π分子軌道・とは？中学生にもわかる基礎解説共起語・同意語・対義語も併せて解説！

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高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

π分子軌道・とは？中学生にもわかる基礎解説

このページでは π分子軌道 について、基礎から丁寧に解説します。化学では電子の居場所を表す道具として軌道を使います。軌道には主に σ結合 と π結合 があり、それらが分子の結合を作ります。

はじめに

原子には原子核を中心に電子が回る空間があり、それを表すのが軌道です。軌道には化学結合を作る役割があり、s軌道 や p軌道 などいろいろあります。分子が安定するためには、これらの軌道が別々の原子から一つにまとまっていくイメージを持つと理解しやすいです。

π分子軌道の基本

分子では p軌道 の側方重なりによって π結合 が生まれます。π分子軌道 とは、この側方重なりで作られる電子の分布のことを指します。 π結合は結合軸の両側の電子雲が重なることででき、ノード面 と呼ばれる境界線が現れます。

σ結合とπ結合の違い

σ結合 は原子核を結ぶ軸方向に軌道が重なるため、結合が強く安定です。一方で π結合 は軸と直角の方向で重なるため、同じ単位の結合でもエネルギーが少し低くなることがあります。二重結合では σ結合 と π結合 が一緒になって結合を作ります。

分子の例

有名な例は エチレン の二重結合です。C2H4 の二重結合はまず σ結合 が作られ、次に π結合 が側方重なりで補完します。これにより分子は平面状の構造をとります。その他にも共役系と呼ばれる長い π 軌道の連続がある分子では π分子軌道の状態が物性にも影響します。

波動関数と描き方

π分子軌道は波動関数という数学的な形で表されます。学校で学ぶ LCAO のアイデアでは、原子の p軌道 を組み合わせて分子全体の軌道を近似します。慣れると、ノード の位置がどこにあるかを想像するだけで、電子の動きをなんとなく把握できます。

なぜ重要か

π分子軌道を理解すると、二重結合の性質や反応性の予測がしやすくなります。反応が起きるとき、どの分子がどのように結合を壊したり作ったりするのかが、π軌道の性質に影響します。

表での比較

<th>特徴

σ結合	π結合
重なる場所	主軸方向	横方向
電子雲の形	軸方向に密度が高い	平面に広がる
結合の強さの傾向	通常強い	状況により弱い
結合次数の例	単結合	二重結合の一部