分子軌道説と価電子結合説の大きな違いは、分子軌道説が分子軌道の形成を記述するのに対し、価電子結合説は原子軌道の形成を記述する点である。

分子によって化学的・物理的性質が異なり、異なる原子が結合して分子を形成しています。このような原子と分子の性質の違いを理解するためには、複数の原子が化学結合を形成して分子を形成していることを理解する必要がある。現在、私たちは2つの量子力学的理論を用いて、分子の共有結合と電子構造を記述しています。価電子結合説と分子軌道説である。

カタログ

1. 概要と主な相違点 2. 分子軌道説とは 3. 価電子結合説とは 4. 横並び比較-表形式による分子軌道説と価電子結合説 5. まとめ

分子軌道説は何ですか？

分子では、電子は分子軌道に位置しているが、形が異なり、複数の原子核と関連している。分子軌道理論とは、分子を分子軌道に基づいて記述する理論である。

原子軌道の線形結合は、分子軌道を記述する波動関数を与える。結合軌道は、2つの原子軌道が同相で相互作用することで形成される（構成的相互作用）。それらが相互作用すると（破壊的相互作用）、からの反結合軌道が発生する。このように、軌道下の相互作用ごとに、結合軌道と反結合軌道が存在する。ボンド軌道はエネルギーが低く、電子はこの軌道に存在しやすい。反結合軌道はエネルギーが高く、結合軌道がすべて埋まると、電子は反結合軌道に入る。

価電子結合理論は何ですか？

価電子結合理論は、分子内の電子が1つの原子の原子軌道を占めると仮定する局所結合の考え方に基づくものである。例えば、H2分子の生成では、2つの水素原子が1s軌道を重ね合わせる。2つの軌道が重なることで、空間的に共通の領域を共有することになる**。当初、2つの原子が離れているときは、互いに相互作用しない。したがって、位置エネルギーはゼロである。

原子同士が近づくと、それぞれの電子は相手の原子核に引き寄せられ、同時に電子同士、原子核同士は反発し合う。原子は分離したままですが、重力が反発力より大きいため、系の位置エネルギーは減少します。ポテンシャルエネルギーが最小値になったとき、系は定常状態になる。これは、水素原子が2つ集まって分子を形成するときに起こる現象です。

図01：πボンドの形成

しかし、このオーバーラップの概念は、H2、F2、HFなどの単純な分子しか説明できず、CH4のような分子はこの理論では説明できないのです。しかし、この理論と混成軌道の理論を組み合わせることで、この問題を解決することができる。混成とは、2つの不等間隔の原子軌道が混在していることです。例えばCH4では、Cは各Hのs軌道と重なるsp3軌道を4つ混成して持っている。

分子軌道説と価電子結合理論の違い

現在、私たちは2つの量子力学的理論を用いて、分子の共有結合と電子構造を記述しています。価電子結合説と分子軌道説である。分子軌道理論と価電子結合理論の大きな違いは、分子軌道理論が分子軌道の形成を記述しているのに対し、価電子結合理論は原子軌道の形成を記述している点である。さらに、価電子結合理論は2原子分子のみに適用され、多原子分子には適用されない。しかし、分子軌道理論は、どんな分子にも適用できるのです。

概要 - 分子軌道説 vs. 価電子結合理論

価電子結合理論と分子軌道理論は、分子の共有結合と電子構造を記述する量子力学的な理論である。分子軌道理論と価電子結合理論の大きな違いは、分子軌道理論が分子軌道の形成を記述しているのに対し、価電子結合理論は原子軌道の形成を記述している点である。

引用

1Hermannstein, Anne-Marie."Valence Bond (VB) Theory Defined," ThoughtCo, 4 August 2019, available here.