等核二原子分子やイオンを選ぶと、この分子軌道図ジェネレーターが両側の原子軌道と、その間の結合性・反結合性分子軌道を描き、正しいエネルギー順に電子を詰めます。結合次数と磁性はいつでも正しく算出されます。
結合次数：3
反磁性 - 電子はすべて対になっています
分子軌道法の値打ちは、単純な電子式では答えが出ない場面でこそ発揮されます。以下の4例は上のツールと同じ分子軌道図ジェネレーターで描いたもので、無機化学の授業で繰り返し取り上げられる定番です。
N2はσ2s、縮退したπ2pの一対、σ2pという結合性軌道をすべて満たし、反結合性軌道には電子が入りません。結合次数はちょうど3となり、教科書の窒素三重結合と一致します。電子はすべて対になっているためN2は反磁性です。
ルイス構造式でO2を描くと電子はすべて対になって見えますが、液体酸素は磁石にはっきりと引き寄せられます。分子軌道図がその理由を示します。最後の2個の電子はフントの規則により、エネルギーの等しい2本のπ*2p反結合性軌道にスピンを揃えて1個ずつ入り、不対電子が2個残るため、結合次数2の常磁性分子になります。
ヘリウム原子2個を組み合わせると、結合性σ1s軌道を満たす電子数と同じだけ反結合性σ1s*軌道も満たされます。結合次数はちょうど0となり、分子を作っても正味の安定化がないことを意味します。これが常温常圧でヘリウムがHe2分子ではなく単原子として存在する理由です。
O2に電子を1個ずつ加えると、行き場は反結合性π*2p軌道しかありません。結合次数はO2で2、超酸化物イオンO2⁻で1.5に下がり、両方のπ*軌道が満たされる過酸化物イオンO2²⁻で1まで下がります。酸素-酸素結合はそのたびに測定可能なほど弱く長くなり、3枚を並べると変化の様子がひと目でわかります。
Li2からN2まではs-p混成によりσ2pがπ2pより高くなり、O2とF2ではその混成が弱まりσ2pが再びπ2pより低くなります。このツールは第二周期のすべての分子に一律の順序を当てはめるのではなく、正しい境界で軌道順序を切り替えます。単純な図で最も間違えやすいのがB2やO2のこの部分です。
電子が縮退したπ2pやπ*2pの対に達すると、この分子軌道図ジェネレーターはまず両方の軌道にスピンを揃えて1個ずつ電子を入れ、対を作るのはその後にします。原子のp軌道と同じ規則を分子軌道にも正しく適用しています。
図に組み込まれた計算は結合性・反結合性軌道の最終的な電子数を読み取り、数値としての結合次数と常磁性・反磁性の判定を表示するため、電子を手で数える必要がありません。
電子を1個増減させると最後に電子が入る軌道が変わり、それだけで結合次数が半整数分だけ変化します。このツールは中性分子に加えてN2⁺、O2⁻、O2²⁻もカバーしているため、電離に関する問いにも図で答えられます。
ルイス構造式は原子間の結合の本数と非共有電子対の位置を示しますが、すべての結合を同列に扱い、結合の強さそのものは示しません。分子軌道法は代わりに両原子の原子軌道を組み合わせ、エネルギーの低い結合性軌道と高い反結合性軌道からなる新しい分子軌道の集合を作ります。電子はエネルギーの低い順に、1軌道あたりまず1個、対を作るのはその後、1軌道最大2個までという原子軌道と同じ規則で満たされます。
この枠組みからは電子式にはない2つの数値が得られます。ひとつは結合次数で、（結合性電子数－反結合性電子数）÷2として整数に限らず結合の強さを定量化し、もうひとつは磁性で、不対電子が1個でも残るかどうかから直接決まります。酸素はその代表例です。ルイス構造式では完全に対になって見えますが、分子軌道図は2個の電子が等エネルギーの反結合性軌道に別々に入ることを示し、それが液体酸素が磁石に引き寄せられる理由です。
その代わり適用範囲は限られます。多くの授業と同様、このツールは両原子が同じエネルギーの原子軌道を提供する等核二原子分子を対象とします。異核分子は異なるエネルギーの原子軌道を不均等な重みで混合し、二原子分子より大きな分子は完全な分子対称性の解析を必要とします。全体の立体構造や形式電荷を知りたいときはルイス構造式を、結合次数や磁性が問題の核心であるときは分子軌道図を選んでください。
以下の図はすべて、このツールが画面上で使うのと同じ決定論的な規則から生成されるため、プレビューとダウンロードは常に一致します。
第一周期のH2・He2、第二周期のLi2からF2、そしてN2⁺、O2⁻、O2²⁻といった代表的なイオンまで、確認済みのリストから選びます。
このツールはエネルギー順に電子を配置し、パウリの排他原理とフントの規則を自動的に適用します。縮退したπ軌道の対には、対を作る前にまず1個ずつ電子が入ります。
図の横に（結合性電子数－反結合性電子数）÷2で求めた結合次数と、不対電子の有無による常磁性・反磁性の判定が表示されます。
レポートや発表資料にはベクター形式のSVGを、共有にはPNGを書き出せます。どちらも画面上の図とまったく同じ内容です。
どちらのモデルも同じ分子を扱いますが、答えられる問いが異なります。この表でどちらを使うべきか判断してください。
電子は分子全体に属する
電子は特定の原子や結合に属する
一般化学・無機化学で結合の単元を学ぶ学生や助手からよく寄せられる質問です。
結合と構造の単元をひととおりカバーするために、この分子軌道図ジェネレーターと組み合わせたい授業向けの生成ツールです。
分子の選択欄はページ上部にあります。分子を切り替えて結合次数を比べ、必要なときにいつでもこの分子軌道図ジェネレーターから新しいSVGやPNGを書き出せます。
