物理化学演習

物理化学
福井工業大学工学部
環境生命化学科
原道寛
名列＿＿＿＿氏名＿＿＿＿＿＿＿＿
1
例題1.1
2
例題1.２
HARA2005
3
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
1-1. 光の性質と原子のスペクトル
A
B
HARA2005
5
1-1. 光の性質と原子のスペクトル
量子化されたエネルギー
電子（Ee）
En
E2
A
電子励起状態（S
n）
En  E0  E  h 
C
E
h：プランク定数
振動（Ev）
E1
回転（Er）
E0
hc
D

○量子力学における基本定数。h
＝6．626×10－34J・s。
1900年プランクが放射法則を説明
するために導入。
○c：光速
F 2.9979 x 108 ms-1
G
○λ：波長
B
電子基底状態（S
0）
6
1-1. 光の性質と原子のスペクトル
http://www12.plala.or.jp/ksp/quantum/photoelectric1/
7
http://www.kyokyo-u.ac.jp/koukou/kyoka/assist/6/p_e_effect.htm
1-1. 光の性質と原子のスペクトル
電流 I
B
閾値
Ec  hA c
HARA2005
光子エネルギー/ hν
8
http://www12.plala.or.jp/ksp/quantum/photoelectric1/
1-1. 光の性質と原子のスペクトル
A
B
C
D
HARA2005
E
F
G
9
化学図録：P21
1-1. 光の性質と原子のスペクトル
D
C
B
A
E
バルマー（Balmer）
1 1 
 RH   2  n  3,4,5,6,

4 n 
J
G
n1  1, n2  2,3,4, : 紫外光領域
（ライマン系列
1
一般化
H
n1  2, n2  3,4, : 可視光領域
（バルマー系列 (Balmerseries)）
I
n2  3,4,5,6, : 赤外光領域
（パッシェン（
リドベリー-リッツの式（Rydberg-Ritz
formula）
F
 1
1 
 RH  2  2  n1  1,2,3,4,

HARA2005
 n1 n2 
1
(Lymanseries)）
（ブランケット（
（フント（
Paschen））
Brackett））
Pfund））
（ハンフリース（
Humphreys））
10
フレンドリー物理学：P28
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
1-2. ボーアの水素原子モデル
A
原子スペクトルを説明するために、bohrは1913年にモデルをもとに説明を試みた。
B
C
1. 電子がある決まった軌道上を運動している限り、外に対してエネルギー（光エネル
D
ギー）を放出することはなく、一定のエネルギー状態（定常状態）を持続する。
E
2. 軌道を回る電子の角運動量は不連続な一群の値のみとることが許されている。
3. 電子が一つの定常状態から他の定常状態に移るとき（遷移）、光が放出されたり吸
F
収されたりする。
12
1-2. ボーアの水素原子モデル
電子がある決まった軌道上を運動
⇒外に対してエネルギー（光エネルギー）
A
B
を放出することはない。
＝一定のエネルギー状態（定常状態）を持続。
C
軌道を回る電子の角運動量は不連続な一群の値
のみとることが許されている。
電子が一つの定常状態から他の定常状態に移ると
き（遷移）、光が放出されたり吸収されたりする。
HARA2005
13
電子がある決まった軌道上を運動している限り、外
に対してエネルギー（光エネルギー）を放出するこ
とはなく、一定のエネルギー状態（定常状態）を持
続する。
1-2. ボーアの水素原子モデル
A
軌道を回る電子の角運動量
＝不連続な一群の値のみとる
電子が一つの定常状態から他の定常状態に移る
とき（遷移）、光が放出されたり吸収されたりする。
B
C
n：整数
D 量子数
(quantum
number)
14
軌道を回る電子の角運動量は不連続な一群の値
のみとることが許されている。
1-2. ボーアの水素原子モデル
A
電子が一つの定常状態から他の定常状態に移ると
B
き（遷移）、光が放出されたり吸収されたりする。
E
C
D
F
HARA2005
15
1-2. ボーアの水素原子モデル
A
B
me v
r
2
e2
4r 2
C
16
1-2. ボーアの水素原子モデル
A
B
1
e
2
E  C me v  D
2
4r
4
me e  1 
 E 2 2  2 
8 h  n 
2
HARA2005
17
1-2. ボーアの水素
原子モデル
C
E  E2  E1
 h 
hc

me e  1
1 
 2 2

2 2 
8 0 h  n1 n2 
4
D
me e  1
1
1 
 2 2

2 3 
 8E 0 h c  n1 n2 
4
A
B
18
1-2. ボーアの水素原子モデル
• ボーアモデルの概念の欠点
A
C
B
D
量子条件の問題
E
• 電子のエネルギー準位はとびとびしか存在しない＝根拠がない
軌道内での速さの問題
F
• 原子核の周りを回る電子が一定の速度で運動すること
≠ハイゼンベルグの不確定性原理
G
19
化学図録P20
小テスト５
名列番号＿＿氏名＿＿＿＿＿＿
採点者：＿＿＿
HARA2005
20
「基底状態」と「励起状態」を入れて文
章を100文字内で説明せよ。
(1文字1 pt)
HARA2005
21
例題1.1
A
X
X
22
例題1.２
A
HARA2005
23

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