物理化学第1章５ Ver. 1.0 福井工業大学工学部環境生命化学科原道寛物理化学：1章原子の内部（メニュー） 1-1. • 光の性質と原子のスペクトル 1-2. • ボーアの水素原子モデル 1-3. • 電子の二重性：波動力学 1-4. • 水素原子の構造 1-5. • 多電子原子の構造 1-6. • 元素の諸性質と電子配置との関わり 1-5. 多電子原子の構造水素原子1s, 2s , 3s・・・軌道 ⇒ 複雑な分子にも適応原子核の電荷が A 内部の電子は核の近くまで引き付けられ軌道の広がりも B なる占有する電子のエネルギーは水素原子(1s) C なる水素原子核占有する電子のエネルギー D 多電子原子核多電子原子は水素とは違い縮退は起こらない。 1-5. 多電子原子の構造水素原子の軌道＝ A 数+異なる B に属する軌道同じエネルギー準位の例 E（2s）＝ E(2p) 縮退 degeneracy 多電子原子 1-5. 多電子原子の構造多電子原子 E（2s） A E(2p) 電子核内部核電子有効核電荷外部電子 B 効果による電気的なD C エネルギーがなる E 1-5. 多電子原子の構造各軌道電子 • 内側にある A (shell)への B 縮退した軌道 C • 差 • 逆転することあり。エネルギーの低い順に： D 1-5. 多電子原子の構造電子⇒原子核のまわりの軌道に分配される様子 A B （electronic structure）（electron configuration）重要な原理・規則① ○パウリの禁制原理（Pauli exclusion principle）１つの原子の中の C ： D 類の量子数が異なる。量子数n,l,mが同じ場合の E ：スピン量子数の異なる F 個。一つの軌道に入る G ：2個、スピンは H き。 1-5. 多電子原子の構造電子⇒原子核のまわりの軌道に分配される様子 A （electronic structure） B （electron configuration）重要な原理・規則② ○フントの規則（Hund’s rule）電子が縮退した軌道に入る時： C １．電子（は２．縮退した軌道になぜならば：安定性より D F に E 方向で入る。電子が占められるまで G 。電子： I J H 平均して互いに ⇒反発がなる⇒ になる。同じ軌道を占める（2つ） K異なる軌道に存在(各1つ) 1-5. 多電子原子の構造基底状態の中性原子の電子配置の決め方 • 1 A 正負のイオン：Zから電子数を加減することで適応可能。 B 2. • 軌道のエネルギーの順序は、 1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6sの順である。 •. 3 C 1-5. 多電子原子の構造電子配置は？水素 H （Z=1） H H A B 1s ヘリウム He He （Z=2）＿＿＿ C He D 1s 軌道図表（orbital diagram） 1s軌道に2個の電子を置くとき：パウリの禁制原理からスピンが反対方向を向く 1-5. 多電子原子の構造電子配置は Li（Z=3）軌道図表（orbital diagram） Li A Be（Z=4） Be C ≒ G ≒ B 1s 2s ＿＿＿ E ＿＿＿ F 1s 2s D H 最外殻に注目した表記法 [ ]内は I （core electron） 1s副殻は完全に閉められており、二個の電子は J （closed shell）を形成しているという。次にエネルギーの低い K に入る。 1-5. 多電子原子の構造電子配置はホウ素B（Z=5） B ＿＿＿ A ＿＿＿ B ＿＿＿＿＿＿＿＿＿ C 2s 2p 1s 炭素C（Z=6） C ＿＿＿ F ＿＿＿ G ＿＿＿＿＿＿＿＿＿ H 2s 2p 1s 窒素N（Z=7） N ＿＿＿ K 1s ≒ E I ≒ J N ≒ O D ＿＿＿ L ＿＿＿＿＿＿ M ＿＿＿ 2s 2p フントの規則から、五番目の電子が入っている2p軌道とは別の2p軌道にスピンがに向くように入る。 1-5. 多電子原子の構造電子配置酸素O（Z=8） O ＿＿＿ A 1s ＿＿＿ B ＿＿＿＿＿＿ C ＿＿＿ 2s 2p フッ素F（Z=9） F ＿＿＿ F 1s ＿＿＿ G ＿＿＿＿＿＿＿＿＿ H 2s 2p Ne（Z=10） Ne ＿＿＿＿＿＿ L K 1s 2s D ≒ E I ≒ J N ≒ O ＿＿＿＿＿＿＿＿＿ M 2p フントの規則から、五番目の電子が入っている2p軌道とは別の2p軌道にスピンが同じ方向に向くように入る。 1-5. 多電子原子の構造第三周期 A sには最大＿＿ Na（Z=11） Ar（Z=18） Ne(Z=10) 1s22s22p6 [Ne] C D E Ne(Z=10) 1s22s22p6 [Ne] F G H I J B pには最大＿＿副殻と副殻を満たす。第四周期 1-5. 多電子原子の構造 K（Z=19） Ca（Z=20） Ar(Z=1８) A Ar(Z=18) D エネルギー 3d > 4s ↓ 4s に入る → 3d へしかし、 Cr(Z=24)は[Ar] Cu(Z=20):[Ar] I J 1s22s22p63s23p6 [Ar] B C 1s22s22p63s23p6 [Ar] E F 3d：縮退した軌道( G ) ＝ H の電子を収めることが可能電子が満たされてくると反発により、 K の順番が変わる。複雑!! 原子の電子配置元素=3d副殻が満たされていく A • Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu 元素=4d副殻が満たされていく B • Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag C 元素=5dと４ｆ副殻が満たされていく • Z=57-71 D • Z=89-103 元素=5f副殻が満たされていく最外殻となる副殻と周期表との関係３-11族の遷移元素と１２ C 族：最外殻は＿＿＿ 1族アルカリ金属と２族アルカリ土類金属：最外殻は＿＿＿ A １３-１８族の典型元素：最外殻は＿＿＿ B