原子軌道への電子の入り方について

原子軌道への電子の入り方についての質問です。

　N原子を例として考えると、N原子の3つの２P軌道に入る電子はフントの法則に従い、図Aのようにαスピンの電子が一つずつ3つのP軌道に入っていきますが、この際、図Bのようにβスピン電子が一つずつ3つのP軌道に入ることはないのですか？やはりαスピン電子が一つずつ3つのP軌道にそれぞれ入るほうが安定するのですか？
　また、何冊か本を読んだ限りでは、「一つずつ別々のエネルギー準位の等しい軌道に向きをそろえて入る」とだけ書かれており、そのあとに図だけは提示されてはいるのですが、具体的に「αスピン電子が一つずつ3つのP軌道に入るほうがβスピン電子が一つずつ3つのP軌道に入るより安定である」などといった具体的な記述がある本は今のところみかけません。この部分に触れているわかりやすい本があれば教えてください。お願いします。

質問者からの補足コメント

• 全然わかってないんすよ。ホントすいません。有機化学やってるんですが電子って・で表されるじゃないですか、今後電子のスピンについては有機化学では特に考えずに学習していってもいいですか？
  　窒素の場合も３つの２P軌道それぞれに一つずつ電子がはいるじゃないですか、これらの電子もスピンなどは考えずに、エネルギー準位の等しい軌道には電子が一つずつ入るとだけ考えていいですか？
  　　お願いしまぁす。

  No.1の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2016/10/09 22:11

No.2 回答者： doc_somday 回答日時： 2016/10/09 23:09

#１です。

レス有り難うございます。
最初に、
>窒素の場合も３つの２P軌道それぞれに一つずつ電子がはいるじゃないですか、これらの電子もスピンなどは考えずに、エネルギー準位の等しい軌道には電子が一つずつ入るとだけ考えていいですか？
なぜ窒素なのか分かりませんが、縮重している軌道にはそれで良いです。
なお有機ならsp、sp2、sp3があるでしょ、これを最初に考えたのはノーベル化学賞・平和賞のライナス・ポーリング教授です。何でも屋のポーリング教授はなぜ炭素が正四面体の頂点で結合をつくるかという問題を美しく説明した人です。球対称のｓ一つと、直交するpx、py、pzの三つじゃどう考えても正四面体にならない、有機屋は量子論は使えないと思い始めた、だけどポーリング教授は数学にも強い、sはほんの少しpよりエネルギーレベルが低いけどこれを使おうと考えた。三つのpは全部を線形結合すると三つは等価なので球面になる。2pは平面上にノード(節)があるけど、気にしなくて良い事にも気が付いた。その方法は炭素だと2sが2pより安定なのを敢えて無視し、４つの軌道は全部合わせると球面なので、2sを残りの三つの2pと線形結合し「直交する」四つのsp3軌道に再編成する、結合が無いと2sはレベルが低いが、結合が起きるとsp3になった方がエネルギー的に有利なんだろう、と考えた。その頃は軌道の対称性は物理だから問題無いけど、結合まで入れた化学の計算は出来なかった。でも説明は出来るし、sp2が平面をつくり、spは直線になる事がスッキリ説明出来る。どの場合も同じレベルの原子軌道は縮重している。ですのでこの原子軌道の縮重は炭素の104度ちょっとを説明するために考えられた。
窒素の場合sp3一つに非共有電子対(ローンペア・ひとりぼっちの電子対)が入るので、球面調和では無くなり、対称性はＣ3vになってしまう。
最後に分子状酸素・酸素分子はＯ≡Ｏ三重結合と二つの反結合軌道に電子が入るので、二つの反結合軌道に入ったspの電子がフント則でラジカル状態に二つの酸素上に入り、六つの結合電子と二つの反結合分子軌道を加え合わせると二重結合で説明出来るレベルになるけど、二重結合では無いので直線分子になり、反結合軌道に入った二つの電子はラジカル性を持つ、酸素分子はこのラジカル性のため、多くの異様な反応性を示す。
このくらい覚えてね。ｗ

この回答へのお礼

返信ありがとうございます。もっと勉強して頑張りまぁす。

お礼日時：2016/10/11 01:08

No.1 回答者： doc_somday 回答日時： 2016/10/08 16:18

あのさ、あなたスピンについてどころか量子論全然分かって居ないでしょ。

スピンは核や軌道の角運動量とは別のもう一つの角運動量で先の二つには五とか六とかあるいは半整数とかあるけど、一つの分子軌道に反平行に二つまでしか入らない。そして軌道が縮重(縮退)している時にはフント則に従って縮重した軌道に入っていく、ここまでは良いですか？では外から見たときＡとＢとがどう見えるか、両者は「同じもの」。矢印は都合上、上と下に向けるけど、全部右とか全部左とかでも良いわけで、記述上の都合に過ぎない。電子二つの時も二つ上向きでも二つ下向きでもスピン量子数上は同じもの。だからすごく簡単、他の角運動量とは全く異なる。なおスピンの起源はクォークで良いがフント則の起源は謎らしい、少なくともほとんどの教科書には書いてない、書いてあると「分からない」と書いてある、もしメカニズムの記述がある教科書があったら教えて欲しい。