Reddit – askscience – 化学ではイオン結合が最も強いが、生物学では共有結合が最も強いとされている。 これはどうしてでしょうか?

何に対して安定しているかということです。

イオン結合と共有結合は、むしろMO理論でよく説明されています。

この絵を見てください。 軌道を半分ずつ占有した2つの原子が出会うと、軌道は結合(下)軌道と反結合軌道を形成します。 その後、半分だけ占められた軌道の電子は両方とも結合軌道を占めます。

共有結合とイオン結合の違いは、最初の軌道のエネルギー差である。 差が小さいと共有結合(写真左側)、差が大きいと分極結合/イオン結合(写真右側)になります。 ここで興味深いのは、初期エネルギー差が大きくなるほど、低い方の初期軌道と結合軌道のエネルギー差(写真ではΔE共有結合)が小さくなることです。

そこで化学者は結合を切るとき、それぞれの軌道に電子を1個ずつ戻すのです。 共有結合の場合、これは2*ΔE共有結合を意味し、イオン結合の場合はΔE共有結合+(ΔE共有結合+ΔE内部結合)となります。

生物学者が結合を切断するときは、イオン結合と共有結合の両方で2*Delta E covalentという最小のエネルギー差を取るだけです。 そしてイオン結合の場合、デルタEは共有結合の方が小さくなる。

なぜ化学者は最小のエネルギー差を取らないのですか?

上の絵ではわからないことがあるからです。 一つの原子に両方の電子をつけると、二つのイオンができる。 (その2つの電子を分離するために、クーロン引力に打ち勝つための追加エネルギーが必要なのです。

生物学者は、水溶液中で2つの電子が分離したとき、結合が切れたと見なします。 つまり、イオンは水のすべてのイオン安定化効果から利益を得ており、それほど離れてはいないのです。 化学者は、結合が切れた(より正確には結合破壊エンタルピーが定義される)2つの非相互作用の粒子を考えます。 イオンの場合、これは無限に離れていて、他の何とも相互作用していないので、気相であることを意味します。

気相中の基底状態の分子(CsFでも)にとって、このクーロンエネルギーはあまりにも大きすぎます。 ある時点で電子がスナップバックして、2つのラジカルを形成します。

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