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形式電荷・混成軌道計算ツール
概要：分子やイオンを入力すると、すべての原子の形式電荷を FC = V − N − B/2 で求め、非共有電子対、立体数、混成（sp、sp²、sp³、sp³d、sp³d²）、電子対の配置、形状、おおよその結合角を表示します。無料でWebブラウザ上で動作し、ダウンロードは不要です。
SMILES文字列を貼り付けるか、NO3- や SO4^2- のような化学式を入力するか、例を選びます。表には各原子について、価電子、非共有電子と結合電子、計算過程つきの形式電荷、立体数、混成、その原子まわりの形状が表示されます。
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形式電荷を手動で確認
自分で描いたルイス構造式の1つの原子について：元素を選び、結合している原子の数、結合の数（二重結合は2と数える）、非共有電子対の数を数えます。
形式電荷と混成の式
形式電荷 FC = V − N − B/2 V = 価電子数、N = 非結合電子数、B = 結合電子数
立体数 SN =（結合している原子の数）+（非共有電子対の数） 2 → sp、3 → sp²、4 → sp³、5 → sp³d、6 → sp³d²
典型元素では、Vは族番号の一の位です（C = 4、N = 5、O = 6、ハロゲン = 7）。非共有電子対1つは非結合電子2個です。単結合1本で結合電子が2個、二重結合で4個、三重結合で6個加わります。すべての原子の形式電荷を足すと全体の電荷になります。
立体数、混成、形状
| 立体数 | 混成 | 電子対の配置 | 形状（非共有電子対 0、1、2…） | 例 |
|---|---|---|---|---|
| 2 | sp | 直線形 | 直線形（180°） | CO₂、HC≡CH のC |
| 3 | sp² | 平面三角形 | 平面三角形（120°）、折れ線形 | C=O のC、NO₃⁻ のN、O₃ の中心のO |
| 4 | sp³ | 正四面体形 | 正四面体形（109.5°）、三角錐形（≈107°）、折れ線形（≈104.5°） | CH₄、NH₃、H₂O |
| 5 | sp³d | 三方両錐形 | 三方両錐形、シーソー形、T字形、直線形 | PCl₅、SF₄、ClF₃、I₃⁻ |
| 6 | sp³d² | 正八面体形 | 正八面体形、四角錐形、平面四角形 | SF₆、BrF₅、XeF₄ |
π結合の隣の非共有電子対
二重結合（または空のp軌道）の隣にある、非共有電子対をもつ窒素や酸素は、通常その非共有電子対をp軌道に入れて非局在化させます。そのため、単純に数えると4になっても、その原子はsp²で平面になります。例：アミド、アニリン、ピロールのN、エステル、フラン、フェノールのO、カルボキシラートのO⁻。ツールはこれらの原子にアスタリスクをつけて示します。
例題
アンモニウムイオン NH₄⁺
N：V = 5、非共有電子対なし、N–H結合4本（B = 8）。
FC = 5 − 0 − 8/2 = +1。σ結合4本、立体数4。
Nは+1、sp³、正四面体形（109.5°）
オゾン O₃
中心のO：非共有電子対1つ、二重結合1本と単結合1本（B = 6）：6 − 2 − 3 = +1。単結合した末端のO：6 − 6 − 1 = −1。
中心のOは+1、sp²、折れ線形（≈117°）
シアン化物イオン CN⁻
C：非共有電子対1つ、三重結合（B = 6）：4 − 2 − 3 = −1。N：非共有電子対1つ：5 − 2 − 3 = 0。
電荷はCにあり、両原子ともsp
ニトロメタン CH₃NO₂
N：非共有電子対なし、B = 8：5 − 0 − 4 = +1。O⁻：6 − 6 − 1 = −1。Nに2本のN=O結合を書くとNの電子が10個になり、許されません。
Nは+1（sp²）、一方のOは−1、CH₃の炭素はsp³
硫酸イオン SO₄²⁻（JEE / NEET形式）
S=O 2本と S–O⁻ 2本の場合：S = 6 − 0 − 12/2 = 0、各O⁻ = −1。すべて単結合のオクテット形ではS = +2。
Sはsp³、正四面体形。合計−2
アセトアミド CH₃CONH₂
N：非共有電子対1つとσ結合3本なので、単純に数えると4（sp³）です。非共有電子対はC=Oのπ結合の隣にあり、非局在化します。
アミドのNはsp²で平面
よくある間違い
- 結合電子ではなく結合の数を数える。Bではなく B/2（結合の数）を使います。二重結合は B/2 に2を加えます。
- 非共有電子対を忘れる。Nは非結合電子の数なので、非共有電子対1つは2と数えます。
- 二重結合を2つの領域と数える。立体数では、二重結合や三重結合は1つの領域です。
- NやOに8個を超える電子を与える。第2周期の原子はオクテットを拡張できません。ニトロ基は N(=O)=O ではなく N⁺–O⁻ と書きます。
- アミドやアニリンのNをsp³とする。共役している非共有電子対はp軌道にあるので、これらの原子はsp²です。
- 形式電荷と酸化数を混同する。両者は電子の数え方の規則が異なり、通常は異なる値になります。
きれいに描きましょう。無料のMolDrawエディターで構造を開き、非共有電子対、形式電荷、矢印を加えて、ノートやスライド用にPNGやSVGで書き出せます。
MolDrawエディターを開くよくある質問
形式電荷はどうやって計算しますか？
FC = V − N − B/2 を使います。Vは孤立原子の価電子数、Nはその原子上の非結合電子（非共有電子対の電子）の数、Bはその原子のまわりの結合電子の数です。硝酸イオンのNでは FC = 5 − 0 − 8/2 = +1 です。
CO2 の各原子の形式電荷はいくつですか？
O=C=O では3つの原子すべての形式電荷が0です。炭素：4 − 0 − 8/2 = 0。各酸素：6 − 4 − 4/2 = 0。炭素はsp混成で、分子は直線形です。
原子の混成はどうやって求めますか？
立体数（結合している原子の数 + 非共有電子対の数）を数えます。2 = sp、3 = sp²、4 = sp³、5 = sp³d、6 = sp³d² です。二重結合と三重結合は1つと数えます。π結合の隣にある非共有電子対は通常p軌道に入るため、その原子はsp²になります。
アミドの窒素がsp3ではなくsp2なのはなぜですか？
窒素の非共有電子対はC=Oのπ結合の隣にあるため、そこへ非局在化します（共鳴）。重なり合うには非共有電子対がp軌道に入る必要があるので、窒素はsp²で平面になります。アニリン、ピロール、エナミンの窒素も同様です。
形式電荷は酸化数と同じですか？
いいえ。形式電荷は結合電子が均等に共有されると仮定します。酸化数は結合電子がすべて電気陰性度の大きい原子に属すると仮定します。CO2 の炭素は形式電荷0ですが、酸化数は+4です。
ルイス構造式が複数あるとき、どれが最適ですか？
形式電荷ができるだけ0に近く、負の形式電荷が電気陰性度の大きい原子にある構造を選びます。また、C、N、Oのような第2周期の原子に8個を超える電子を置いてはいけません。
形式電荷の合計はイオンの電荷に等しくなりますか？
はい。すべての原子の形式電荷を足すと全体の電荷になります。硫酸イオン SO4 2− では−2、アンモニウムイオン NH4+ では+1になります。
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詳しいガイドを読む：形式電荷と混成の求め方。
最終更新日：