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令和8年2月6日 (金)

原子の構造と性質

語釈1.

原子核:質量数と原子量
炭素には12Cと13Cの安定同位体がある。そのため平均原子量は12.0115で整数ではない。でも、質量数31のリン(P)には安定同位体がないのに原子量は30.9738。消えた質量はどこに行った? 質量数と原子量、それぞれの定義を説明し、それに関連して「核の結合エネルギー」について説明する。
補足説明:「核子を結びつけているもの」(鵜沼)
電子配置とエネルギー順位~4s軌道と3d軌道を中心に~
周期表に基づいて組み立て原理によって電子配置を決めてゆくと、カリウムのところで、3d軌道が空いているのに、4sに電子が入っているという不規則性が出現する。また銅やクロムでは、4sに一個電子が入ってあと3dに電子がつまっている。大部分の金属イオンが2価なのはなぜか? 炭素の平均原子量は12.0115。安定同位体が混じっているから、原子量が整数にならない。でも質量数31のリン(P)には安定同位体がないはずなのに原子量は30.9738。消えた質量はどこに行った? 質量数と原子量、それぞれの定義を説明し、無機化学の基本である周期表について電子配置やエネルギー準位など、さまざまな観点から解説する。
補足説明:「遷移金属イオンのd電子数」(尾形)
電気陰性度
Allred-Rochow, Mulliken, Paulingの3種類の電気陰性度の定義について調べ、3者の値がどれだけ異なるか、比較する。さらに、元素の周期性とは「何が」周期的に変わることと対応するのか発表する。
補足説明:「陰イオンにもなりたがっているアルカリ金属」(鵜沼)
イオン化ポテンシャル・電子親和力・電気陰性度
プラスチックの下敷きを擦れば静電気が起きて髪の毛が吸い寄せられる。下敷きのまわりに一種の緊張した雰囲気ができてそれが髪の毛に作用するからだ。この緊張した雰囲気の漂う空間を電場と呼ぶ。電場はワックスのように永久分極電荷をもつ物質やチタン酸バリウムのように強誘電性の物質以外のものにも作用して、物質を吸い寄せられたり、反発したりする。イオン化ポテンシャルや電気陰性度をイオンの電子配置に関連づけて説明する。
補足説明:「ポーリングの求めた値」(仁科)
酸化還元による酸化数の変化 ~酸化還元滴定~
鉄の酸化物Fe3O4について「鉄イオンの価数は?」と聞かれて「+8/3価である」と答えた。
あれ、何か変だぞ。鉄明礬(NH4Fe(SO4)2)とモール塩((NH4)2Fe(SO4)2)の違いは何か? フェリシアン化カリウム(K3[Fe(CN)6])とフェロシアン化カリウム(K4[Fe(CN)6])の違いは何か? 酸化数の変化から酸化と還元の概念を明らかにすると同時に酸化還元滴定について実験例をあげて解説する。
補足説明:「酸化還元電位とネルンストの式」(遠藤)

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