物質の構成と化学結合の問題

分子の形は、中心の原子のまわりにある電子対（共有電子対と非共有電子対）が、互いの反発によってできるだけ離れるように配置されることで決まる。このとき、二重結合や三重結合はまとめて 1 方向とみなす。

• ${\text{CO}}_2$（$\text{O}=\text{C}=\text{O}$）：中心の $\text{C}$ のまわりは二重結合 2 方向だけで、非共有電子対はない。2 方向が最も離れるのは反対向きなので直線形。
• ${\text{H}}_2\text{O}$：中心の $\text{O}$ のまわりに共有電子対 2 組と非共有電子対 2 組の計 4 方向があり、電子対は四面体の頂点方向に向く。原子の並びは折れ線形。
• ${\text{NH}}_3$：中心の $\text{N}$ のまわりに共有電子対 3 組と非共有電子対 1 組があり、三角錐形。
• ${\text{CH}}_4$：中心の $\text{C}$ のまわりに共有電子対 4 組があり、正四面体形。
• $\text{HCN}$（$\text{H}-\text{C}\equiv \text{N}$）：中心の $\text{C}$ のまわりは単結合と三重結合の 2 方向で、直線形。
• ${\text{C}}_2{\text{H}}_2$（$\text{H}-\text{C}\equiv \text{C}-\text{H}$）：各 $\text{C}$ のまわりはそれぞれ単結合と三重結合の 2 方向なので、4 つの原子がすべて一直線上に並び直線形。
• ${\text{H}}_2\text{S}$：$\text{S}$ は $\text{O}$ と同じく価電子 6 個で、中心の $\text{S}$ のまわりに共有電子対 2 組と非共有電子対 2 組があり、${\text{H}}_2\text{O}$ と同様に折れ線形。
• ${\text{CS}}_2$（$\text{S}=\text{C}=\text{S}$）：${\text{CO}}_2$ と同じく中心の $\text{C}$ のまわりは二重結合 2 方向だけで、直線形。

したがって、直線形の分子は ${\text{CO}}_2$, $\text{HCN}$, ${\text{C}}_2{\text{H}}_2$, ${\text{CS}}_2$ の $4$ 種類である。

各分子の電子式から中心原子のまわりの電子対（結合電子対と非共有電子対）の数を数え、電子対反発で形を決める。

• ${\text{CO}}_2$: $\text{O=C=O}$。C のまわりは二重結合 2 本で非共有電子対なし。反発が最小になる 180° の直線形。
• ${\text{H}}_2\text{O}$: O のまわりに結合電子対 2 と非共有電子対 2。折れ線形。
• ${\text{NH}}_3$: N のまわりに結合電子対 3 と非共有電子対 1。三角錐形。
• ${\text{CH}}_4$: C のまわりに結合電子対 4。正四面体形。
• $\text{HCN}$: $\text{H-C≡N}$。C のまわりは単結合 1 本と三重結合 1 本で非共有電子対なし。直線形。
• ${\text{C}}_2{\text{H}}_2$: $\text{H-C≡C-H}$。各 C のまわりは単結合 1 本と三重結合 1 本。直線形。
• ${\text{H}}_2\text{S}$: S のまわりに結合電子対 2 と非共有電子対 2。折れ線形。
• ${\text{CS}}_2$: $\text{S=C=S}$。${\text{CO}}_2$ と同じ構造で直線形。

価電子数の確認: $\text{HCN}$ は $1+4+5=10$ 個。単結合 1 対、三重結合 3 対、N の非共有電子対 1 対で 5 対 = 10 個となり、C・N ともにオクテットを満たす。${\text{CS}}_2$ は $4+6\times 2=16$ 個。二重結合 2 本（4 対）と各 S の非共有電子対 2 対ずつ（4 対）で 8 対 = 16 個となり、オクテットを満たす。

直線形の分子は ${\text{CO}}_2$, $\text{HCN}$, ${\text{C}}_2{\text{H}}_2$, ${\text{CS}}_2$ の 4 種類。