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原子価殻電子対反発（VSEPR）の理論を使用して、結合原子間の角度を予測します。立体数-中央の原子に結合している他の原子と孤立電子のペアの合計-が分子のジオメトリを決定します。孤立電子対は原子の外側（原子価）シェルに存在し、他の原子と共有されません。
TL; DR（長すぎる;読まなかった）
VSEPRを使用して結合角を計算することはできませんが、立体数に基づいてこれらの角度を決定するのに役立ちます。水素のみが立体数1を持ち、H2分子は線形の形状をしています。
混成軌道
電子は、一度に電子を見つける可能性が最も高い場所によって決定される特徴的な形状で原子を周回します。電子はすべて負の電荷を持っているため互いに反発します。そのため、軌道は各電子に隣接する電子から可能な最大距離を与えます。価電子が別の原子と共有結合を形成すると、ハイブリダイゼーションと呼ばれるプロセスで軌道が変化します。 VSEPRは、ハイブリッド化された軌道に基づいて結合角を予測しますが、特定の金属化合物、気体の塩、酸化物については正確ではありません。
Spハイブリダイゼーション
最も単純なハイブリッド軌道はspであり、立体数2に対応します。原子に孤立電子対がない場合、結合角は線形または180度です。例は二酸化炭素です。逆に、窒素分子には1つの孤立電子対があります。これにより、線形になりますが、軌道はハイブリダイズせず、したがって結合角はありません。
Sp2ハイブリダイゼーション
3の立体数は、sp2軌道の形成につながります。結合角は、孤立電子対の数に依存します。たとえば、三塩化ホウ素には孤立電子対がなく、平面形状が三角形で、結合角が120度です。三酸素分子O3は1つの孤立電子対を持ち、118度の結合角で曲がった形状を形成します。一方、O2には2つの孤立電子対と線形形状があります。
Sp3ハイブリダイゼーション
立体数が4の原子は、sp3混成軌道内に0〜3個の孤立電子対を持つことができます。孤立電子対を持たないメタンは、109.5度の結合角を持つ四面体を形成します。アンモニアには1つの孤立したペアがあり、107.5度の結合角と三角錐形を形成します。 2つの孤立電子対を持つ水は、104.5度の結合角を持つ曲がった形状をしています。フッ素分子には、3つの孤立電子対と線形幾何学があります。
より高い立体番号
より高い立体数は、より複雑な形状と異なる結合角につながります。 VSEPRに加えて、分子力場や量子理論などの複雑な理論も結合角を予測します。