こんにちは。
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概ねふかーつ。
現在声リハビリ中です。
今日はなんてーがあったらしいのですが欠席させていただきました。
すいませんね。
というか今週は科学に行かねばならぬので
ひょっとしたら駄目かもわかりません。
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さて。なーんにも書くことが無い。
ので。検索ワードでひっかかってる人達で
「3d軌道と4s軌道の話」が根強い人気を誇るので。
少し話をしてみたいとおもいます。
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さてと。軌道の話は大分昔にしたと思います。
K殻L殻とは仮の姿!
本当はl,m,nという三つの量子数に支配される原子軌道なるものが存在してだな
それぞれs,p,d,f･･･軌道と呼ばれているんだよー。
という話です。
それで1sがK
2s,2pがL
3s,3p,3dがM殻に対応してってるんだよねー。
とそういう話ですね。
さあ今日の話はそっからもうちょっと先にいきますよ。
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軌道への入り方のテクニックは以前に述べたとおり
http://girugamessyu.cocolog-nifty.com/blog/2007/07/vista_e014.html
これによってオクテッドセオリーと呼ばれる奴が説明されたわけです。
要するにカリウムにはM殻がうまるまえにN殻に二つ入るよ。と。
ところがどっこい。
なんで4sに3dより先に電子がはいりやがるんだ？
というのが疑問ですよね。
それを説明するには量子化学、
すなわちシュレーディンガーの波動方程式が第一歩。
私も定性的にしかわかりませんが･･･。
とりあえずある程度ざっくりと解説してみることにします。
まずこれを見て欲しい。
別窓で開いて見てくださいねー
これが原子軌道です。
さて。要するにこれが何かって言うと。
シュレーディンガーの波動方程式を図示したところです。
ようするに原子軌道っていうのはこんな形してるんだよー。
それで図示されてる中に電子が存在できると考えてください。
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エネルギー順位が低いということはつまりどういうことかっていうと
安定な軌道っていうことなんですね。
で、安定な軌道っていうのはどういうことかっていうと。
より原子核とひっぱりあってるっていうことなんです。
だから基本的には原子核に近いほうが安定なんですね。
でですよ。
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ここで遮蔽と貫入っていう二つの概念が登場します。
ひとつの軌道をきにするとこのとおりですが。
･･･落ち着いて考えてみると。2sの内側には1sがあるんですよね。
つまり数字がおっきいとそれだけ軌道もおよそ大きくなる
というか外側に広がると考えてください。
で。たとえば2sと1sの軌道があったとき。
2sの電子より1sの電子のほうが「内側にある」ことが多いでしょ？
すると1sの電子は2sと反発します。
つまり2sの電子が原子核と引き合うちからは実際はおもったよりも小さくなる。
これが遮蔽です。遮られるんですね。
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一方お気づきの方も多いかとおもいますが。
図をごらんください。
p軌道。d軌道等は原子核に近しいところに電子が存在できないんです。
すると。
たとえば2p軌道と3s軌道について考えてみましょう。
2p軌道の電子は核近くに存在できませんが。
3s軌道の電子は核近くに存在できるんです。
すると･･･2p軌道の電子より3s軌道の電子が「内側にくる」ことがありますよね？
これってつまりより核に近いので実際はおもったよりも大きくなるんです。
これが貫入。貫き入ると。
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さて。
つまりこの考えでもって全体をぱっとみまわしてみると。
遮蔽と貫入がはげしく入り混じって軌道が構成されていることがわかります。
原子が小さい間はいいのですが。
これが大きくなってくると大変。
4d軌道とか考えるようになった日にはもう大変。
で･･･ですよ。
3dと4s軌道。
3d軌道は遮蔽の働きで核との引き合いは小さくなる。
4s軌道は貫入の働きで核との引き合いが強くなる。
ここでエネルギーの逆転がおこるんです。
それがちょうど3d,4s軌道のところが境目なんですね。
だから4sに3dより先に電子がはいるのです。
それより小さいと逆転はおこらないんです。
核から遠くなってくるとより煩雑になってくるわけです。
めでたしめでたし～～～～。
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さて。
ここで2点ほどぶっちゃけなければなりません。
･･･この説明はそうとうおおざっぱです。
ひとつ。
原子軌道っていうのはひとつひとつの元素によって全く異なるものといっても過言ではありません。
実は･･･原子番号が大きくなると3d軌道と4s軌道のエネルギー順位は逆転して
普通に3d軌道に電子が入ってから4s軌道に電子が入るようになるらしいんです。
ようするに量子論的考察を数式によってきちんと一個一個の元素について考えなくてはならないっていうことなんでしょうね。
･･･わけわかんね。
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そしてもうひとつ。
量子化学をやるとわかるのですが。
ぶっちゃけると原子軌道というものもいまいち存在しません。
節と呼ばれる「電子が存在できない場所」はあらわされるのですが。
それ以外の場所には「どんな場所にも」電子は存在できます。
だってシュレーディンガーの解なんだものｗ
あの軌道があらわしているのは概形。
つまり「そこに電子が存在する確立が高い」っていうことです。
これが不確定性原理とか特殊なんたら理論とかで言われることなんです。
わかってることは
節には電子が存在できない。
全体の存在確立を足すと1になる。
それだけｗ
だから遮蔽と貫入の考え方も
数式との戦いで何がどうなってるのかはさっぱり･･･。
あくまで概念的な考えなんでしょうな。
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と。いったところで。
更新時間は30分。
なかなか余裕でしたね。
まあ。読むか読まないかは自由ですｗ
久しぶりにまじめなことを書いてみました。
それではさよならー。
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