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水の分子構造は難しい?

身の回りにありふれた水、分子式で書くとH2Oですが、この構造を理解しようとすると、量子力学まで現れて、とっても難しいことが分かりました。

たとえば、参考書は、BLUE BACKSの「はじめての量子化学」平山令明著(2019年3月20日刊)です。(https://gendai.ismedia.jp/list/books/bluebacks/9784065152133

水の分子の形はおよそ以下の通りです。赤いのが酸素(O)原子、ピンクなのが水素(H)原子です。酸素と水素の結合は、電子を共有する共有結合で、共有されている電子は、2p軌道の電子です。酸素と水素の原子間の手の長さは、0.96Åで、2つの手の角度は、104.52°です(なぜ、まっすぐ手が伸びて、一列に原子が並んでいないのか(角度が180°になっていないのか)不思議に思いませんか?-どうも、2p軌道の電子の共有であることに原因がありそうです。・・・あるいは、sp3混成軌道ー3つのp軌道と1つのs軌道が等価なsp3軌道を作ることによるという説明もあります。四面体の頂点に水素原子2個は位置するようです)。下の2つの絵は、次のサイトから拝借しております:http://blog.livedoor.jp/tgs0001/archives/50818404.html

Space-filling

そして、この水分子の周りの電子の様子はつぎのとおりです。色の暖色のところのほうが、電子の出現確率が高いものと思います。これによって、水素(H)原子はプラス(+)に、酸素(O)原子はマイナス(-)に帯電します。その結果、水分子は、電気双極子となります。

POTMAP

そして、水分子は、水素結合(2s軌道と2p軌道の対の電子、或いはsp3混成軌道の2つの対の電子)によって、次のように他の水分子と結合します。次の2つの絵は、Wikipediaから拝借です:https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4%E7%B4%A0%E7%B5%90%E5%90%88#%E6%B0%B4%E3%81%AB%E3%81%8A%E3%81%91%E3%82%8B%E6%B0%B4%E7%B4%A0%E7%B5%90%E5%90%88

また、水について、勉強する機会があれば、報告します(ToT)/~~~