水は式
私の考えでは、孤立電子対が原子の同じ側に存在しなければならない理由がわかりません。また、シュレディンガーの式は、孤立電子対が原子の反対側にある場合と同様にもっともらしい構造を水に提供しません。私たちが想定しているものからの酸素（ルイス構造の酸素の上部または下部の電子を画像化する）？それが本当なら、2つの状態の間に共鳴構造があり、線形形状が得られます。明らかに私はここで輪になって走り回っています。誰かが私を教えてください！
コメント
- 孤立電子対は互いに反発しますが、投げる必要もあります'電子の反発だけで問題に取り組んでいる場合は、OHの結合電子が混合物に結合します。
- 結合電子と非結合性の間の反発を考慮する必要があります。電子の結合も（編集：@zheが言ったように）したがって、各ペアは1つおきのペアを反発します。したがって、すべての電子のペアは互いに可能な限り遠い距離にある必要があり、その結果、孤立電子対の反発が発生します。より大きく、それは歪んだ四面体です。
- ここで答えを見ることができます chemistry.stackexchange.com/questions/14981/ … ウォルシュ図を扱います。
- これはあなたの質問に答えますか？水中の孤立電子対は同等ですか？
- a用語のマイナーなサイドポイント-化学では、"共鳴構造"という用語は、原子が異なる空間位置を占める構造を説明するために使用されません（たとえば、H原子が互いに反対側にある水分子の例など）。共鳴構造は電子状態です。重要なことに、分子は共鳴構造間で交互になりません。すべての共鳴構造が同時に分子の単一の電子構造に寄与します。
回答
つまり、は VSEPRの時間と場所であり、化学の初心者の学生全員がVSEPRを経験するため、これはおそらく他のどの時間よりも良い時間です。実際のモデルはすでに何度も説明されているので、この理論によれば、中心酸素の周りに4対の電子があると簡単に言うだけです。電子-電子の反発を最小限に抑えるために、これらのペアは酸素の周りに四面体配列を採用しています。どちらが孤立電子対で、どちらが水素原子に接続されているかは関係ありません。結果として得られる形状は常に曲がっています。
覚えておく価値のあること（そしてこれまであまり注意深く説明されていません）は、VSEPRがモデル<であるということです。 / em>化学者が分子の形状を予測するために使用します。真実は、シュレディンガー方程式を解くことを除いて、分子の形状を予測する実際の方法はありません。これは、水については分析的に不可能です。他のすべては真実への近似です。密度汎関数理論の使用など、これらの近似のいくつかはかなり正確です。それらのいくつかは非常に粗雑であり、VSEPRはこのカテゴリに分類されます。基本的に電子を古典的な点電荷として扱い、これらの点電荷間の静電反発を最小限に抑えようとします。物理学の学生として、あなたはこれをするよりもよく知っているべきです。したがって、この場合は正しい結果を予測しますが、モデルのためではなく、モデルにもかかわらずです。また、少し複雑なケースでは、VSEPRが完全に間違った結果を予測する可能性があると聞いても驚かないでください。
化学を学ぶにつれて、分子構造を説明する方法がますます洗練されていることがわかります。ほとんどは分子軌道理論を中心に展開しています。定性的な方法として、で説明されているウォルシュダイアグラムがあります。結合角がH2O、H2S、H2Seの順に減少するのはなぜですか？。より厳密な方法では、量子化学計算を実行する必要があります。 水中の孤立電子対は同等ですか？。もちろん、これの欠点は、数字から真の化学物質の理解を抽出することがますます困難になることです。 ただし、VSEPRモデルから真の化学的理解を抽出することはできません。
私がもっと興味を持っているのは、フォローアップの質問です。
また、シュレディンガー方程式は、水に対して同様にもっともらしい構造を提供しません。孤立電子対が私たちが想定しているものとは反対側にある場合（ルイス構造式の酸素の上部または下部にある電子を画像化する）？
