化学概論　第5回 GO⇒4１⇒GO を押してください 33 / 80

先週のまとめ 水素原子の電子の波動関数は、3つの量子数（主量子数n、方位量子数l 、磁気量子数m ）の組み合わせで形状が決まる。 波動関数（電子の軌道）の形状は s軌道　n=1, 2, 3, ... p軌道　n= 2, 3, ... d軌道　n= 3, ...

水素原子の原子軌道について 正しい記述は？ 電子のエネルギーは量子数の組合せで決まる 電子のエネルギーは主量子数で決まる 電子の軌道は主量子数で決まる 電子の軌道は磁気量子数で決まる

水素原子の電子軌道について 正しい記述は？ s軌道はｘ、ｙ、ｚ軸に沿った亜鈴状 p軌道は球状 s軌道は球状 d軌道は球状 どれも正しくない

多電子原子の電子配置 複数の電子が存在する系（原子、分子）ではシュレディンガーの波動方程式を厳密には解くことができない。 電子は原子核からのほかに、別の電子からも力を受けるが、電子の位置は不確定性原理から特定できないため、電子間のポテンシャルエネルギーを厳密に表すことができない 　　　　　　　⇒　工夫して1電子系に近似して考える

遮蔽効果と有効核電荷 ー近似方法ー 最初の電子を水素型原子軌道の1s軌道におく ↓ 原子核によるポテンシャルが変化する 遮蔽効果と有効核電荷　ー近似方法ー 最初の電子を水素型原子軌道の1s軌道におく ↓ 原子核によるポテンシャルが変化する 次の電子が受ける「見かけの」核電荷を「有効核電荷Zeff」という Zeff=Z-s s：遮蔽定数 　　その電子が原子核の近くにある確率が高い→sが小さい 　　その電子が原子核から遠い→sが大きい 核に近い他の電子によって核の電荷が一部遮蔽され、有効核電荷の分だけが電子に作用する +Ze -e 電子の受ける力は減少 +Ze -e 電子の受ける力 1電子では核の電荷は直接電子に作用する

主量子数 n が同じでも原子核に近い軌道はsが小さい ↓ ポテンシャルエネルギーは低い（負に大きい） s軌道＜p軌道＜d軌道＜f軌道、、、 主量子数 n の軌道での n2 重の縮退が解ける　 エネルギー準位の逆転 9　3s,3p,3d －－－－－－－－－　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 4　2s,2p －－－－ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1　1s － 水素原子型 一般の原子 原子軌道のエネルギー準位の変化 －－－－－ 3d 5 － 4s 1 －－－ 3p 3 － 3s 1 －－－ 2p 3 － 2s 1 － 1s 1 高エネルギー 縮退している 軌道の数 縮退している 軌道の数

10 30 3dより4s、4p軌道の エネルギーが低い テキスト　p.66

原子の電子配置 軌道のエネルギーはおおよそ 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s≒3d < 4p < 5s≒4d < 5p < 6s < 4f≒5d < 6p... 原子の電子配置 ・基底状態（電子のエネルギーが最小）が基本 ・構築原理に従って電子が各軌道（電子状態）にはいる 　①エネルギーの小さい軌道から占有される 　②特定の量子数の組み合わせはただ1個（Pauliの排他律） 　③縮退している軌道（lが同じ）に複数の電子が入る場合、異なる磁気量子数の軌道に入り、電子間の反発を小さくする。その時、スピン量子数は等しい状態となる（Huntの法則） 　①、②より各軌道には最大2個の電子が入る 　→　　主量子数 n の軌道には最大 2n2 個の電子が入り得る

中性原子の電子配置 その１ 主量子数n=1-2 Z 1s 2s 2p 電子配置 高校では 1 H ↑ 1s1 K1 1個の電子を電子スピンの向きを示す矢印で表す

中性原子の電子配置 その１ 主量子数n=1-2 Z 1s 2s 2p 電子配置 高校では 1 H ↑ 1s1 K1 2 He ↑↓ 1s2 1個の電子を電子スピンの向きを示す矢印で表す

中性原子の電子配置 その１ 主量子数n=1-2 Z 1s 2s 2p 電子配置 高校では 1 H ↑ 1s1 K1 2 He ↑↓ 1s2 閉殻構造 1個の電子を電子スピンの向きを示す矢印で表す

