物理化学

物理化学 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）

1-5.　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 A B C 多電子原子水素原子占有する電子のエネルギー核核＞ D 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＝主量子数+異なる副殻に属する軌道 A B 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）　<E(2p) A 核電子内部外部核電子電子遮蔽効果 B 有効核電荷 C 核電荷による電気的な引力エネルギーが低くなる D E

1-5.　多電子原子の構造 A DOWN B C UP エネルギーの低い順に：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、4d、4f 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電子構造（electronic structure）電子配置（electron configuration） A B 重要な原理・規則① ○パウリの禁制原理（Pauli exclusion principle）１つの原子の中の電子：四種類の量子数が異なる。量子数n,l,mが同じ場合の電子：スピン量子数の異なる　2　個。一つの軌道に入る電子：2個、スピンは逆向き。 C D F E G H

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電子構造（electronic structure）電子配置（electron configuration） A B 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：　１．電子（スピン）は各軌道に同じ方向で入る。　２．縮退した軌道に１つずつ電子が占められるまで続く。なぜならば：安定性より電子：平均して互いに離れる⇒反発が小さくなる⇒安定になる。同じ軌道を占める（2つ）　<　異なる軌道に存在(各1つ) C D E G F I J H K

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 A B C

1-5.　多電子原子の構造 電子配置は？水素 H （Z=1）ヘリウム He （Z=2） B A H　　＿＿＿ H1s1 1s C D He　　＿＿＿ He1s2 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） Be（Z=4）軌道図表（orbital diagram） B D A C ＿＿＿ Li　　＿＿＿ 1s22s1≒[He]2s1 1s 2s G F H 1s22s2 ≒[He]2s2 E ＿＿＿ Be　　＿＿＿最外殻に注目した表記法 [ ]内は芯電子（core electron） 1s 2s I 1s副殻は完全に閉められており、二個の電子は閉殻（closed shell）を形成しているという。次にエネルギーの低い2s軌道に入る。 J K

1-5.　多電子原子の構造 電子配置はホウ素B（Z=5）炭素C（Z=6）窒素N（Z=7） D 1s22s22p1≒[He]2s22p1 E ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ B　　＿＿＿ C B A 1s 2s 2p I 1s22s22p2≒[He]2s22p2 J ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ C　　＿＿＿ H G F 1s 2s 2p 1s22s22p3≒[He]2s22p3 N O ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ M L N　　＿＿＿ K 1s 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　にスピンが同じ方向に向くように入る。

1-5.　多電子原子の構造 電子配置酸素O（Z=8）フッ素F（Z=9） Ne（Z=10） D 1s22s22p4≒[He]2s22p4 E C ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ O　　＿＿＿ A B 1s 2s 2p 1s22s22p5≒[He]2s22p5 I J H F G ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ F　　＿＿＿ 1s 2s 2p 1s22s22p6≒[He]2s22p6 N O ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ Ne　　＿＿＿ M L K 1s 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軌道にスピンが同じ方向に向くように入る。

1-5.　多電子原子の構造 sには最大2個 pには最大6個 A B 第三周期 C D E F G H 3s　副殻と　3p　副殻を満たす。 I J

1-5.　多電子原子の構造 第四周期 A B C D E F エネルギー 3d>4s ↓ 4s　に入る　→　3d　へ 3d：縮退した軌道(5つ)＝10個の電子を収めることが可能 G H 電子が満たされてくると反発により、エネルギーの順番が変わる。複雑!! しかし、 Cr(Z=24)は[Ar]3d54s1 Cu(Z=20):[Ar]3d104s1 I K J

原子の電子配置 A B C D

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族：最外殻はd軌道 C 1族アルカリ金属と２族アルカリ土類金属：最外殻はs軌道１３-１８族の典型元素：最外殻はp軌道 A B

物理 化学

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