水分子のハミルトニアンは回転時に不変であるため、これは実際、水分子の任意の方向が同じように発生する可能性があることを意味します。ただし、これは水分子の方向のみを指します。 全体。結合角など、内部の自由度については何も述べていません。
外力がない場合、分子は好きな方向に自由に曲がることができ、ほとんどの水分子は実際に 宇宙を浮遊したり湖で泳いだりするときにこれを行います。しかし、常に曲がります。
I fが真の場合、2つの状態の間に共鳴構造があり、線形幾何学が得られます。
二重井戸ポテンシャルの単一粒子について考える場合は、
$$ V = \ begin {cases} \ infty & x < -b \\ 0 & -b \ le x \ le -a \\ \ infty & -a < x < a \\ 0 & a \ le x \ le b \\ \ infty & x > b \ end {cases} $$
システムの対称性のため、すべての固有状態システムの場合、 $ x $ の期待値は
つまり、実際にはそこにあるということですか？私たちが考案したダブルウェルシステムでは、粒子が $ x = 0 $ になることは明らかに不可能です。なぜなら、 $ V = \ infty $ があります。その位置を測定する場合、 $ x = 0 $ では見つかりません。左側の
まったく同じ方法で、水（そして、水分子との実質的にすべての相互作用は、事実上、測定値であることに注意してください）、実際には常に曲がっていることがわかります。
コメント
- " Schr öディンガー方程式を解く"はもちろんです非常に基本的な意味で、それは原則としてルイス+ VSEPRよりも優れているとは言えません。実際、モデルの背後にある真実を暗示することは誤解です。これは私の中にあります。理論的化学におけるほとんどすべての誤解の原因の観点。モデルは現象を予測するものとします。化学モデル（つまり、"理論"本物ly）が間違っています。理論は常に正しいです。問題は、その有効性の範囲だけです。
- @Rudi_Birnbaum "理論は常に正しいです。"-私には理論があります。私の理論は、私の理論が正しくないと想定しています。
- アイデアをさまざまな精度で配置するのが好きです。ただし、"良い"の近似についての議論は少しずれています。理論として、DFTは正確です。その実装を不正確にするのは、未知のユニバーサル関数の近似です。また、"シュルöディンガー方程式を解く"とDFTは通常、電子に関連付けられています構造理論。ただし、原子を量子力学的にも扱っている場合を除きます。その場合、位置の期待値しか予測できません。したがって、原子位置のピンポイント記述には近似が必要です（Born-Oppenheimer）。
- @LordStryker：それは'という意味での理論ではありません。認識論。仮説かもしれません。
- @jezzoコメントありがとうございます！私はあなたのポイントを知っていますが、私はすでにあまりにも逸脱しているように感じるので、それらを含めることを少し嫌います。ただし、コメントは、技術的な正確性について他の読者に役立つリマインダーとして残すことができます。ルイス構造式は、2次元の紙の原子の周りの点です。 H-O-Hは平面ですが、孤立電子対を投入するときは、立体的に考える必要があります。酸素はどのように混成され、それぞれが電子を持つ2つの入ってくる水素を受け入れる準備ができていますか？
酸素はsp2pとして混成し、水素との結合の角度は120度、孤立電子対の角度は90度になります。とsp2孤立電子対。またはsp3として、すべての結合の間に109度があります。水中では、104.5度 https://en.wikibooks.org/wiki/Structural_Biochemistry/Water があります。 104.5は90から109の間であるため、孤立電子対の反発（sp3混成に向かう）と、おそらくOH結合の電子からの反発（HOH角度を120度に広げる傾向がある）の間にある程度の調整が必要です。 （sp2）孤立電子対の1つをより完全にp2軌道に押し込みます。
どちらがより強力な力であるかを判断できません。おそらく水分子もできないので、妥協するだけです。 。
コメント
