Articles

Why any other element except fluorine wouldnt take electron from oxygen?

原子の電荷を計算する簡単な方法が2つあり、手で行うことができます。 酸化数を定義するには、対象となる分子/イオンのルイス構造を描き、結合中の両方の電子をより電気陰性の原子 (通常、電気陰性度のポーリング尺度に基づく) に移動させることで、すべての共有結合を切断します。 この意味で、定義上、酸素が正電荷を持つのは、酸素から電子が直接取り除かれるか、またはフッ素と結合を共有する場合のみである。 しかし、酸素は結合力が弱く、イオン化しにくいため、このような例はほとんどない。 酸素原子の酸化数が正で、$\ce{O-F}$結合を持つ分子の例としては、$\ce{OF2}$(+2)や$\ce{O2F2}$(+1)があります。 正の酸化数を持つ酸素の興味深い例として、ジオキシゲニルカチオン$cece{O2^{+}}$(両原子とも+0.5)がありますが、これは$cece{PtF5}$や$cece{AsF5}$のような高度にフッ素化された物質との反応以外では、生成することが非常に困難です。 また、中性の酸素分子である$\ce{O2}$から電子を引き抜いて、イオン塩$\ce{O2^+^{-}}$や$\ce{O2^+^{-}}$などを生成するほど、電子を欲しがっています。

電荷を計算する2つ目の方法は、形式電荷という概念に基づいています。 形式電荷を求めるには、対象となる分子/イオンのルイス構造を描き、すべての共有結合を真ん中で切断し、電気陰性度に関係なく、結合している各原子に1つの電子を移動させます。 この定義は電気陰性度に依存していないので、推測されるように、酸素が正の形式電荷を呈することの方がはるかに一般的であると言えます。 簡単な例としては、ヒドロニウムカチオン$cece{H3O^+}$、トリメチルオキソニウムなどのトリアルキルオキソニウムカチオン$cece{(CH3)3O^+}$、オゾンの中心酸素原子$cece{O3}$、天然化合物に多く含まれるピリリウム芳香環などがある。

(酸化数と形式電荷の計算方法については、このウィキペディアの記事でより図解されています)

では、これら2つの概念のうち、どちらが正しいのでしょうか? 実際にはどちらとも言えません。 どちらも両極端で、現実はその中間に位置することが多いのです。 どちらも、イオンや分子の総電荷量を記録し、電子がどこに集中しているか、あるいは疎らになっているかについての定性的なアイデアを提供するためのものです。 原子の電荷を正確に測定しようとすると、計算化学の複雑な計算に頼ることになる。 これらの計算は、酸化数や形式電荷で与えられた値のいずれとも一致する必要はなく(ほとんどの場合一致しません)、実際の電荷は任意の実数で表すことができ、整数や単純な分数であることはほとんどありません。

この点を踏まえて、あなたの主張を見てみましょう。 あなたは、フッ素は酸素から電子を受け取り、他のハロゲンはそうではないと言っています。 簡単な例として、 $\ce{OF2}$ と $\ce{Cl2O}$ を挙げてみましょう。 これらの物質は、室温では気体であることから、イオン結合が主体ではなく、他の原子から完全に電子を奪うことはなく、電子を共有していることがわかります。 したがって、酸素原子とハロゲン原子が共有結合して、水素原子の代わりにハロゲン原子を持つ水のような分子になっていると考えれば、これらの物質をうまく説明できる。 酸化数の概念を応用すると、前述のように、$\{OF2}$の酸素原子の酸化数は+2であり、$\{Cl2O}$の酸素の酸化数は-2である。 形式電荷の概念を適用すると、どちらの分子も酸素原子の形式電荷はちょうど0であることがわかります。 どちらの概念も正しいとは言えないので、現実にはその中間の値になると考えられます。 正確な電荷は、コンピュータで計算しないとわかりませんが、少なくとも、酸素原子の電子密度は、$cece{OF2}$の方が$cece{Cl2O}$よりも不足していると言ってもよいでしょう。

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です