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| 名前 | |
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| IUPAC名
三重項酸素
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| 体系的なIUPAC名
ジオキシダンジイル[1] （置換） 二酸素（2•）（三重項）[1] （付加的） | |
| 識別子 | |
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3Dモデル（JSmol）
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| チェビ |
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| ケムスパイダー |
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| EC番号 |
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| 492 | |
| ケッグ |
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| メッシュ | 酸素 |
パブケム CID
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| RTECS番号 |
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| ユニ |
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| 国連番号 | 1072 |
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| プロパティ | |
| オー2 | |
| モル質量 | 31.998 グラムモル−1 |
| 外観 | 無色のガス |
| 融点 | −218.2 °C; −360.7 °F; 55.0 K |
| 沸点 | −183.2 °C; −297.7 °F; 90.0 K |
| 構造 | |
| リニア | |
| 0 日 | |
| 熱化学 | |
標準モル
エントロピー ( S ⦵ 298 ) |
205.152 JK −1モル−1 |
標準生成エンタルピー (Δ f H ⦵ 298 ) |
0 kJ モル−1 |
| 薬理学 | |
| V03AN01 ( WHO ) | |
| 危険 | |
| GHSラベル: | |
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| 危険 | |
| H270 | |
| P220、P244、P370+P376、P403 | |
| NFPA 704 (ファイアダイヤモンド) | |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
インフォボックス参照
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三重項酸素3 O 2は、分子状酸素（二酸素）のS = 1 電子基底状態を指します。三重項酸素分子には 2 つの不対電子が含まれているため、三重項酸素は安定でよく見られるジラジカルの珍しい例となっています。[2]一重項よりも三重項の方が安定しています。分子軌道理論によると、三重項酸素の電子配置では、2 つの電子が 2 つの π分子軌道（MO）（つまり、縮退 MO ）を同じエネルギーで占めています。フントの規則に従って、それらは不対でスピン平行のままであり、これが分子状酸素の常磁性の原因です。これらの半分満たされた軌道は反結合性であり、分子全体の結合次数を、これらの反結合軌道が完全に空のままである場合（二窒素の場合など）の最大値 3 から 2 に減らします。三重項酸素の分子用語記号は3 Σです。−
グラム[3 ]
スピン
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縮退軌道にある2つの電子のs = 1 ⁄ 2スピンは、合計で2 × 2 = 4の独立したスピン状態を生じます。交換相互作用 により、これらは一重項状態（総スピンS = 0）と3つの縮退三重項状態（S = 1） のセットに分割されます。フントの規則と一致して、三重項状態はエネルギー的に有利であり、総電子スピンS = 1の分子の基底状態に対応します。S = 0状態 に励起すると、はるかに反応性の高い準安定一重項酸素になります。[4] [5]
ルイス構造
基底状態の分子はスピン磁気モーメントがゼロではないため、酸素は常磁性であり、磁石の極に引き付けられます。したがって、すべての電子が対になっているルイス構造O=O は、分子状酸素の結合の性質を正確には表していません。ただし、代わりの構造 •O–O• も不適切です。単結合の性質を意味しているのに対し、実験的に決定された結合長121 pm [6]は、過酸化水素(HO–OH)の単結合長 147.5 pm [7]よりもはるかに短いからです。これは、三重項酸素の結合次数が高いことを示しています。観測された常磁性と短い結合長を同時に正しく説明するには、分子軌道理論を使用する必要があります。分子軌道理論の枠組みでは、三重項二酸素の酸素-酸素結合は、1つの完全なσ結合と2つのπ半結合として記述され、各半結合は2中心3電子（2c-3e）結合で構成され、正味の結合次数は2（1+2× 1/2）、またスピン状態（S = 1）も考慮に入れています。三重項二酸素の場合、各2c-3e結合はπ u結合軌道の2つの電子とπ g反結合軌道の1つの電子で構成され、正味の結合次数の寄与は1/2 .
ルイス構造を構築するための通常のルールは、2c-3e結合を含む三重項二酸素や一酸化窒素などの分子に対応するために修正する必要があります。この点についてはコンセンサスがありません。ポーリングは、 3電子結合を表すために3つの密集した共線点を使用することを提案しました（図を参照）。[8]
液体状態での観察
二酸素の常磁性を観察する一般的な実験方法は、それを冷却して液相にすることです。互いに近接した強力な磁石の極の間に注ぐと、液体酸素は浮遊します。または、磁石が液体酸素を注ぐときにその流れを引っ張ることもできます。これらの観察結果は、全電子スピンの正味磁気モーメントによって説明できます。
反応
酸素分子は、その特殊な電子配置により、一重項状態にあることが多い他の多くの分子と直接反応することができません。しかし、三重項酸素は、二重項状態の分子と容易に反応して、新しいラジカルを形成します。
スピン量子数の保存には、三重項酸素と閉殻（一重項状態の分子）の反応において三重項遷移状態が必要となる。必要となる余分なエネルギーは、白リンなどの最も反応性の高い基質を除き、常温での直接反応を防ぐのに十分である。より高温または適切な触媒の存在下では、反応はより容易に進行する。例えば、ほとんどの可燃性物質は、外部の炎や火花がなくても空気中で燃焼する 自己発火温度を特徴とする。
参考文献
- ^ ab 「三重項二酸素（CHEBI:27140）」。生物学的に興味のある化学物質（ChEBI）。英国：欧州バイオインフォマティクス研究所。
- ^ Borden, Weston Thatcher; Hoffmann, Roald; Stuyver, Thijs; Chen, Bo (2017). 「二酸素：この三重項ジラジカルを運動学的に持続させるものは何ですか？」 アメリカ化学会誌。139 (26): 9010–9018。doi : 10.1021/ jacs.7b04232。PMID 28613073。
- ^ Atkins, Peter; De Paula, Julio; Friedman, Ronald (2009) Quanta, Matter, and Change: A Molecular Approach to Physical Chemistry, pp. 341–342, Oxford: Oxford University Press, ISBN 0199206066、[1]を参照。2015年8月11日にアクセス。
- ^ Wulfsberg, Gary (2000).無機化学. サウサリート、カリフォルニア: University Science Press. p. 879. ISBN 9781891389016。
- ^ マサチューセッツ工科大学 (2014). 「酸素の状態」(PDF) .無機化学原理I.
- ^ Housecroft, Catherine E.; Sharpe, Alan G. (2005).無機化学（第2版）. Pearson Prentice-Hall. p. 438. ISBN 978-0130-39913-7。
- ^ ハウスクロフトとシャープ p.443
- ^ Maksic, ZB; Orville-Thomas, WJ (1999). Pauling の遺産: 化学結合の現代的モデリング. アムステルダム: Elsevier. p. 455. ISBN 978-0444825087。
さらに読む
- IUPAC、化学用語集、第 2 版 (「ゴールドブック」) (1997)。オンライン修正版: (2006–)「一重項分子酸素 (一重項分子二酸素)」。doi :10.1351/goldbook.S05695
外部ソース
- http://meta-synthesis.com/webbook/16_diradical/diradical.html [より良い情報源が必要]