中性原子の電子配置 その１ 主量子数n=1-2 Z 1s 2s 2p 電子配置 高校では 1 H ↑ 1s1 K1 2 He ↑↓ 1s2 3 Li 1s22s1 K2L1 閉殻構造 1個の電子を電子スピンの向きを示す矢印で表す

中性原子の電子配置 その１ 主量子数n=1-2 Z 1s 2s 2p 電子配置 高校では 1 H ↑ 1s1 K1 2 He ↑↓ 1s2 3 Li 1s22s1 K2L1 不対電子 閉殻構造 1個の電子を電子スピンの向きを示す矢印で表す

中性原子の電子配置 その１ 主量子数n=1-2 Z 1s 2s 2p 電子配置 高校では 1 H ↑ 1s1 K1 2 He ↑↓ 1s2 3 Li 1s22s1 K2L1 4 Be 1s22s2 K2L2 不対電子 閉殻構造 1個の電子を電子スピンの向きを示す矢印で表す

中性原子の電子配置 その１ 主量子数n=1-2 Z 1s 2s 2p 電子配置 高校では 1 H ↑ 1s1 K1 2 He ↑↓ 1s2 3 Li 1s22s1 K2L1 4 Be 1s22s2 K2L2 5 B 1s22s22p1 K2L3 不対電子 閉殻構造 1個の電子を電子スピンの向きを示す矢印で表す

中性原子の電子配置 その１ 主量子数n=1-2 Z 1s 2s 2p 電子配置 高校では 1 H ↑ 1s1 K1 2 He ↑↓ 1s2 3 Li 1s22s1 K2L1 4 Be 1s22s2 K2L2 5 B 1s22s22p1 K2L3 6 C 1s22s22p2 K2L4 不対電子 閉殻構造 1個の電子を電子スピンの向きを示す矢印で表す

中性原子の電子配置 その１ 主量子数n=1-2 Z 1s 2s 2p 電子配置 高校では 1 H ↑ 1s1 K1 2 He ↑↓ 1s2 3 Li 1s22s1 K2L1 4 Be 1s22s2 K2L2 5 B 1s22s22p1 K2L3 6 C 1s22s22p2 K2L4 不対電子 閉殻構造 Huntの法則 1個の電子を電子スピンの向きを示す矢印で表す

中性原子の電子配置 その１ 主量子数n=1-2 Z 1s 2s 2p 電子配置 高校では 1 H ↑ 1s1 K1 2 He ↑↓ 1s2 3 Li 1s22s1 K2L1 4 Be 1s22s2 K2L2 5 B 1s22s22p1 K2L3 6 C 1s22s22p2 K2L4 7 N 1s22s22p3 K2L5 不対電子 閉殻構造 Huntの法則 1個の電子を電子スピンの向きを示す矢印で表す

中性原子の電子配置 その１ 主量子数n=1-2 Z 1s 2s 2p 電子配置 高校では 1 H ↑ 1s1 K1 2 He ↑↓ 1s2 3 Li 1s22s1 K2L1 4 Be 1s22s2 K2L2 5 B 1s22s22p1 K2L3 6 C 1s22s22p2 K2L4 7 N 1s22s22p3 K2L5 不対電子 閉殻構造 Huntの法則 1個の電子を電子スピンの向きを示す矢印で表す

中性原子の電子配置 その１ 主量子数n=1-2 Z 1s 2s 2p 電子配置 高校では 1 H ↑ 1s1 K1 2 He ↑↓ 1s2 3 Li 1s22s1 K2L1 4 Be 1s22s2 K2L2 5 B 1s22s22p1 K2L3 6 C 1s22s22p2 K2L4 7 N 1s22s22p3 K2L5 8 O 1s22s22p4 K2L6 不対電子 閉殻構造 Huntの法則 1個の電子を電子スピンの向きを示す矢印で表す

中性原子の電子配置 その１ 主量子数n=1-2 Z 1s 2s 2p 電子配置 高校では 1 H ↑ 1s1 K1 2 He ↑↓ 1s2 3 Li 1s22s1 K2L1 4 Be 1s22s2 K2L2 5 B 1s22s22p1 K2L3 6 C 1s22s22p2 K2L4 7 N 1s22s22p3 K2L5 8 O 1s22s22p4 K2L6 9 F 1s22s22p5 K2L7 不対電子 閉殻構造 Huntの法則 1個の電子を電子スピンの向きを示す矢印で表す

