化学 IA 担当佐藤しのぶ 3回目(2015.4.23) 前回の授業の重要なキイワード 1) 2) 3) 4) 原子のなりたち同位体周期表の族と周期アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン、希ガスは周期表のどこか本日の内容 4・1 電磁放射と原子スペクトル 4・2 水素原子のボーア理論 4章電子構造と周期表元素の化学的・物理的性質を説明するために「電子構造」を勉強するなぜ？？？原子が違いに反応したとき・・・接触するのは「外側」 ※ 核はとても小さくて、原子の中に深く埋まっているので、互いに近づくことはない。原子の外側・・・電子が存在化学的な類似点・相違点は電子の配列の仕方に依存する電磁放射と原子スペクトル光＝電磁放射 3.00×108 ms-1の速度をもつ波(エネルギー) 振幅、波長、周波数で特徴づける波長振幅図4・1 周波数：波がある1点を通る際の1秒間に通り過ぎるピークの数電磁放射と原子スペクトル波長振幅図4・1 周波数：波がある1点を通る際の1秒間に通り過ぎるピークの数 (波長) × (周波数) = 波の速さ λ・ν = c (4・1) m・s-1 = m s-1 重要 1 Hz (ヘルツ) = 1 s-1 電磁放射と原子スペクトル周波数原子スペクトル光＝波可視光人の目に見える領域赤橙 λ = 400 – 750 nm 紫外光 UV-A 400-320 nm UV-B 320-280 nm UV-C 280-10 nm 黄緑青紫日焼け止めは、 UV-BとUV-Aをカットする仕組み日立ハイテクノロジーズHPより 7 例題 4・1 周波数を波長に変換する問題ハムの放送に使用する電波の周波数は14.2 MHzである。送信機から出されるラジオ波の波長はいくらか。 M(メガ) 106 p15, 表1・2 単位に注意周波数・・・Hz 波長・・・m 光の速さ・・・ 3.00×108 ms-1 例題 4・3 波長を周波数に変換する問題波長 1.25×103 nmの赤外線の周波数はいくらか？ n(ナノ) 10-9 p15, 表1・2 利用する式 λ・ν = c 光の速さ・・・ 3.00×108 ms-1 原子スペクトル連続スペクトル線スペクトル原子発光スペクトル分光おのおのの元素は特有の発光スペクトルをもつバルマーの式 1884年バルマーは水素の可視スペクトルのすべての線の波長の計算ができる式を発見 http://www.geocities.jp/hiroyuki0620785/ryosi/spectrum.htm バルマーの式 1884年バルマーは水素の可視スペクトルのすべての線の波長 (cm)の計算ができる式を発見 𝟏 𝝀 𝟏 𝟐𝟐 = 109678 cm-1( − 𝟏 ) 𝒏𝟐 n=3 のとき、λ=656.5 nm n=4のとき、λ=486.3 nm n=5のとき、λ=432.4 nm n=6のとき、λ=410.3 nm リュードベリーの式バルマーの式を一般化したもの 𝟏 𝝀 𝟏 𝒏𝟏 𝟐 = 109678 cm-1( − 𝟏 ) 𝒏𝟐 𝟐 リュードベリー定数 R∞ 109678 cm-1 1.1 × 10? m-1 この公式は重要!!! 水素のスペクトル線の系列紫外線可視光バルマー系列赤外線例題 4・4 リュードベリーの式を使った水素スペクトル中の線の波長の計算水素のブラケット系列の3番目の線の波長を計算せよ。たとえば、ライマン線のn1=1の4番目の線の波長を計算せよ、という問題が計算できるようになること。 4・2 水素原子のボーア理論原子の中の電子の動きをもとにして、線スペクトルの存在を明らかにしたい！！！重要な概念光は波の性質と粒子の性質を持つマックス・プランク、アルバート・アインシュタイン光はエネルギーのごく小さい束、すなわち量子＝光子からなるかのうようにふるまう E = h・ν 6.63・10-34 J・s h:プランク定数 4・2 水素原子のボーア理論 ○水素の原子スペクトルは説明可能 ×水素以外では正確な計算ができなかった間違った部分があるということ 4・2 水素原子のボーア理論原子は崩壊しない光はただ、特定の周波数で原子から放出される e + E e 仮定原子の中の電子はある特定のエネルギーしか持てない＝電子のエネルギーが量子化されているとびとびのエネルギーしかもっていない電子は特定のエネルギー準位に限定されてい 4・2 水素原子のボーア理論リュードベリーの式をボーア理論で導いてみよう例題 4・5 水素原子内のエネルギー変化の計算水素原子のもっとも低いエネルギー準位にある電子1個を取り去り、H+イオンを作るのに必要なエネルギーを計算せよ。 H→H+ 電子が遠くに飛んでいくということ。核に近いエネルギー準位から無限の準位へ上がったということ。今回のまとめ 1) 2) 3) 4) 光の特性：波と粒子の性質を持つ波長と周波数の変換リュードベリーの式ボーア理論次回の授業ブラディ一般化学(上) 3. 周期表と原子の構造 (P 81～) 予習内容 <4章・原子スペクトル～電子配置> 4.3~4.5あたりまで <九州工業大学竹中研究室>で検索研究グループ＞佐藤しのぶ (Shinobu Sato)で以下のページを確認しておくこと。 http://takenaka.che.kyutech.ac.jp/2015/member/sato.html