HOME 教育状況公表 令和2年10月25日

原子の構造

1.

2.

原子構造電子配置
基本無機化学p.10~p.17

この項目のポイント
 原子元素違い原子構造核子原子量と質量数の違いについて認識する
 電子軌道名称と電子配置のルールついて覚える
 量子数ついて理解する

 原子元素
    原子 原子核と電子からなる粒子
    元素 原子種類 ②同じ種類の原子みからできている物質単体同義
   確認 次の空欄に原子または元素言葉正しく入れよ
     ベンゼン12個の    からできているまた種類    含んでいる
     「炭素の    記号Cである

    原子大きさ 原子核からもっとも遠い軌道に入っている電子位置決まる
              元素よって異なるがおおむね10-10m100pmオーダー
    原子核の大きさ 元素よって異なるがおおむね10-15m1fmオーダー
   確認 黒板に原子直径10cmの円で描いたとき原子核からもっとも遠い軌道はおよそどれくらいの直
          径の円で描くことになるか

 原子構造
     原子    原子  電子   電子素電荷e負電荷もつ便宜上も表わす
             素電荷 1.602×10-19 [C]
             電子静止質量 9.11×10-31kg 静止質量いう意味は今は気にしなくてよい
     原子   陽子(p)  中性子n  これら総称して「核子」という
             陽子素電荷e正電荷持つ便宜上も表わす
             陽子の静止質量 1.6726485×10-27kg  中性子静止質量 1.6749543×10-27kg
             核子電子1840倍の質量持つ              

      原子番号 原子核の中の陽子の数 中性原子陽子電子数は等しい
      質量 原子核中の核子総数  当然かならず自然数になる
     
      原子 質量12炭素原子質量12したときの原子相対質量原子量には電子重さ
              入っている

     注意 原子量は基本的には自然数にはならない
        原因 同位体存在
               原子番号が同じでも質量数の異なる元素同位体存在する場合がある
               例) 炭素12Cと13Cの安定同位体存在するそれぞれの存在比はそれぞれ約
                  99%1%である12C13Cの原子12.0013.00したとき炭素原子量(平均原子
                  量)求めよ
        原因 質量欠損の影響高校の物理学習
               安定同位体存在しなくても原子量は自然数とはならないリンP31Pしか存在しない
               その原子量は30.97ある
                1)陽子中性子質量それらが含まれる原子種類よってわずかに減少する
                  質量減少はエネルギー変換されEinsteinの式核子同士結合するために使わ
                  れる
                 高校で物理学ばなかった学生はその詳細あえて知る必要はないが少なくと
                   原子量は厳密には質量数とは異なる認識すること



 電子軌道量子数
     高校では原子中の電子K, L, M…殻に入ると学習した今後は概念だけでは不分であり
      軌道概念理解する必要がある
     本の軌道には最大個まで電子入ることができる

     量子数
       K殻にL殻にM殻に…という数字割り当てるこの数字は量子数呼ばれる

     方位量子数
       量子数nの殻にはn種類の軌道あるこの軌道区別するのに0からn-1までの「方位量子数
       割り当てられる方位量子数0, 1, 2, 3, 4…に対してそれぞれs, p, d, f, 以下アルファベ
       道の名称が与えられている
         K殻n=1方位量子数0軌道あるこの軌道の名称は1sある
          L殻n=2方位量子数01軌道あるこれらの軌道の名称はそれぞれ2s2pである

     磁気量子数
       方位量子数lの軌道は2l + 1本ありそれぞれに磁気量子数m-lからlまで割り当てられている
         s軌道l=02l + 1 = 1p軌道l = 13d軌道l = 25f軌道は7

    まとめると
     K殻  1s軌道× 軌道総数電子最大収容数
     L殻  2s軌道×2p軌道× 軌道総数電子最大収容数
     M殻  3s軌道×3p軌道×3d軌道× 軌道総数電子最大収容数18
     N殻  4s軌道(1)4p軌道(3)4d軌道(5)4f軌道(7) 軌道総数16電子最大収容数=36

     スピン量子数
       これは軌道の量子数なく電子与えられるもの本の軌道に入る2個の電子対してそれぞれ  
       +1/2-1/2スピン量子数与えられる便宜上スピン向き上または下いうこともある

 電子配置 最重要
     構成原理Aufbau principle  電子エネルギー低い軌道から順番に入っていく
       1s 2)2s 3)2p 4)3s 5)3p 6)4s 7)3d 8)4p 9)5s 10)4d 11)5p 12)6s 13)
       p.151.9方式覚えること
     Pauliの排他原理Pauli exclusion principle  本の軌道に入ることができるのはスピン量子数異な
      個の電子までである
     Hundの規則Hund's rule  エネルギー等しい複数の軌道にたとえば2p軌道に2個以上の電子
       入るときには電子きるだけ分かれた軌道にスピン向きそろえて入ろうとする

     電子配置の表わし方 いろいろな表わし方があるが要するにまぎれなくわかればよい
        N 1s2 2s2 2p3 あるいは 1s(2) 2s(2) 2p(3)
          

         C

 軌道
   重要  電子軌道高校の教科書にあるような同心円あるいは同心球ない1.71.8
          うであること認識すること

宿題
次の元素電子配置書け書き方は上記の例の後者軌道○印などで表す方法用いよ
  (a) S (b) Ca (c) As
次の量子数もつ軌道の名称答えそれぞれ何本あるか記せ
  (a) n=3, l=2 (b) n=4, l=3 (c) n=5, l=4


(1キーワード.
(2キーワード.
(3キーワード.
(4キーワード.
(5キーワード.
(6キーワード.
(7キーワード.
(8キーワード.
(9キーワード.
(10キーワード.
(11キーワード.
(12キーワード.
(13キーワード.