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学年   名列    名前 物理化学 第1章5 Ver. 2.0 福井工業大学 原 道寛 HARA2005.

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1 学年   名列    名前 物理化学 第1章5 Ver. 2.0 福井工業大学 原 道寛 HARA2005

2 物理化学:1章原子の内部 (メニュー) 光の性質と原子のスペクトル ボーアの水素原子モデル 電子の二重性:波動力学 水素原子の構造
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

3 水素原子1s, 2s , 3s・・・軌道 ⇒ 複雑な分子にも適応
 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       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      なる 占有する電子のエネルギーは 水素原子(1s)    なる A B C 多電子原子 水素原子 占有する電子の エネルギー D 多電子原子は水素とは違い縮退は起こらない。

4 1-5-02. 多電子原子の構造 縮退degeneracy 水素原子の軌道= 数+異なる に属する軌道 同じエネルギー準位の例
 多電子原子の構造 水素原子の軌道=      数+異なる   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

5 1-5-03. 多電子原子の構造 多電子原子 E(2s) E(2p) 核 電子 内部 外部 核 電子 電子 効果 有効核電荷 による
 多電子原子の構造 多電子原子 E(2s)    E(2p)  A 電子 内部 外部 電子 電子    効果 B 有効核電荷      による 電気的な    C エネルギーが       なる D E

6 1-5-04. 多電子原子の構造 DOWN UP エネルギーの低い順に: 各軌道電子 内側にある (shell)への 縮退した軌道 差
 多電子原子の構造 各軌道電子 内側にある    (shell)への    縮退した軌道         差 逆転することあり。 A DOWN B C UP エネルギーの低い順に: D

7 1-5-05. 多電子原子の構造 ○パウリの禁制原理(Pauli exclusion principle)
 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       (electronic structure)        (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    :    類の量子数が異なる。 量子数n,l,mが同じ場合の    :スピン量子数の異なる   個。 一つの軌道に入る    :2個、スピンは    き。 C D E F G H

8 1-5-06. 多電子原子の構造 ○フントの規則(Hund’s rule) (electronic structure)
 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        (electronic structure)        (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(      は      に    方向で入る。  2.縮退した軌道に       電子が占められるまで   。 なぜならば:安定性より 電子: 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) 異なる軌道に存在(各1つ) C D E F G H I J K

9 1-5-07. 多電子原子の構造 正負のイオン:Zから電子数を加減することで適応可能。
 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 正負のイオン:Zから電子数を加減することで適応可能。 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 . A B C

10 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
 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) A B H        H     1s He  ___ 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

11 二個の電子は (closed shell)を形成しているという。
 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) Li         C D     ≒      A B 1s 2s G F Be  ___ E ___     ≒      H 最外殻に注目した表記法 [ ]内は     (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    (closed shell)を形成しているという。 次にエネルギーの低い     に入る。 J K

12 1-5-10. 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) ≒ ≒
 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       ≒        E B  ___ ___ ___ ___ ___ A B C 1s 2s 2p       ≒        I J C  ___ ___ ___ ___ ___ F G H 1s 2s 2p       ≒        N O N  ___ K ___ L ___ M ___ ___ 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       に向くように入る。

13 1-5-11. 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 E O ___ ___
 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 E O  ___ ___ C ___ ___ ___ A B 1s 2s 2p I       ≒       J F F  ___ ___ G H ___ ___ ___ 1s 2s 2p N       ≒       O Ne  ___ K ___ L ___ M ___ ___ 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。

14 1-5-12. 多電子原子の構造 sには最大__ pには最大__ 第三周期 Na(Z=11) Ne(Z=10) 1s22s22p6 [Ne]
 多電子原子の構造 sには最大__       pには最大__ A B 第三周期 Na(Z=11) Ne(Z=10)        1s22s22p6 [Ne] C D E Ar(Z=18) Ne(Z=10) 1s22s22p6 [Ne] F G H     副殻と       副殻を満たす。 I J

15 3d:縮退した軌道( ) = の電子を収めることが可能
 多電子原子の構造 第四周期 K(Z=19) Ar(Z=18) 1s22s22p63s23p6 [Ar] A B C Ca(Z=20) Ar(Z=18) 1s22s22p63s23p6 [Ar] D E F エネルギー 3d > 4s  4s に入る → 3d へ 3d:縮退した軌道(   ) =   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、         の順番が変わる。 複雑!! しかし、 Cr(Z=24)は[Ar]     Cu(Z=20):[Ar]      I K J

16 1-5-14.原子の電子配置 元素=3d副殻が満たされていく Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu
Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag       元素=4d副殻が満たされていく Z=57-71        元素=5dと4f副殻が満たされていく Z=89-103        元素=5f副殻が満たされていく A B C D

17 1族アルカリ金属と 2族アルカリ土類金属:最外殻は___
1-5-16.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___ C 1族アルカリ金属と 2族アルカリ土類金属:最外殻は___      13-18族の典型元素:最外殻は___ A B


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