物質の構成と化学結合の問題

手順 1：各原子の価電子の数を求める

• $\mathrm{H}$（原子番号 $1$）：K 殻に $1$ 個 → 価電子 $1$ 個
• $\mathrm{C}$（原子番号 $6$）：K 殻 $2$ 個、L 殻 $4$ 個 → 価電子 $4$ 個
• $\mathrm{N}$（原子番号 $7$）：K 殻 $2$ 個、L 殻 $5$ 個 → 価電子 $5$ 個

よって不対電子の数は、$\mathrm{H}$ が $1$ 個、$\mathrm{C}$ が $4$ 個、$\mathrm{N}$ が $3$ 個（ほかに非共有電子対が $1$ 組）である。

手順 2：不対電子どうしで電子対をつくる

$\mathrm{H}$ の不対電子 $1$ 個と $\mathrm{C}$ の不対電子 $1$ 個で、共有電子対を $1$ 組つくる（$\mathrm{H}-\mathrm{C}$ の単結合）。

$\mathrm{C}$ に残った不対電子 $3$ 個と $\mathrm{N}$ の不対電子 $3$ 個で、共有電子対を $3$ 組つくる（$\mathrm{C}\equiv \mathrm{N}$ の三重結合）。

手順 3：電子配置を確かめる

• $\mathrm{H}$：共有電子対 $1$ 組で電子 $2$ 個 → $\mathrm{He}$ と同じ
• $\mathrm{C}$：共有電子対 $1+3=4$ 組で電子 $8$ 個 → $\mathrm{Ne}$ と同じ
• $\mathrm{N}$：共有電子対 $3$ 組と非共有電子対 $1$ 組で電子 $8$ 個 → $\mathrm{Ne}$ と同じ

すべての原子が貴ガスと同じ電子配置になっているので、この電子式で正しい。

手順 4：共有電子対を数える

$$1+3=4$$
よって、共有電子対の数は $4$ 組である。

価電子の総数は $1+4+5=10$ 個。H は共有電子対 $1$ 個（He 型）、C は最外殻 $8$ 個にするため共有電子対 $4$ 組、N は共有電子対 $3$ 組と非共有電子対 $1$ 組で $8$ 個。C は H と単結合（$1$ 対）、N と三重結合（$3$ 対）で合計 $4$ 対となる。電子式は H:C⋮⋮N: の形で、共有電子対は $1+3=4$ 組。検算：共有電子 $8$ 個＋N の非共有電子対 $2$ 個＝$10$ 個で価電子の総数と一致し、各原子が所定の電子配置を満たす。