共有結合とは、原子同士が1組以上の電子対を共有する化学結合です。化学の初歩では、これは通常非金属原子どうしの間で起こり、、、、 などの身近な分子を説明するのに役立ちます。
1つだけ覚えるなら、これを覚えてください。共有結合は、電子をある原子から別の原子へ完全に移すことではなく、電子を共有することです。
共有結合ができる理由
原子が結合するのは、結合した状態のほうが、同じ原子が離れて存在する状態よりもエネルギーが低いことが多いからです。初学者向けの多くの例では、電子を共有することで各原子の最外殻がより満たされた状態になります。
多くの典型元素では、これはオクテット則で説明されます。この規則は便利ですが、法則というより傾向です。水素はよくある例外で、通常は 個ではなく 個の電子で安定します。
電子を共有するとはどういうことか
共有結合では、電子は両方の原子核から引きつけられています。この共有された引力が、原子同士を結びつけています。
共有のされ方は、必ずしも等しいとは限りません。片方の原子が共有電子をより強く引きつける場合でも、その結合は共有結合ですが、無極性共有結合ではなく極性共有結合になります。
例題： はどうやってできるか
2個の水素原子は をつくることができます。各水素原子は最初に電子を1個もち、第1殻に 個の電子があると最も安定です。
2つの原子が1組の電子を共有すると、それぞれの水素原子はその共有電子対を自分の最外殻の電子として数えることができます。これによって、各原子は必要な安定な2電子配置を得ます。
これはよく次のように表されます。
最後の構造にある2つの点は、1組の共有電子対を表しています。これは1本の単結合に相当します。
これは最も単純な共有結合の例です。なぜなら、水素はオクテットを必要としないからです。必要なのは2電子配置だけなので、1組の共有電子対で十分です。
単結合・二重結合・三重結合
単結合は1組の共有電子対をもちます。二重結合は2組の共有電子対をもちます。三重結合は3組の共有電子対をもちます。
同じ2種類の原子を、似た分子どうしで比べるなら、共有電子対が多いほど結合は一般に短く強くなります。ただし、この比較は注意して行う必要があります。結合の強さは、どの原子が関わっているかにも依存するからです。
共有結合でよくある間違い
共有することと等しく共有することを混同する
すべての共有結合で電子が等しく共有されるわけではありません。等しい共有は無極性の場合に近いです。不均等な共有では部分電荷が生じ、結合に極性が現れます。
オクテット則を万能だと考える
オクテット則は多くの分子に対して有用な初学者向けモデルですが、すべてに当てはまるわけではありません。水素は2電子則に従い、単純なオクテットの図式に当てはまらなくても安定な分子をつくる原子もあります。
共有結合とイオン結合を混同する
イオン結合では、電子は反対符号のイオンができるほど十分に移動します。共有結合では、基本となる考え方は原子間で電子密度が共有されることです。
共有結合が使われるところ
共有結合は、水、酸素、二酸化炭素、糖、タンパク質、プラスチック、DNA など、多くの身近な物質の基本的なつながりです。特に有機化学では重要で、炭素は多くの元素と共有結合をつくり、安定な鎖や環を組み立てることができます。
分子の形、極性、反応性を予測したいなら、共有結合の理解はたいてい最初の一歩になります。
似た例をやってみよう
や で自分でも試してみましょう。まず1つ質問します。各原子は、より安定な最外殻になるために電子を何個必要とするでしょうか。次に、何組の電子対を共有すればよいか数えてみてください。さらに進みたいなら、次はルイス構造を学ぶのがおすすめです。共有結合をずっと視覚的に理解しやすくなります。