2-1章 電子・原子・原子構造、電子の配置と周期表、原子構造と量子化学 出典 a )桜井弘著、“元素111の新知識”(ブルーバックス、講談社) b) 井口洋夫著、”元素と周期律”裳華房( 1969 ) c )近角聰信、木越邦彦、田沼静一著、”最新元素知識”東京書籍 ( 1976 ) d) 元素図鑑 中井泉 ベスト新書 e ) Wikipedia 目的 1)原子の構成粒子の種類(陽子+中性子+電子) 2)元素の種類と構成内容(陽子数=電子数→元素種、中性子数) 3)元素の性質の周期性と周期表 4)量子入門. 2 . 1) 元素発見の歴史と原子. - PowerPoint PPT Presentation
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2-1章 電子・原子・原子構造、電子の配置と周期表、原子構造と量子化学
出典 a )桜井弘著、“元素111の新知識”(ブルーバックス、講談社) b) 井口洋夫著、”元素と周期律”裳華房( 1969 ) c )近角聰信、木越邦彦、田沼静一著、”最新元素知識”東京書籍 ( 1976 ) d) 元素図鑑 中井泉 ベスト新書e) Wikipedia目的1)原子の構成粒子の種類(陽子+中性子+電子)2)元素の種類と構成内容(陽子数=電子数→元素種、中性子数)3)元素の性質の周期性と周期表4)量子入門
Following conversations in 1913 with Niels Bohr, a fellow worker in Ernest Rutherford's Cavendish laboratory, Moseley had become interested in the Bohr model of the atom, in which the spectra of light emitted by atoms is proportional to the square of Z, the charge on their nucleus (which had just been discovered two years before).Moseley's law is an empirical law concerning the characteristic x-rays that are emitted by atoms. It is historically important in quantitatively justifying the conception of the nuclear model of the atom, with all, or nearly all, positive charges of the atom located in the nucleus, and associated on an integer basis with atomic number.
Henry Gwyn Jeffreys Moseley (1887 –1915) was an English physicist. Moseley's outstanding contribution to the science of physics was the justification from physical laws of the previous empirical and chemical concept of the atomic number. This stemmed from his development of Moseley's law in X-ray spectra. Moseley's Law justified many concepts in chemistry by sorting the chemical elements of the periodic table of the elements in a quite logical order based on their physics.
When World War I broke out in Western Europe, Moseley left his research work at the University of Oxford behind to volunteer for the Royal Engineers of the British Army. Moseley was assigned to the force of British Empire soldiers that invaded the region of Gallipoli, Turkey, in April 1915, as a telecommunications officer. Moseley was shot and killed during the Battle of Gallipoli on 10 August 1915, at the age of 27. Some prominent authors have speculated that Moseley could have been awarded the Nobel Prize in Physics in 1916, had he not died in the service of the British Army.
○ 質量 電子静止質量 (me = 9.1091031 Kg) 陽子 (1.67261027 Kg) や中性子 (1.67491027 Kg) の 1/1836 原子の質量はほとんど原子核が決定○ 同位元素また同位体:陽子の数が同一で、中性子の数が異な る元素。 水素の場合 1)質量数が1の1 H 2)一個の中性子が加わった重水素 ( 2 H または D :デューテリウム ) 、 3)さらに一個の中性子が加わった三重水素 ( 3 H または T :トリチウム ) D は自然の水素中に 1/3500~ 1/5000含まれている。 T は自然界にも存在するが、主に核反応により人工的に作られる放射性元素である。
– 電子
中性子
陽子+原子核
水素 1H 、重水素 2H(D) 、三重水素 3H(T) の構成
+
–
+
–
+
–1H 2H(D) 3H(T)
図 2.4
図 2.5 水素原子のスペクトル系列とエネルギー準位。 n = ∞ より上のエネルギー準位からの光の放出は連続スペクトルを与える。左縦軸は n = 1の準位からのエネルギー( V単位)、右縦軸は n = ∞ の準位からのエネルギー準位( cm1単位 ) で、各系列の数字は波長である( Å単位)。
最低空準位という。 HOMO と LUMO のエネルギー差に相当する光を当てると、HOMO の電子は LUMO にたたきあげられ(励起)、そのエネルギーに相当する部分が吸収された光を見ることになる。その領域が可視領域の場合、色が見える。ベンゼンの HOMO-LUMO励起は紫外領域に相当するので透明である。
HOMO
LUMO
励起
励起分子
2 .6 ) 水素型原子の電子軌道と量子数非常にめんどうな式が多いので、エッセンスのみ記す。+ Zeの原子核と- e の電子より成る水素型原子では、 2.20式の古典的ハミルトン関数と 2.26式を用い、シュレディンガー方程式を求め、これを解いての形と E を求める。この時、直交座標を極座標( r,,, 図 2.13 )に変換し、動径部分( r )と角部分( , )に分けて解くと、波動関数の空間的広がり
を示す動径部分、角度部分の形状を示す角部分に分離できる。
図 2.13 直交座標と極座標
x
z
y
f
q r
動径部分 Rn,l(r) :波動関数の空間的広がりを示す。 R(r) は2つの量子数 n, l で指定される関数で、主量子数 n の増加とともに軌道が広がる。 n = 1, 2, 3, ・・・に対応した電子軌道を K殻、 L殻、 M殻、・・・(図 2.2 )といい、水素型原子(電子が一個の原子)では、電子軌道のエネルギーは主量子数のみに依存し、ボーアが導出した 2.10式 (2.36式)に等しい。
(2.36)表 2.1 に n, l で指定される動径部分を示す。 L 殻には l の異なる二つの軌道が、また M 殻には l の異なる三つの軌道が存在する。原子核から半径rにある厚さ dr の球殻に電子が存在する確率を示す動径分布関数 Dn,l(r) は、 Dn,l(r)=4r2{Rn,l(r)}2 で、図 2.14 に示す。この動径分布関数が最大になるrが軌道の平均半径に相当する。主量子数 n に対して、 l = 0, 1, 2, ・・・ (n-1) までの n個の軌道があり、それぞれ s軌道、 p軌道、 d軌道、 f軌道、・・という。l の異な 2s, 3s, 3p軌道において、小さな r の位置に小さなピークが見られ、少しの割合の時間ではあるが電子が核の近くにいる可能性があること、つまり、大きな静電効果によりこの状態が安定化することを示す。