答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　元の問題へ　　　


問1の答　　　　イオン結合


問2の答

　NaCl 結晶に継続的に室温から熱を加えると, 結晶中のイオンの振動が段々大きくなる。 融点の801℃付近で, その間の結合が壊されて結晶の配列を乱し, 結果として, イオンが相互に動き始め, 即ち固体は液化し始める。固体が完全に溶解するまで, 801℃の温度は一定に保持される。


問3の答

　NaCl結晶は強いイオン結合をもつので, 反対に電荷されているイオン間の引き合う力の影響を弱めるためには比較的高い融点, 801℃を必要とする。
　NaCl結晶が室温で水中にあるとき, 結晶表面のNa⁺は水の双極子の負端によって引かれ, 水分子で囲まれて, 溶液として分散される。Cl^-もまた水の双極子の正端との間の吸引力によって水に溶解する。


問4の答

　炭素と酸素に対する簡略な電子の基底構造は次のように表される；

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　C　1s²2s²2p_x¹2p_y¹　　　O　1s²2s²2p_x²2p_y¹2p_z¹

　p軌道において詳細に表すと,

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　C　1s²2s²2p_x¹2p_y¹　　　O　1s²2s²2p_x²2p_y¹2p_z¹

　 二酸化炭素, O=C=O の二重共有結合で, 炭素と酸素の各々に2つの 2p¹ が存在し, その葉型軌道は反位相を持ち, 2つの仕方で下のように重ねることができる；

　 i (σ結合) ：　まず, pの重なる葉型軌道が位相内にあるとき, 端で重なり, 核間軸に対称なσ結合の分子軌道を生じ, そして位相外で対応する反軌道σ^*を生じる。

　ii (π結合) ：　次に, p軌道が位相内にあるとき, σ結合に対して直角で側端において重なる。この配列はπ結合軌道を生じ, そして位相外で対応する反結合軌道π^*を生じる。


　電子構造を表わす便利な方法は'箱の中の電子'として知られる表記がある。この表記は各軌道を箱としてそしてその電子を矢印として箱の中に示す。電子対の反対のスピンは反対方向に面した矢印によって表わされる (普通上下で示す)。

　'箱の中の電子'の表記は有益な視覚的助けであるけれども, 決まり切った電子構造を表わす退屈な方法である。もっと容易で短い型を必要とする。よく使われるのは, 充填された副殻が増加エネルギーの順においてそれに従う電子の数を右肩表記として記述される。

　例として, 1s軌道の中に1つの電子のみが存在するとき, これを 1s¹ として書く ； 同様に, 1s² は 2つの電子が1s軌道にあることを意味する ； そして 2p⁶ は 6つの電子が 2p副殻 (2p_x, 2p_y, および 2p_z の各々に2つ) にあることを意味する。
　例として, 短い形の電子構造は元素の炭素と酸素に対して次のように表わされる ；

　　　　　　　　　　　　　　　C　1s²2s²2p²(2p_x¹2p_y¹)　　　O　1s²2s²2p⁴(2p_x²2p_y¹2p_z¹)

　2つのs軌道の重なりはその2つの軌道が同じ位相にあるとシグマ(σ)結合軌道そして違った位相であるときはシグマスター(σ^＊) 反結合軌道を生じる。

　2つのp軌道が反対の位相を持つ葉型軌道として重なるときには, それにおいて, 2つの可能な方法が存在する。

　最初は次のように説明される。それらがその重なる葉型軌道が位相内であるとき, 端で重なり, シグマ(σ)結合分子軌道を生じる。(その重なる葉型軌道が位相外にあるとき対応する反結合軌道(σ^*)が常に存在することになる。)

　二番目の可能性は次のようになる。p軌道はシグマ結合に直角において側端で重なりあう。この配列はその軌道が位相内にあるときパイ(π)結合軌道を生じる。(さらに, その軌道が位相外にあるとき対応する反結合軌道(π^*)が存在する。)

　パイ結合分子軌道の中の二つの電子はパイ結合を形成する。パイ結合は分子中のシグマ結合と一緒に見られ, それは, ちょうどエチレンのように, 二重共有結合を含む。
●　シグマ分子軌道は核間の軸(核の間に想定された線)において対称である。
●　パイ分子軌道はその核軸にそって盛り上がり平面(その電子密度がゼロである平面)をもっている。



[英文]


Answer of Q1　　　　Ionic bond

　When NaCl crystal is heated steadily from room temperature, the vibrations of ions in the crystal are larger and larger. At nearby 801℃, some bonds between ions are broken to disorder the arrangement of crystal, as a result, the ions begin to move each other, that is, the solid to liquefy. The temperature of 801℃ is kept constant until the solid melts completely.


