分子軌道図の描き方：5ステップガイド

分子軌道図は才能ではなく手順で描ける

分子軌道図は一見恐ろしげです——ギリシャ文字、エネルギーの梯子、矢印だらけ。しかしどの図も同じ5ステップで構成されます。試験の採点は二者択一。電子が正しい準位にいるか、いないか。手順を一度覚えれば、H2 も O2 も、その間のすべての二原子分子も自ずと描けます。

このガイドは5ステップを最初から最後まで進み、2つの定番例に適用します。

始める前に用意するもの

• 分子の価電子数（H は1、C は4、N は5、O は6を寄与）
• 結合次数の公式：（結合性電子 − 反結合性電子）/ 2
• 鉛筆——電子はステップ間で動くので、準位は最初薄く描きます

ステップ 1：価電子を数える

両原子の価電子を足します。H₂ は2、N₂ は10、O₂ は12、F₂ は14、He₂ は4。合計を一番上に書いてください——後に描くすべての矢印がちょうどこの数にならなければなりません。

ステップ 2：原子軌道のはしごを描く

左右に、各原子の価原子軌道を短い横線で描きます——第2周期の二原子分子なら、各側に 2s が1本と 2p の組（3本、ふつう1つの準位として描く）。両側はまったく同じ高さにします。

ステップ 3：中央に分子軌道を書く

2つのはしごの間に、原子軌道の各ペアについて結合性準位と反結合性準位を1本ずつ描き、反結合性には星（*）を付けます。順序が重要：O₂ と F₂ では σ2p が π2p の下、B₂～N₂ では順序が入れ替わり π2p が σ2p の下になります。この入れ替わりは MO 図で最もよく問われる細目です。

ステップ 4：下から準位を満たす

電子を小さな矢印として、最も低い準位から加えます（構成原理）。縮退した組では、ペアにする前に各準位へ1個ずつ置きます（フントの規則）。ペアは上向き1本と下向き1本で描きます（パウリの原理）。O₂ では、2つの π*2p 準位が最終的に各1本の上向き矢印を持ちます——この2つの不対電子こそ「なぜ酸素は常磁性か」の答えです。

完成した2つの図と照合してください：

ステップ 5：結合次数を計算し磁性を予測する

結合性電子と反結合性電子を数え、公式を当てはめます。H₂：(2−0)/2 = 1。O₂：(8−4)/2 = 2。結合次数ゼロ——He₂ の (2−2)/2 = 0——は分子が存在しないことを意味します。不対電子が1つでもあれば常磁性、なければ反磁性です。

よくあるミス

1. N2 の準位順序の誤り——B2・C2・N2 では π2p が σ2p の下。O2 から元に戻ります。
2. 電子数のゆらぎ——仕上げ前に矢印の総数をステップ1の合計と数え直す。
3. 縮退準位で早すぎるペア形成——まず単電子を2つの π 準位に分散させる。
4. 公式で反結合性電子を忘れる——結合次数には両方の数が必要。
5. σ と σ の混同*——星つきが反結合性。位置は高く、結合から差し引かれる。
6. 図を描いて終わりにする——試験は結合次数か磁性を問うことが多い。

早見表

印刷可能なチェックリスト

提出前にこのリストを確認します：

• 価電子の合計を数えて一番上に書いた
• 両側の原子軌道のはしごが完全に同じ
• 各原子軌道のペアに結合性と反結合性の両方の準位がある
• 分子に合った準位順序（O2 より前での π2p と σ2p の入れ替わり）
• 電子は低い順に、単電子は分散してから、ペアは逆スピンで充填
• 矢印の総数がステップ1の合計と一致
• 結合次数を公式で計算して明記した
• 不対電子から磁性を予測した

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参考文献

• OpenStax Chemistry 2e, 8.4 Molecular Orbital Theory
• LibreTexts Chemistry