中性原子の電子配置 その１ 主量子数n=1-2 Z 1s 2s 2p 電子配置 高校では 1 H ↑ 1s1 K1 2 He ↑↓ 1s2 3 Li 1s22s1 K2L1 4 Be 1s22s2 K2L2 5 B 1s22s22p1 K2L3 6 C 1s22s22p2 K2L4 7 N 1s22s22p3 K2L5 8 O 1s22s22p4 K2L6 9 F 1s22s22p5 K2L7 10 Ne 1s22s22p6 K2L8 不対電子 閉殻構造 Huntの法則 閉殻構造 1個の電子を電子スピンの向きを示す矢印で表す

中性原子の電子配置 その2 主量子数n=3-4 準閉殻構造 Ne 1s22s22p6 ⇒ [Ne]と表すと （3dは空） 11Na : [Ne]3s1、12Mg : [Ne]3s2、13Al : [Ne]3s23p1、 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・、18Ar : [Ne]3s23p6 Ar [Ne]3s23p6 ⇒　[Ar]と表すと 19K : [Ar]4s1、20Ca : [Ar]4s2、21Sc: [Ar]3d14s2、 ここから3d 軌道に入る 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s≒3d < 4p < 5s≒4d < 5p < 6s < 4f≒5d < 6p... 第1遷移元素（金属 ）　　（3dには10個までの電子が入る） 　　21Sc、22Ti、23V、24Cr、25Mn、26Fe、27Co、28Ni、29Cu　 　　 特に　24Cr : [Ar]3d54s1　( [Ar]3d44s2ではない） 　　　　　　　　 また　29Cu : [Ar]3d104s1　( [Ar]3d94s2ではない） 30Zn　: [Ar]3d104s2　～　36Kr　: [Ar]3d104s24p6 準閉殻構造 （4d,4fは空）

中性原子の電子配置 その3 主量子数n=5 Kr [Ar]3d104s24p6 ⇒ [Kr]と表すと 37Rb : [Kr]5s1、38Sr : [Kr]5s2、39Y: [Kr]4d15s2、 ここから4d 軌道に入る 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s≒3d < 4p < 5s≒4d < 5p < 6s < 4f≒5d < 6p... 第2遷移元素（金属）　　（4dに10個までの電子が入る） 　　39Y　～　47Ag　 特に　42Mo : [Kr]4d55s1　( [Kr]4d45s2ではない） また　47Ag : [Kr]4d105s1　( [Kr]4d95s2ではない） 50Cd　: [Kr]4d105s2　～　54Xe　: [Kr]4d105s25p6 準閉殻構造 （4f,5d,5f,5gは空）

中性原子の電子配置 その4 主量子数n=6 ここから4ｆ 軌道に入る 55Cs : [Xe]6s1、56Ba : [Xe]6s2、57La: [Xe]5d16s2、58Ce: [Xe]4f26s2 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s≒3d < 4p < 5s≒4d < 5p < 6s < 4f≒5d < 6p... ランタノイド元素　57La　～　71Lu　（4fと一部は5dに入る） 72Hf : [Xe]4f145d26s2、 第３遷移元素（金属）　57La　～　79Au　（主に5dに入る） 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（57La　～　71Luは4fと5d） 80Hg　: [Xe]4f145d106s2　～　86Rn　: [Kr]4f145d106s26p6 準閉殻構造

中性原子の電子配置 その5 主量子数n=7 イオンの電子配置 87Fr : [Rn]7s1、88Ra : [Rn]7s2、89Ac: [Rn]6d17s2、 アクチノイド元素　89Ac　～　103Lr　（5fと一部は6dに入る） 92Ｕ（ウラン、アクチノイド元素）以降の元素（超ウラン元素）は、すべて人工的に作られた。2010年現在で、原子番号118までの元素は発見の報告がある（らしい）。 イオンの電子配置 中性原子の電子配置から、最外殻（エネルギーが最大）軌道の電子を　　　　　取り去る　→　陽イオン 　　　　　　　　　付け加える　→　陰イオン 例 12Mg : 1s22s22p63s2　→　12Mg2+ : 1s22s22p6 16S : 1s22s22p63s23p4　→　16S2- : 1s22s22p63s23p6

