立方体原子

立方原子は、非極性原子または分子の立方体の8つの角に電子が配置されているという初期の原子モデルでした。この理論は1902年にギルバート・N・ルイスによって開発され、1916年に論文「原子と分子」で発表され、原子価現象を説明するために使用されました。^{[1]ルイスの理論は}アベッグの法則 に基づいていました。これは1919年にアーヴィング・ラングミュアによって立方八重項原子としてさらに発展しました。^{[2]下の図は、}周期表の2行目の元素の構造表現を示しています。

原子の立方体モデルはすぐに放棄され、代わりにシュレーディンガー方程式に基づく量子力学モデルが採用されたため、現在では主に歴史的な関心の対象となっているが、化学結合の理解に向けた重要な一歩となった。1916 年のルイスの論文では、共有結合における電子対の概念、オクテット則、現在ルイス構造と呼ばれているものも紹介された。

単共有結合は、以下の構造Cのように、2 つの原子が 1 つの辺を共有するときに形成されます。これにより、2 つの電子が共有されます。イオン結合は、辺を共有せずに 1 つの立方体から別の立方体へ電子が移動することによって形成されます (構造A )。1 つの角だけが共有される中間状態 (構造B ) も、ルイスによって提唱されました。

二重結合は、2 つの立方原子が面を共有することによって形成されます。これにより、4 つの電子が共有されます。

立方体原子モデルでは三重結合を説明できません。2 つの立方体が 3 つの平行な辺を共有する方法はないからです。ルイスは、原子結合の電子対には特別な引力があり、その結果、下の図のような四面体構造になると考えました (電子の新しい位置は、太い辺の中央にある点線の円で表されます)。これにより、角を共有することで単結合、辺を共有することで二重結合、面を共有することで三重結合を形成できます。また、単結合の周りの自由回転とメタンの四面体形状も説明できます。

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