学習目標
分子軌道法とは
**分子軌道法（MO法）**では、電子は特定の原子に属さず、**分子全体に広がった軌道（分子軌道）**に入ります。
これは「電子が特定の原子のまわりを回る」と考える**原子軌道法（VB法）**とは異なるアプローチです。
⚠️ 最重要ポイント：電子は分子全体に広がる
分子軌道法では、電子は特定の原子に局在していない。これが原子軌道法と最大の違い。
結合性軌道と反結合性軌道
2つの原子軌道が重なると、2種類の分子軌道が生じます。
| 軌道の種類 | エネルギー | 核間電子密度 | 効果 |
|---|---|---|---|
| 結合性軌道（σ, π） | 元の原子軌道より低い | 核間に増加 | 結合を強める |
| 反結合性軌道（σ, π）** | 元の原子軌道より高い | 核間で節（ゼロ） | 結合を弱める |
電子配置の3つの規則
電子が分子軌道に入る順序には、3つの規則があります。
① アウフバウ原理（構築原理）
エネルギーの低い軌道から順番に電子が入る。
高エネルギー軌道から入ることはありません。
② パウリの排他原理
1つの軌道には、逆向きスピンの電子が最大2個まで入れる。
- 同じスピン（↑↑）の2個は同一軌道に入れない
- 1つの軌道に3個以上入れない
③ フントの規則（最大多重度の規則）
エネルギーが等しい軌道（縮退軌道）には、できるだけ多くの軌道に1個ずつ入れてから、2個目を入れる。
結合次数の計算
| 結合次数 | 意味 | 例 |
|---|---|---|
| 1 | 単結合（σ結合1本） | H₂, F₂ |
| 2 | 二重結合 | O₂, CO |
| 3 | 三重結合 | N₂ |
| 0 | 結合しない | He₂（存在しない） |
🏃 結合次数が大きい = 結合が強い = 結合距離が短い = 解離エネルギーが大きい
代表的な分子の電子配置
H₂（水素分子）
- 電子数：2個
- σ結合性軌道に2個（反結合性に0個）
- 結合次数 = (2 - 0) / 2 = 1 → 単結合
O₂（酸素分子）
- 電子数：16個
- 不対電子が2個存在 → 常磁性
- 結合次数 = 2（二重結合）
⚠️ O₂は不対電子をもつ！
O₂は電子式（ルイス構造）では二重結合に見えるが、分子軌道法では縮退した反結合性π*軌道に電子1個ずつが入り、不対電子が2個存在する。これが液体酸素が磁石に引き寄せられる（常磁性）理由。
N₂（窒素分子）
- 電子数：14個
- 結合次数 = 3（三重結合）
- N₂が非常に安定で反応しにくい理由がここにある
国試頻出まとめ
| # | ポイント | 内容 |
|---|---|---|
| 1 | 電子の広がり | 分子軌道法では電子は分子全体に広がる |
| 2 | パウリの排他原理 | 1軌道に逆スピンで最大2個、同スピン2個は不可 |
| 3 | アウフバウ原理 | 低エネルギー軌道から順に入る |
| 4 | 結合次数の式 | （結合性 − 反結合性）÷ 2 |
| 5 | O₂は常磁性 | 縮退π*軌道に不対電子2個をもつ |