分子の構造・性質
一種類の元素のみからなる物質を 単体 という。単体には常温常圧で固体であるものが最も多く、 液体 であるものが最も少ない。1気圧、20℃で液体である単体には 水銀 と 臭素 とがある。そのうち水銀は金や銅など数多くの金属と アマルガム と呼ばれる合金を作ることが知られており、アマルガムは東大寺の大仏の鍍金にも用いられた。
酸素の単体には、2原子からなる酸素分子と、3原子からなるオゾン分子とが知られている。酸素分子とオゾン分子のように構造が異なる単体を互いに 同素体 であるという。
ここでオゾン分子の構造について考えてみよう。まず、各原子の周りに価電子が8個あると安定な電子配置になるという オクテット則 を満たすように ルイス構造式 を組み立てる。酸素原子は6つのか電子を持つことから、図1（省略）のようなルイス構造式が得られる。中心の酸素原子は両側の酸素原子との結合の他に、孤立電子対 を1つ持っている。このルイス構造式を基に、原子価殻電子対反発則（VSEPR）理論を使って考えると、分子の形は 折れ線 形になると予想できる。
図1を見ると、中心の酸素原子と左側の酸素原子との結合は単結合、右側の中心の酸素原子との結合は二重結合になっている。しかし、実際のオゾン分子では中心の酸素原子と両側の酸素原子との結合距離は等しい。このことは、図2（省略）のようなルイス構造式を考え、実際のオゾン分子は図1および図2に示した二つの構造の重ねあわせからなるという 共鳴 の概念を用いることにより理解できる。
問 次の問 a) ～ c) に答えよ。
a) CH4, NH3, H2O それぞれの分子構造を、混成軌道、およびVSEPR理論を使い、結合角の違いが分かるよう説明せよ。
b) H2O, NH3, HF の沸点は、それぞれ同族元素の類似分子より高い。「電気陰性度」に関連させて説明せよ。
水素の電気陰性度に比べ、水素に結合する元素の電気陰性度が高いために分子は極性を持ち、水素結合によってより強く結合するため。
c) 酢酸の気体は理想気体とは大きく異なる性質を示すが、これは二量体を形成しやすいためである。この二量体の構造を図示せよ。
