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共有結合とは?例を挙げて特徴やイオン結合・配位結合との違いを解説!

約 6 分

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共有結合とは


「さまざまな結合」でまとめたように、共有結合「非金属元素と非金属元素の間に形成される結合」だ。

この結合は、2つの原子が「電子を共有」し合うことによって成り立っている。

塩化水素(HCl)を例に説明していこう。

まず、H、Clともに非金属であることに注目。
両方非金属元素だから確かに共有結合をしているはずだね。

HとClそれぞれを電子式で表すと、次のようになる。


(このあとの説明がわかりやすいように、水素原子の電子はオレンジで、塩素原子の電子は緑で書いた。)

この2つは以下のように結合する。

こうやって、お互いの余っている不対電子(2個ペアになってない電子)を共有してつながっているんだね。
不対電子を「人の手」だとすると、片手で握手をしているようなイメージだ。

ちなみに、

赤で囲んでいる「2つの原子で共有してない電子対」を非共有電子対、青で囲んでいる「2つの原子で共有している電子対」を共有電子対ということも覚えておこう。

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共有結合の例

共有結合を使って結合している分子を幾つか紹介しよう。

CO2

まずは二酸化炭素(CO2)。

二酸化炭素は、1つの炭素原子(C)と2つの酸素原子(O)が結合して作られている。

先ほど例として挙げたHClは、HとClが1コずつ電子を出し合うことで共有結合を作っていたけれど、二酸化炭素の場合は、Oは(それぞれ)2コ、Cは4コの不対電子をもつので、OとCは「2コずつ電子を出し合って」共有結合を形成する。

このような説明をすると、決まってこういう質問をする人がいる。

「まあ確かに先生の言ってることは分かるんだけど、なんでこういう結合にはならないの?↓」

CとOが1コずつ不対電子を出して、結合を作る形だ。

これについては、「原子の安定性」を使って説明できる。

原子は、(基本的に)「希ガスと同じ電子配置(=価電子8コ!)になったときに最も安定となる」んだ。

従って、(不安定より安定の方がいいので)原子はできるだけ希ガスと同じ電子配置であろうとする。

2つを比べると、上はC・Oともに希ガス(ネオンNe)と同じ電子配置になっているのに対し、下はどちらとも希ガスの電子配置になっていないよね。
よって、実際に存在するのは上の方ということになる。

おすすめ記事
イオン結合の仕組みや組成式の書き方について完全解説!「イオン結合」

N2

次に、窒素分子(N2)の共有結合について見ていこう。

窒素原子は不対電子が3コ存在する。

従って、それらを3コずつ出し合って次のように結合する。

この場合も、どちらのN原子も希ガスと同じ「価電子8」の電子配置になっているね。

価標

次のように、共有電子対を「価標」という線を用いて表すことがある。

価標は「共有電子対の数と同じ本数」書くということに注意しよう。

実際に書くときは、非共有電子対を丸ぽちで書くよりこのような線で書くことの方が多いので、しっかり覚えておこう。

共有結合と配位結合

共有結合の一種に「配位結合」というものがある。
この結合に関しては「配位結合」のページにまとめたのでそちらを見てみてほしい。

共有結合とイオン結合

共有結合とイオン結合では、結合の仕組みが異なる。イオン結合についてイオン結合で学んで比較してみてね!

演習問題

問1
共有結合は「非金属元素+非金属元素」「非金属元素+金属元素」「金属元素+金属元素」のどれか。
問1:解答・解説
解答:非金属元素+非金属元素

共有結合は非金属元素と非金属元素が互いの電子を共有しあうことによって形成される結合である。

問2
共有結合を形成している2つの原子が電子を共有することで形成される電子対をなんと言うか。
問2:解答・解説
解答:共有電子対

共有結合を形成している2つの原子が電子を共有することで形成される電子対を共有電子対という。

問3
問2の電子対と異なり、2つの原子で電子を共有してない電子対のことをなんと言うか。
問3:解答・解説
解答:非共有電子対

電子対に使われている電子が2つとも1つの原子由来である場合その電子対は非共有電子対と呼ばれる。

問4
二酸化炭素が次のように結合しないのはなぜか。
問4:解答・解説
解答:以下参照

原子は希ガスと同じ電子配置になったときに最も安定になるため、出来る限り全ての原子が希ガスの電子配置になるように結合を作る。

上の方はCもOも価電子が8個で希ガスの電子配置になっている。それに対して(問題にある)下の方はCもOも希ガスの電子配置になっていない。

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