ファン・アーケル＝ケテラープロット：電気陰性度で見る結合の三態Van Arkel–Ketelaar Triangle: Three Bond Types by Electronegativity

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. F₂(同じ原子どうし)、H₂O(HとO)、NaCl(NaとCl)のうち、共有している電子が片方の原子に最も強く引き寄せられているのはどれだと思いますか。Among F₂ (two identical atoms), H₂O (H and O) and NaCl (Na and Cl), in which do you think the bonding electrons are pulled most strongly toward one atom?💡 電気陰性度は「電子を引きつける強さ」です。2つの原子で、その差が大きいのはどの組でしょうか。Electronegativity is how strongly an atom attracts electrons. Which pair has the biggest difference between its two atoms?
2. Al(同じ原子どうし)とF₂(同じ原子どうし)は、どちらも電気陰性度の差が0です。この2つは同じ種類の結合になると思いますか。Al–Al and F–F both have an electronegativity difference of 0. Do you think they form the same kind of bond?💡 差だけでなく、電気陰性度そのものが大きいか小さいか(金属か非金属か)にも注目しましょう。Look not only at the difference but also at whether the electronegativity itself is large or small (metal or nonmetal).

2動かしてみようTry it

1. 最初の状態(元素A = Na 0.93、元素B = Cl 3.16)で、三角形の上の点の位置と、右の表示「平均χ」「Δχ」「δ」「判定」を読む。下の結合モデルで電子がどちら側にあるかを見る。In the starting state (Atom A = Na 0.93, Atom B = Cl 3.16), read where the point is on the triangle and the readouts "Avg. χ", "Δχ", "δ" and "Bond type". In the bond model below, see which side the electrons are on.
2. 「実在ペアのプリセット」の「F₂」「HCl」「H₂O」「MgO」「CsF」を順に押し、点が三角形の上をどう移動するか、下の原子モデルの電子雲の偏りと δ の値がどう変わるかを記録する。Press the "Real compound presets" buttons "F₂", "HCl", "H₂O", "MgO" and "CsF" in turn. Record how the point moves on the triangle and how the electron-cloud shift and δ change in the atom model below.
3. 「Al」と「F₂」を押して、どちらも Δχ = 0 なのに三角形の底辺のどこに点が来るか、判定と結合モデルの描き方がどう違うかを比べる。Press "Al" and "F₂". Both have Δχ = 0; compare where each point lands on the bottom edge of the triangle and how the bond type and bond model differ.
4. 「元素A」を H 2.20 に固定し、「元素B」スライダーを少しずつ右へ動かして(例: S、Cl、O、F)、画面下の「金属/共有/イオン」の割合バーが連続的に変わる様子を見る。Set "Atom A" to H 2.20 and move the "Atom B" slider step by step to the right (e.g. S, Cl, O, F). Watch the Metallic/Covalent/Ionic bar at the bottom change smoothly.