- この理由は逆です。ハイブリダイゼーションは記述のモデルであるため、常に分子構造に従います。詳細については、次を参照してください：水中の孤立電子対は同等ですか？補足として、'酸素はハイブリッド化された'は残念ながら非常に一般的であり、正しくありません。原子を混成することはできません。混成軌道として構築できるのは軌道だけです。これらの孤立電子対の反発も、ここに示されているものよりもはるかに複雑です。
回答
まだ $ \ ce {H2O} $ が理論的に可能な完全な対称性を持たないという事実について考える別の方法は、電子の数が最大値と適切に一致しないことです。可能な対称点群（奇数名 $ D _ {\ infty \ mathrm {h}} $ ）。この意味で、対称性の破れの簡単な例と見なすことができます。 （ただし、単純な1次のJahn-Teller歪みではありません）。
コメント
回答
なぜ孤立した電子対が原子の同じ側に存在しなければならないのかわかりません。
「原子の同じ側に」存在するとは誰も言いません。水のルイス構造を示す写真では、左側のパネルの反対側と右側の同じ側に電子対が示されています。
これら2つの構造は同一です。ルイス構造分子の幾何学については述べていません。
物事の原子価結合ビューでsp3ハイブリダイゼーションに従って孤独なペアが表示される水の3Dモデルを見ると、 「反対側」または「同じ側」のように見えるかどうかに関係なく、分子の方向（細長い形状-バニーの耳-孤立電子対の誇張されています。それらは、ほぼ球形の電子密度になるはずです）。（出典： https://www.biotopics.co.uk/jsmol/watersingle.html ）
分子軌道ビュー（分子軌道が分子の対称性を共有する場合）では、2つの孤立電子対は異なる形状をしています（各パネルは1つの孤立電子対を示し、分子の方向は上の図とは異なります） ）。
これは、molcalc.orgを使用して計算されました。これらの2つの分子軌道は類似したエネルギーであるため、それらを線形結合して、原子価結合の画像に類似した軌道に到達することができます。
では、実際の画像は何ですか？水素結合の形状を見ると、どちらかが他の分子の水素受容体が配置される方向を示しているため、どちらのモデルも実験データと一致しています。
回答
酸素には同様のエネルギーを持つ8つの価電子があり、ギャップがあり、酸素コアに非常に近い2つの電子が続きます。これらの8つの電子は4つのスピンペアを形成し、それらは多かれ少なかれ反発を最小化する方向を指します。これらの方向は、中心（=酸素原子コア）から四面体の頂点を指すため、化学用語では「四面体」と呼ばれます。これで、2つの陽子はそれらの「電子対」のうちの2つに接続され、2つは「単独」になります。したがって、H $ _2 $ Oの曲がった形状が得られます。
（これはVSEPRモデルの単純化されたバージョンの一種です。）
コメント
- この種の単純化されたバージョンのVSEPR残念ながら、水自体のVSEPRの説明と同じくらい間違っています。水は確かに、VSEPRが故障したときの最も人気のある例の1つです。
- @ Martin-マーチン追加：VSEPRアルゴリズムが故障したときと、VSEPRモデルの前提が壊れたときを区別します。不合格。アルゴリズム自体はH2Oで驚くほどうまく機能します。モデルが正しい（つまり、2つの同等のLP +2つの同等のBP + LPはBPよりも強く反発する）と仮定すると、結合角は109.5 、実験に沿って。 アルゴリズムは、必要な仮定を行ったとしても、H2Sでは失敗します。 前提はH2Oで失敗します。しかし、繰り返しになりますが、その前提が真実であるかどうかについては議論の余地があります…
- どの前提について話しているのかわからない。明らかにVSEPRは正常に機能します。洗練されたルールを含めると、sp3LPがsp3結合よりも多くのスペースを必要とする場合に四面体角の圧縮を予測することもできます。その意味でのVSEPRモデルは、巨大な予測力を持っているので、化学の最も重要なモデルの1つです。必要なデータの量と、それによって適切に記述される分子構造の量という意味で。その紙と鉛筆、そして次に優れたものはMOであり、非常に複雑に購入する必要があります。