PDF 第2章 原子の電子構造と元素の周期律（8） - 福井大学

化学 I

第２章

原子の電子構造と元素の周期律（８）

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補講の予定

６月１８日（金）４限（

118M

講義室）

７月 ２日（金）３限（

115M

講義室）

７月１６日（金）３限（

118M

講義室）

７月２３日（金）３限（

118M

講義室）

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I

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授業計画

1

回 物質観の進歩と自然科学の 発展

2

回 原子の電子構造

－電子，陽子，原子量－

3

回 水素原子の電子スペクトル

4

回

Bohr

の水素原子模型

5

回 物質の波動性

6

回 量子数

7

回 原子の電子配置と周期律表

8

回 化学結合

―

イオン結合

―

9

回 化学結合

―

共有結合

― 10

回 化学結合

―

分子軌道法

― 11

回 分子の構造

―

共有結合の方向性

― 12

回 配位結合

13

回 金属結合，多重結合

14

回 水素結合

15

回 期末試験

授業計画

1

回 物質観の進歩と自然科学の 発展

2

回 原子の電子構造

－電子，陽子，原子量－

3

回 水素原子の電子スペクトル

4

回

Bohr

の水素原子模型

5

回 物質の波動性

6

回 量子数

7

回 原子の電子配置と周期律表

8

回 化学結合

―

イオン結合

―

9

回 化学結合

―

共有結合

― 10

回 化学結合

―

分子軌道法

― 11

回 分子の構造

―

共有結合の方向性

― 12

回 配位結合

13

回 金属結合，多重結合

14

回 水素結合

15

回 期末試験

電子配置（その１）

○ 軌道：電子の入れ物

軌道に電子をつめてゆくこと

→

電子配置

最もエネルギーが低くなるように電子を詰めた電子 配置（つめ方）

→

基底状態

(ground state)

それ以外のエネルギーの高い配置（つめ方）

→

励起状態

(excitation state)

電子配置（その２）

○ 基底状態の原子内の電子配置の仕方

→

ただ一つ

① 電子はエネルギー準位の低い軌道から順番に 入ってゆく。

② 電子はスピン（

↑

，

↓

）ができるだけ平行になるよ うに軌道に入る。

（フントの法則）

③ 同一原子内には４種類の量子数がまったく同じ である電子は存在しない。

（パウリの排他原理）

基底状態の電子配置と表記法

元素

1s 2s 2p

記号

1

H  (1s)

¹

2

He  (1s)

²

3

Li   (1s)

²

(2s)

¹

4

Be   (1s)

²

(2s)

²

5

B    (1s)

²

(2s)

²

(2p)

¹

6

C     (1s)

²

(2s)

²

(2p)

²

7

N      (1s)

²

(2s)

²

(2p)

³

8

O      (1s)

²

(2s)

²

(2p)

⁴

9

F      (1s)

²

(2s)

²

(2p)

⁵

10

Ne      (1s)

²

(2s)

²

(2p)

