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Chemical Bonding

1916
  • Gilbert N. Lewis
  • Linus Pauling
物理化学における化学結合を説明する実験室の場面。

(画像はイメージです)

A chemical bond is a lasting attraction between atoms, ions, or molecules that enables the formation of chemical compounds. Bonds result from the electrostatic force of attraction between oppositely charged ions (ionic bonds) or through the sharing of electrons (covalent bonds). The strength and type of bonds dictate the structure and properties of a substance.

化学結合の概念は、個々の原子がどのように結合して、私たちが観察する膨大な種類の物質を形成するかを説明するものです。ギルバート・N・ルイスが1916年に提唱した共有結合は、原子が電子対を共有して安定した電子配置(「オクテット則」)を達成するというものであり、画期的な一歩でした。ルイス構造式で視覚化されたこのシンプルでありながら強力なアイデアは、非イオン性化合物の結合の最初の明確な図を提供しました。一方、イオン結合は、電気陰性度の低い原子(通常は金属)から電気陰性度の高い原子(非金属)へ1つ以上の電子が完全に移動することによって形成され、静電引力によって結合した荷電イオンが生成されます。

量子力学の応用によって、私たちの理解は大きく深まりました。1930年代に提唱されたライナス・ポーリングの原子価結合理論は、共有結合を原子軌道の重なり合いの結果として説明しました。この理論は、観測された分子構造と結合特性を説明するために、混成(sp、sp2、sp3など)と共鳴の概念を導入しました。より強力な代替アプローチとして、分子軌道(MO)理論があります。これは、電子が原子軌道の組み合わせから形成される分子軌道に分子全体に非局在化していると考えるものです。MO理論は、共役系、磁性、励起状態の特性を説明するために不可欠です。これらの主要なタイプ以外にも、非局在化電子の「海」によって特徴付けられる金属結合や、水素結合などのより弱い分子間力があります。 ファンデルワールス これらの力は、液体、固体、そしてDNAのような生体高分子の特性にとって極めて重要である。

UNESCO Nomenclature: 2209
物理化学

タイプ

抽象システム

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

  • 原子論(ジョン・ドルトン)
  • 電子の発見(J.J.トムソン)
  • 原子核モデルの発展(アーネスト・ラザフォード)
  • 「親和性」と「価数」の初期の概念

アプリケーション

  • 材料科学および工学(例:合金、ポリマーの製造)
  • 医薬品設計と薬理学
  • 新規化合物の合成
  • 生物学的プロセス(例:タンパク質の折り畳み)の理解
  • 接着剤および複合材料の開発
  • 分子構造の予測(VSEPR理論)

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

  • ‘programmable’ molecules that change shape and function in response to light or heat by altering their bonding
  • self-healing materials with reversible covalent bonds that reform after fracture
  • two-dimensional materials beyond graphene with unique bonding configurations for advanced electronics
  • bio-integrated electronics using conductive polymers with biocompatible bonding properties
  • ‘mechanophores’ that change color or fluoresce when a specific chemical bond is broken by mechanical stress
  • artificial enzymes with active sites designed to form and break specific covalent bonds with high precision
  • adhesives that can be switched ‘on’ and ‘off’ using an electrical field to modulate ionic bonding
  • quantum materials where electron sharing in covalent bonds leads to exotic states like 超伝導
  • energy storage systems based on forming and breaking 高エネルギー chemical bonds in ‘solar fuels’
  • computational platforms for designing novel compounds by predicting bonding from first principles
関連キーワード:化学結合、共有結合、イオン結合、金属結合、ギルバート・N・ルイス、ライナス・ポーリング、電気陰性度、価電子、分子軌道理論、分子間力。

歴史的背景

Chemical Bonding

1912
1915
1915-11
1916
1918
1919-05-29
1920
1911-04-08
1913
1915
1916
1917
1918
1920
1920

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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