なるため、分子の形と結合角が変わります。
CH₄には孤立電子対がないため、結合角は約109.5°です。
NH₃には孤立電子対が1組あるため、結合角は約107°になります。
H₂Oには孤立電子対が2組あるため、結合角はさらに小さくなり、約104.5°になります。
孤立電子対が増えるほど、結合電子対が強く押され、結合角が小さくなります。
孤立電子対と結合角
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分子
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孤立電子対
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分子の形
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結合角
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CH₄
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0組
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正四面体形
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約109.5°
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NH₃
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1組
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三角錐形
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約107°
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H₂O
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2組
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折れ線形
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約104.5°
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確認ポイント
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CH₄、NH₃、H₂Oの結合角の大小を説明できる
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孤立電子対が多いほど結合角が小さくなることを理解できる
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8
VSEPRで分子の形を予想する手順
VSEPR理論で分子の形を予想するときは、まず中心原子を決めます。
次に、中心原子のまわりの結合電子対と孤立電子対を数えます。
その合計から電子対の配置を考えます。
最後に、原子の位置だけを見て分子の形を判断します。
孤立電子対は分子の形を決めるときに影響しますが、分子の形の名前では原子の位置に注目します。
VSEPRの手順
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手順
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内容
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1
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中心原子を決める
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2
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中心原子のまわりの結合電子対を数える
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3
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中心原子の孤立電子対を数える
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4
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電子対の合計から配置を考える
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5
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原子の位置を見て分子の形を決める
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確認ポイント
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VSEPRで分子の形を予想する手順を説明できる
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電子対の配置と分子の形を区別できる
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9
VSEPR理論の注意点
VSEPR理論は、分子の形を大まかに予想するのに便利な考え方です。
ただし、すべての分子の結合角を完全に正確に求められるわけではありません。
実際の結合角は、原子の種類、結合の種類、電子の広がり方などにも影響されます。
高校化学や基礎化学では、代表的な分子の形と結合角を理解する目的で使うとよいです。
大学化学では、分子軌道法や混成軌道など、より詳しい理論につながります。
注意：VSEPRは分子の形を直感的に理解するための強力な道具です。
注意：厳密な電子状態の説明には、分子軌道や量子化学の考え方が必要になります。
確認ポイント
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VSEPR理論が近似的な考え方であることを理解できる
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代表的な分子の形の予想に使えることを説明できる
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10
VSEPR理論の例題
VSEPR理論の問題では、中心原子のまわりの電子対の数、孤立電子対の数、分子の形、結合角がよく問われます。
特に、CH₄、NH₃、H₂O、CO₂、BF₃は確実に押さえましょう。
例題：VSEPR理論では、分子の形は何の反発によって決まると考えるか。
答え：中心原子のまわりの電子対どうしの反発
電子対が互いに反発し、できるだけ離れて配置されることで分子の形が決まります。
例題：CH₄の中心原子のまわりの電子対は何組か。
答え：4組
C-H結合が4本あり、炭素上に孤立電子対はないため、結合電子対4組です。
例題：NH₃とCH₄では、どちらの結合角が小さいか。
答え：NH₃
NH₃には孤立電子対が1組あり、結合電子対を強く押すため、CH₄より結合角が小さくなります。
例題：H₂Oの結合角がCH₄の109.5°より小さい主な理由は何か。
答え：O原子上の孤立電子対が結合電子対より強く反発するため。
H₂Oには孤立電子対が2組あり、H-O-Hの角度を小さくします。
例題：BF₃の分子の形を答えなさい。
答え：平面三角形
Bのまわりに3組の結合電子対があり、孤立電子対がないため平面三角形です。
確認ポイント
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VSEPR理論の基本を説明できる
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孤立電子対が結合角に与える影響を説明できる
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代表的な分子の形をVSEPRで判断できる
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