2015.5.8 実践応用化学第一問題（桑田）１．つぎの核反応式を完結させよ． (1) 147N + 10n → 12 6C (3) 146C → + (2) 105B + 42He → 13 7N + + e– + ν（ニュートリノ）２．原子軌道に関するつぎの問に答えよ． (1) 主量子数 n = 4 の原子軌道についてとり得る方位量子数 l を全て示し，それぞれについて原子軌道の記号を示せ（例：「l = 0，1s 軌道」）． (2) f 軌道には最大でいくつの電子が収容されるか． (3) 主量子数 5 の原子軌道には最高でいくつの電子が収容されるか．３．希ガスの閉殻構造を使う方法と，使わない方法の両方を用いて，つぎの原子またはイオンの電子配置を示せ．ただし，d ブロック元素のカチオンでは，原子軌道のエネルギーは 3d < 4s と再逆転することに注意せよ． (1) Cl– (2) V3+ (3) Fe2+ ４．水素の 1s 軌道のエネルギーと等しいのは，次の(a)–(d)のどれか．理由とともに答えよ．（ヒント：軌道のエネルギー０の基準は束縛されていない自由電子） (a) 水素の第一イオン化エネルギー (b) –(水素の第一イオン化エネルギー） (c) 水素の電子親和力 (d) –(水素の電子親和力）５．リチウムとベリリウムの 2p 軌道のエネルギーはどちらが大きいと考えられるか．理由とともに答えよ． E 2p ６．次の原子またはイオンの電子配置を右図（B の電子配 2s 置）にならって示せ． (1) N (2) S (3) Ti2+ （裏へ） 1s ７．教科書付録４ページを参考にして，96Cm の原子価殻の電子配置を，問題６と同様に示せ．また，パウリの排他原理，構成原理，フントの規則に反している箇所があれば指摘し，これらの規則に反した電子配置となる理由を説明せよ．８．V，Cr，Mn の第二イオン化エネルギーはそれぞれ，1414，1592，1509 kJ/mol である．つぎの問に答えよ． (1) V の第二イオン化エネルギーが Cr より小さい理由を説明せよ． (2) Cr の第二イオン化エネルギーが Mn より大きい理由を説明せよ．９．有効核電荷を計算する近似則である Slater の規則を用いて，以下の問いに答えよ． Slater の規則有効核電荷 Zeff の値は，原子番号 Z から，つぎの規則によって見積もられる遮蔽定数の総和 S を差し引いた値となる．すなわち Zeff = Z – S まず，軌道を次のようなグループに分ける [1s]，[2s, 2p]，[3s, 3p]，[3d]，[4s, 4p]，[4d]，[4f]，[5s, 5p]，[5d]，[5f]，… ①全てのグループについて，それより右側のグループの電子は遮蔽に寄与しない． ②[ns, np]の電子に対する遮蔽定数同じグループの電子：0.35（ただし 1s は 0.30） n – 1 のグループの電子：0.85 n – 2 のグループの電子：1.00 ③[nd]，[nf]の電子に対する遮蔽定数同じグループの電子：0.35 左側の全てのグループの電子：1.00 例えば F 原子の 2p 電子が受ける有効核電荷 Zeff はつぎのようにして求められる． F 原子の電子配置は(1s)2(2s)2(2p)5 2p 電子の主量子数 n は２．n – 1 のグループの 1s 電子が 0.85 × 2，同じグループの 2s 電子（２個），2p 電子（自分自身を除く４個）が 0.35 × 6 の遮蔽をするので，Zeff = Z – S = 9 – 0.85 × 2 – 0.35 × 6 = 5.2 (1) Na 原子の電子配置を示せ． (2) Na 原子の(a) 2p 電子，(b) 3s 電子が受ける有効核電荷を求めよ． (3) Na 原子の 2p，3s 電子のどちらが原子核に近い位置に分布していると考えられるか．(2)の(a)，(b)の値に基づいて考察せよ． (4) 原子から電子を１つ取り除いてカチオンにするのに必要なエネルギー（第一イオン化エネルギー）は，リチウムに比べてフッ素の方が大きい．Slater の規則によって考察に必要な有効核電荷を求め，理由を説明せよ．