フッ素分子ってF2ですよね?
その通りです
どのような結合になりますか?
単結合を形成します
本記事はフッ素、フッ素化合物の性質、フッ素分子の電子配置と電子軌道をわかりやすくまとめた記事です。フッ素分子の電子配置と電子軌道に関しては、高校化学の電子論による説明と、大学化学の軌道論による説明をしています。
この記事を読んで理解すると、フッ素、フッ素化合物の性質について知ることができます。また、フッ素分子の結合に関する理解が深まります。さらに、フッ素分子がなぜ単結合をつくるのか?という疑問を解消することができます。
フッ素、フッ素化合物の性質
フッ素Fは原子番号9の元素で、原子量は約19です。単体ではフッ素分子F2として存在し、常温常圧では淡黄色の気体です。人体には猛毒ですので、取り扱いには保護具の着用やドラフトなどの設備を整える必要があります。
フッ素の化合物として、フッ化水素酸HFが有名です。フッ素分子同様、人体には猛毒です。皮膚につくと、化学熱傷を引き起こすだけでなく、皮膚から体内に侵入し、体内のカルシウムCaと結合します。これが原因で体内のCa濃度が急激に減少し、低カルシウム血症を引き起こします。重症の場合は痙攣(けいれん)や心不全などの症状につながります。万が一、皮膚に付着した場合の応急処置として、グルコン酸カルシウムを塗布することが効果的のようです。
【外部サイト】
Wikipedia
グルコン酸カルシウムについてはこちら
ものづくりニュース
フッ化水素酸による化学熱傷についてはこちら
フッ化水素酸は非常に危険な薬品ですが、産業界では重宝されています。例えば、太陽電池や半導体の分野では、シリコンウェハーの洗浄やエッチング用に高純度のフッ化水素酸が使用されています。ちなみに日本は高純度のフッ化水素酸の製造技術に長けており、必要とする国々に輸出しています。
フッ化水素酸はガラスを腐食するため、試薬瓶に保存することができません。私も使用経験がありますが、当時はテフロンボトルに保存し、毒物専用金庫に入れて保管していました。
また、一部のフッ素化合物には虫歯を防ぐ効果があるので、歯磨き粉の成分として含まれています。日本では、フッ化ナトリウムNaF、フッ化スズSnF2、モノフルオロリン酸ナトリウムNa2FPO3の三種類のみ配合が承認されているようです。
【外部サイト】
歯とお口のことなら何でもわかるテーマパーク8020
フッ化物配合歯磨剤についてはこちら
フッ素分子の電子状態
電子論による説明
F原子は9個の電子を持っており、K殻に2個、L殻に7個の電子が充填されています。最外殻はL殻で、最外殻電子は7個です。F原子1つに対し、非共有電子対が3組、不対電子が1個あります。
フッ素原子は電子を1つ獲得することでネオン原子Neと同じ閉殻構造、つまり安定な構造をとることができます。外部から電子を1つ獲得したフッ化物イオンF–になりやすく、HFやNaFなどの化合物からもわかるように、一価の陽イオンになりやすい元素と相性が良いです。
F2分子の電子式では、F原子間で2つの電子が共有され、単結合が形成されます。各F原子の周りにはそれぞれ8個の電子が存在し、オクテット則を満たした安定構造を形成していることがわかります。
軌道論による説明
F2分子には18個の電子があり、電子配置はσ1s2, σ*1s2, σ2s2, σ*2s2, σ2px2, π2py2, π2pz2, π*2py2, π*2pz2となります。σはσ結合性、πはπ結合性、1s, 2s, 2px, 2py, 2pzはそれぞれの軌道、肩の数字は軌道に入っている電子数、*の有無はそれぞれ結合性軌道と反結合性軌道を表しています。
結合性軌道と反結合性軌道は打ち消しあうので、2px軌道によるσ結合のみが残ります。つまり、σ性の単結合を形成することがわかります。
本記事のまとめ
ここまで、フッ素、フッ素化合物の性質とフッ素分子の電子状態について書いてきました。以下、本記事のまとめです。
フッ素の性質と電子状態
【フッ素の性質】
フッ素原子F: 原子番号9 原子量19 一価の陰イオンになりやすい
フッ素分子F2: 常温常圧で淡黄色の気体で猛毒
フッ化水素酸HF: ガラスを侵食する猛毒 産業界では重宝
【電子状態】
①電子論
F原子間で2個の電子を共有し、単結合を形成する
②軌道論
電子が結合性の2px軌道による、1個のσ結合を形成する
※2つの理論は違う側面から説明しているだけで、本質は同じです