Answer of Q3

　As NaCl crystal has strong ionic bonds, it needs the relatively high melting point, 801 ℃ to weaken the influence of the attractive force between the oppositely charged ions.
　When NaCl crystal is in water at room temperature, the Na⁺s on the surface of crystal are attracted by the negative ends of water dipoles , surrounded with water molecules and then dispersed throughout the solution. The Cl^-s also dissolve in water by the attractive force between them and the positive ends of water dipoles.


Answer of Q4

　The electronic base-structures in shorter form for carbon and oxygen are represented as follows;

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　C　1s²2s²2p²　　　O　1s²2s²2p⁴

　on showing the p orbitals in detail,

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　C　1s²2s²2p_x¹2p_y¹　　　O　1s²2s²2p_x²2p_y¹2p_z¹

　 In a double covalent bond of carbon dioxide, O=C=O,it is found that there are two 2p¹ orbitals in each of carbon and oxygen, of which the lobes have opposite phase, can overlap in two ways bellow;

　i (a σ bond)　First, when the p overlapping lobes are in phase, they overlap end-on, giving rise to a σ bonding molecular orbital which is symmetrical about the internuclear axis, and a corresponding antibonding orbital σ^* out of phase.

　ii (a π bond)　Second, when the p orbitals are in phase, they may overlap sideways at right angles to σ bond. This arrangement gives rise to a πbonding orbital, and a corresponding antibonding orbital π^*out of phase.


　 A convenient way to represent electronic structures is a notation known as 'electrons-in-boxes'. This notation shows each orbital as a box and the electrons as arrows in the boxes. The opposite spin of paired electrons is shown by arrows facing in opposite directions (usually up and down).

　Although the 'electrons-in-boxes' notation is a useful visual aid, it is a tedious way to depict electronic structure routinely. We need an easier, shorter form. More usually, the occupied subshells are written in order of increasing energy with the number of electrons following as a superscript.

　For example, when there is only one electron in the 1s orbital, we write this as 1s¹；similarly, 1s² means two electrons are in the 1s orbital；and 2p⁶ means six electrons are in the 2p subshell (two each in the 2p_x, 2p_y, and 2p_z orbitals).
　For example, the electronic structures in shorter form for the elements carbon and oxygen are represented as follows；

　　　　　　　　　　　　　　　C　1s²2s²2p²(2p_x¹2p_y¹)　　　O　1s²2s²2p⁴(2p_x²2p_y¹2p_z¹)

　The overlap of two s orbitals produces a sigma (σ) bonding orbital when the two orbitals are in phase and a corresponding sigma star (σ^＊) antibonding orbital when they are out of phase. Two electrons in a sigma bonding molecular orbital form a sigma bond.

　There are two possible ways in which two p orbitals, the two lobes of which have opposite phase, can overlap.

　The first possibility is that they overlap end-on, giving rise to a sigma (σ) bonding molecular orbital when the overlapping lobes are in phase. (There will always be a corresponding antibonding orbital (σ^*) when the overlapping lobes are out of phase.)

　The second possibility is that the p orbital at right angles to a sigma bond may overlap sideways. This arrangement gives rise to a p (π) bonding orbital when the orbitals are in phase. (Again, there is a corresponding antibonding orbital (π^*) when the orbitals are out of phase.)

　Two electrons in a p bonding molecular orbital form a p bond. A p bond is found in association with a sigma bond in molecules that contain a double covalent bond, such as ethene C₂H₄.
●　A sigma molecular orbital is symmetrical about the internuclear axis (the imaginary line between the nuclei).
●　A p molecular orbital has a nodal plane (a plane in which the electron density is zero) along the internuclear axis.