⁶

2.10 元素周期律の発見

18

世紀以降 多数の元素が発見

⇒ 19

世紀に入って、元素を分類する試み

1810

年

Berzelius

元素を電気的に陽性のものと陰性のもの とに分類

1817

年

Döbereiner

三つ組元素を提唱

Li Na K Cl Br I Fe Co Ni 7 23 39 36 80 127 56 59 59 1862

年

de Chancourtois

1863

年

Newlands

元素を原子量の順番に並べると周期的 に性質の似た元素が並ぶことを指摘

メンデレーエフ

1869

年 メンデレーエフ（ロシア）

•

当時発見されていた

63

種類の元素を原子量の順 に並べると、元素の性質が系統的かつ周期的に変 化することを見いだした。

•

表の中で欠けている元素の存在を予言し、性質を 予想。

•

後に、メンデレーエフが予言した元素が発見された ことによって、周期表の評価が高まった。

当時はまだ原子、電子、電子軌道などという概念なし。

⇒

どのような周期性が現れるのであろうか？

Mendeleev の周期表

Reihen

Gruppe 1 – R₂O

Gruppe 2 – RO

Gruppe 3 – R₂O₃

Gruppe 4 RH₄ RO₂

Gruppe 5 RH₃ R₂O₅

Gruppe 6 RH₂ RO₃

Gruppe 7 RH R₂O₇

Gruppe 8 – RO₄

1 H=1

2 Li=7 Be=9.4 B=11 C=12 N=14 O=16 F=19

3 Na=23 Mg=24 Al=27.3 Si=28 P=31 S=32 Cl=35.5

4 K=39 Ca=40 – = 44 Ti=48 V=51 Cr=52 Mn=55 Fe=56 Co=59 Ni=59 Cu=63 5 (Cu=63) Zn=65 – = 68 – = 72 As=75 Se=78 Br=80

6 Rb=85 Sr=87 ?Yt=88 Zr=90 Nb=94 Mo=96 – = 100 Ru=104 Rh=104 Pd=106 Ag=108 7 (Ag=108) Cd=112 In=113 Sn=118 Sb=122 Te=125 J=127

8 Cs=133 Ba=137 ?Di=138

9 (–) – – – – – – – – – –

10 – – ?Er=178 ?La=180 Ta=182 W=184 – Os=195 Ir=197

Pt=198 Au=199

11 (Au=199) Hg=200 Tl=204 Pb=207 Bi=208 – –

12 – – – Th=231 – U=240 – – – – –

メンデレーエフの予言と発見された元素の比較

元素の性質 メンデレーエフの予言

（エカシリコン）

実際に発見された

ゲルマニウムの価 差

原子量

72 72.59 0.59

原子価

4

４ 的中

密度

(g/cm

³

) 5.5 5.23 0.27

色 灰色 灰色 的中

融点

( ℃ )

高い

937.4

ほぼ的中

酸化物

RO

₂

GeO

₂ 的中

塩化物

RCl

₄

GeCl

₄ 的中

塩化物の融点

( ℃ ) 90 84 6

授業計画

1

回 物質観の進歩と自然科学の 発展

2

回 原子の電子構造

－電子，陽子，原子量－

3

回 水素原子の電子スペクトル

4

回

Bohr

の水素原子模型

5

回 物質の波動性

6

回 量子数

7

回 原子の電子配置と周期律表

8

回 化学結合

―

イオン結合

―

9

回 化学結合

―

共有結合

― 10

回 化学結合

―

分子軌道法

― 11

回 分子の構造

―

共有結合の方向性

― 12

回 配位結合

13

回 金属結合，多重結合

14

回 水素結合

15

回 期末試験

陰極線（電子線）による X 線の発生

2.11 Moseley の法則

 

各系列に特有な定数

原子番号 対陰極に用いた元素の

Ｚ

線の波数 特性

: b a,

:

X

~ :

~



  a Z  b

元素の性質が“原子番号”によって 特徴づけられることを示した．

2.12 最外殻電子と現代の周期表

現代の周期表

•

元素を原子番号の順に配列

•

電子配列に基づいて分族

長周期型：１８の周期を基準とする 縦の列が族である

短周期型：８の周期を基準にする

各族が

A,B

の二つの亜族に分けられる

元素の周期表

sブロック pブロック

d

ブロック

f

ブロック

元素の周期性（縦の関係と横の関係）

•

縦の関係（典型元素の場合）

原子の中の電子はエネルギーの低い軌道から順 番に入っていくが、そのときに周期表（原子番号順に 並べた）の配列に対応して類似した電子配置をとる。

そのため、化学的性質が類似した元素が周期的に現 れる。

•

横の関係（遷移元素および希土類の場合）

最外殻電子数に変化は少なく、内側の

d

軌道や

f

軌 道が充填されてゆくので（化学的性質は）横に並んだ 元素と互いに類似する。

金属・非金属性の周期性

•

周期表の右上の元素ほど非金属性が強く、

左下の元素ほど、金属性が強い（

p

ブロック）

•

遷移元素は全て金属元素で、左、右、両隣り の元素の性質が似ている

イオン化エネルギーの周期性

イオン化エネルギー：

電子を軌道から取り去って陽イオンになるための エネルギ－

電子親和力の周期性

電子親和力：

中性の原子が電子を受け取って陰イオンになるとき に放出するエネルギー

原子半径の周期性

同一周期では１族の元素 が最も大きな原子半径を 持ち（右側に行くに従い減 少し）

17

族の元素が最も 小さい原子半径を持つ。

（理由：同一周期では、最外殻電子が増加するにつれて、

電子と原子核との間の引力が強くなるため。）