周期表 その１ 元素を原子番号で並べる ⇒ 性質の似た元素が周期的に並ぶ ↓ ↑ Z ⇒ 電子配置が周期的に変化する 周期表　その１ 元素を原子番号で並べる　⇒　性質の似た元素が周期的に並ぶ 　　　　　　　↓　　　　　　　　　　　　　　　　　　↑ 　　　　　　　Z　⇒　電子配置が周期的に変化する 周期表の横の並び：周期　１～７周期 　　　　　　　　　　　（最外殻電子軌道の主量子数に一致） 　　　　　　縦の並び：族　１～１８族（ランタノイド、アクチノイド 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　は別表） 同族元素　：　性質が似ている　⇔　最外殻の電子配置が似ている １族　：　アルカリ金属（水素以外）　最外殻の電子配置がs1 　　　　　Li、Na、K、Rb、Cs、Fr 　　　　　s電子を一個失って、安定な閉殻構造の陽イオンとなる 　　　　　周期が下になるほどｓ軌道のエネルギーが高く、わずかの 　　　　　エネルギーで電子が失われるので、陽イオンになりやすい

周期表 その2 ２族 ： アルカリ土類金属（Be、Mgはこの名称では呼ばれない） 最外殻の電子配置がs2 Ca、Sr、Ba、Ra 周期表　その2 ２族　：　アルカリ土類金属（Be、Mgはこの名称では呼ばれない） 　　　　　最外殻の電子配置がs2 　　　　　Ca、Sr、Ba、Ra 　　　　　s電子を2個失って、閉殻構造の２価の陽イオンとなる 16族　：　カルコゲン　 　　　　　O、S、Se、Te、Po 17族　：　ハロゲン　　最外殻の電子配置がs2p5 　　　　　F、Cl、Br、I、At 　　　　　空のp軌道に電子を１個取り込み、閉殻構造の１価の 　　　　　陰イオンになりやすい 　　　　　周期の上に行くほど、p軌道のエネルギーは下がるので、 　　　　　電子１個を加えて、放出するエネルギーは大きく、より安定 　　　　　になるため、より陰イオンになりやすい（反応性が高い）

周期表 その3 18族 ： 希ガス 最外殻の電子配置がs2p6 （Heはs2) He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn 周期表　その3 18族　：　希ガス　最外殻の電子配置がs2p6 （Heはs2) 　　　　　He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn 　　　　　閉殻構造（希ガス配置）で、元素同士、他元素とは極めて 　　　　　反応しにくい キセノンではいくつかの化合物が知られている 　　　　　XeF2、XeF4、XeF6 (フッ化キセノン） 　　　　　XeO3　etc　（酸化物）

周期表 その4 遷移元素 ： 原子番号の増加とともに主にd軌道へ電子が入り、 最外殻の電子配置がs2またはs1である。同族元素（縦の 周期表　その4 遷移元素　：　原子番号の増加とともに主にd軌道へ電子が入り、 　　　　　最外殻の電子配置がs2またはs1である。同族元素（縦の 　　　　　並び）だけでなく、隣り合った元素同士が良く似た性質を 　　　　　示す。 ランタノイド アクチノイド　：　原子番号の増加とともに主にf軌道へ電子が入り、 　　　　　最外殻の電子配置がs2またはs1である。遷移元素のなか 　　　　　でもさらに隣り合った（ランタノイド、アクチノイドの中で） 　　　　　性質が良く似ている。通常は周期表の外に別に並べられ 　　　　　ている。 　　　　　f軌道は最外殻電子より内側なので、原子番号の増加に 　　　　　伴う原子核電荷の増加により、電子がより原子核に引き 　　　　　付けられて、原子の大きさが小さくなっていく（ランタノイド 　　　　　収縮）

４．化学結合 原子の性質の指標：イオン化エネルギー、電子親和力 イオン結合 共有結合、分子軌道法 混成軌道、分子構造 電気陰性度と分子の分極

もう一度出席確認 レスポンスカードを用意 GO⇒4１⇒GO

今日の講義はどうでしたか 興味がわかなかった 少し興味が持てた 興味を持って聞けた