3確かめようCheck

1. NaCl、H₂O(O–H)、F₂のΔχと判定はそれぞれ何でしたか。What were Δχ and the bond type for NaCl, H₂O (O–H) and F₂?→ NaClはΔχ 2.23で「イオン結合」、H–OはΔχ 1.24で「極性共有結合」、F–FはΔχ 0.00で「(無極性)共有結合」。Δχが大きいほど点は三角形の上の頂点(CsF)に近づく。NaCl: Δχ 2.23, "Ionic bond". H–O: Δχ 1.24, "Polar covalent bond". F–F: Δχ 0.00, "Nonpolar covalent bond". The larger Δχ is, the closer the point gets to the top corner (CsF).
2. HCl、H₂O、MgOで部分電荷 δ はいくらでしたか。原子モデルの電子雲はどう描かれていましたか。What was the partial charge δ for HCl, H₂O and MgO? How was the electron cloud drawn in the atom model?→ HClは δ = 0.48、H₂O(H–O)は 0.62、MgOは上限の 1.00。δ が大きいほど電子雲が電気陰性度の大きい側(Cl や O)へ強く引き寄せられ、MgOでは電子が完全に移って陽イオンと陰イオンとして描かれた。HCl: δ = 0.48, H₂O (H–O): 0.62, MgO: the maximum 1.00. The larger δ is, the more the electron cloud is pulled toward the more electronegative atom (Cl or O); for MgO the electrons are fully transferred and the atoms are drawn as a cation and an anion.
3. AlとF₂はどちらもΔχ = 0でしたが、点の位置と判定はどう違いましたか。Al and F₂ both had Δχ = 0. How did their positions and bond types differ?→ Alは平均χ 1.61で底辺の左寄り(平均χ = 2.0の線より左)にあり「金属結合」(自由電子の海として描かれる)。F₂は平均χ 3.98で底辺の右端にあり「(無極性)共有結合」。差が0でも、電気陰性度が小さい原子どうしは金属結合、大きい原子どうしは共有結合になる。Al has an average χ of 1.61, on the left part of the bottom edge (left of the average χ = 2.0 line), and is "Metallic bond" (drawn as a sea of free electrons). F₂ has an average χ of 3.98, at the right end, and is "Nonpolar covalent bond". Even with zero difference, atoms with low electronegativity form a metallic bond and atoms with high electronegativity form a covalent bond.
4. 三角形の色や「金属/共有/イオン」の割合バーは、境界線(Δχ = 1.7)をまたぐときに急に切り替わりましたか。Did the triangle colors and the Metallic/Covalent/Ionic bar change suddenly when crossing the boundary line (Δχ = 1.7)?→ 急には切り替わらず、色も割合も連続的(グラデーション)に変わった。たとえばH₂Oは共有93%・イオン7%、MgOは共有8%・イオン91%のように、どの結合も複数の性質を少しずつもつ。境界線は目安にすぎない。No. Both the colors and the percentages change smoothly (a gradient). For example, H₂O is 93% covalent and 7% ionic, while MgO is 8% covalent and 91% ionic, so every bond has a mix of character. The boundary lines are only rough guides.

4考えようThink further

1. NaClの点は平均χ 2.04で金属結合の領域の近くにありますが、イオン結合と判定されます。なぜでしょうか。The NaCl point has an average χ of 2.04, close to the metallic region, but it is judged ionic. Why?→ 結合の種類は平均χだけでなくΔχでも決まり、NaClはΔχ = 2.23と大きいので三角形の上の方(イオン結合の領域)に位置するから。Naは電子を放しやすく、Clは強く引きつけるので、電子はほぼ完全にClへ移る。The bond type depends on Δχ as well as the average χ. NaCl has a large Δχ of 2.23, so it sits high in the triangle, in the ionic region. Na gives up its electron easily and Cl pulls strongly, so the electron moves almost completely to Cl.
2. H₂O分子が極性分子になる理由を、このシミュレーションのΔχとδを使って説明しましょう。Use Δχ and δ from this simulation to explain why the H₂O molecule is polar.→ O–HのΔχは1.24で、共有電子対がO側に引き寄せられ、Oがδ−、Hがδ+の極性共有結合になる(シミュレーションでは δ = 0.62)。さらにH₂O分子は折れ線形なので、2つのO–H結合の極性が打ち消し合わず、分子全体として極性をもつ。For O–H, Δχ is 1.24, so the shared pair is pulled toward O, making a polar covalent bond with O as δ− and H as δ+ (δ = 0.62 in the simulation). Because the H₂O molecule is bent, the polarities of the two O–H bonds do not cancel, so the whole molecule is polar.

よくある誤解Common misconceptions

• 「結合はイオン結合・共有結合・金属結合のどれかにきっちり分けられる」という誤解。実際は電気陰性度によって連続的に移り変わり、多くの結合は複数の性質を合わせもつ。"Every bond is exactly ionic, covalent or metallic." In reality bonds change continuously with electronegativity, and many bonds have a mix of character.
• 「電気陰性度の差が0なら必ず共有結合」という誤解。Alのように電気陰性度の小さい原子どうしでは金属結合になる。"If the electronegativity difference is 0, the bond is always covalent." Atoms with low electronegativity, such as Al, form a metallic bond.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)