炭素の共有結合と結合の種類とは


炭素原子はイオンになることができません。
そのため、炭素を作る結合はほとんどの場合、共有結合になります。

共有結合をする原子は互いに軌道を重ねて一個ずつの電子を出し合い、それを共有して結合します。
そのため、共有結合をするためには一個の軌道に一個だけ入った電子、不対電子が必要になります。
したがって、不対電子を2個持つ原子は2本の共有結合を作ることができます。

原子が持つ不対電子の個数を原子価といいます。
原子は原子価の数だけ共有結合を作ることができます。
構造式では結合を1本の腺で表しますが、これを価標といいます。
共有結合は原子の握手に例ええることができるので、価標のことを結合手ということもあります。

炭素は4個の不対電子を持っているので、価標、結合手も4本となります。
この結合手は互いに109.5度の角度を持っています。

最も簡単な構造の有機物はメタンCH4でしょう。
このように、炭素と水素だけでできた化合物を炭化水素といいます。
メタンは炭素の4本の結合手がそれぞれ一個ずつの水素と結合したものです。
そのため、メタンの形はテトラポット型であり、正四面体型ということになります。


二重結合

二重結合とは、2個の炭素が2本ずつの結合手を出して、2本の共有結合を作って結合したものをいいます。
二重結合をする分子の代表はエチレン(H2C=CH2)です。
この分子は二重結合の結果、6個の原子がすべて同一平面状に載った構造、すなわち平面形をしています。

三重結合

三重結合とは、2個の炭素が3本ずつの結合手を出して、3本の共有結合を作って結合したものをいいます。

三重結合で結合した分子の代表はアセチレン「HC≡CH」です。
この分子は、三重結合の結果、下記のように4個の原子が一直線に連なった形をしています。

三重結合の画像


共有二重結合

二重結合と単結合が交互に連結した結合があります。
このような結合を共役二重結合といいます。
ブタジエンは共役二重結合をもつ分子で最も小さいものの1つです。

ブタジエンは下記のように、4個の炭素があり、そのうち1個目と2個目のCの間、3個目と4個目のCの間は二重結合ですが、2個目と3個目の間は単結合です。

共有二重結合の画像

芳香族の結合

ベンゼンは芳香族化合物の典型です。
芳香族化合物とは環状の共役化合物で、環内に3本、5本、7本など、2n+1本の二重結合を持った化合物のことです。

ベンゼンは下記のように、6個の炭素と6個の水素からできた環状化合物です。

炭素間の結合は1本おきに単結合と二重結合を繰り返した共役二重結合であり、3本の二重結合があります。


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