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何でHe,Arのような最外電子殻の電子軌道に電子が8個入った状態が最も安定するのでしょうか?

A 回答 (3件)

基礎知識から入りますが、電子は波です。

しかも空間的に広がった波です。
これを感覚的に理解するのはちょっと難しいので次のように考えます。
「電子は雲のように原子核を取り巻いている」
そして、波の振幅が大きいところや小さいところがあるように、この雲には薄いところや濃いところがあります。
波が重なり合って模様を描くようにこの雲も決まった形を持ちます。
その形とは、
「s」…原子核を何重にも取り囲む球
しかも、ここが重要なところですが、何重にも取り囲むのに必要な電子は1個だけです。1個の電子が波となって雲状に原子核を包みます。
「p」…原子核の両側に分かれた2つセットの領域
これは3次元空間で「上下」「左右」「前後」の3方向を向いた3つの領域が存在します。こちらも2つに分かれた領域を1つの電子で多い尽くします。
「d」…「4つ葉型に分かれた領域が3つ」と、「別方向の4つ葉」+「上下2つとリング」、計5つ
…って言葉じゃ分からないですね。参考URLを見てください。
http://winter.group.shef.ac.uk/orbitron/AOs/3d/i …
左側のメニューから1sや2pといった文字を選んでください。

さて、この電子軌道は
1s
2s 2p
3s 3p 3d

と存在しているのですが、このそれぞれを全部埋めると波がきれいにまとまれるので安定します。
「s」軌道と「p」軌道は近い位置にあるのでこれをまとめて4領域、実は電子はひとつの領域に2つ入ることができるので8つ入れます。これが8電子で安定する理由です。
でも本当はd軌道などもあって複雑なため、微妙に安定する場所が最外殻8電子以外にもあります。覚える必要はないでしょうけど。

参考URL:http://winter.group.shef.ac.uk/orbitron/AOs/3d/i …
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他の方が回答なさっているように、量子力学を学ぶと確かに電子が2個、8個で安定すると計算で出てくるのですが、たとえ質問者さんがそれを学んだとしても納得できないところが多いと思います。

というのも私も同じような疑問を抱いたことがあるからです。そのときの私は先生にそのことを質問しました。
そのとき先生が回答なさってくださったことは、
「私にもわからん。それが自然の摂理だ」
ということでした。つまり、物体に万有引力が働く理由がわからないのと同じというわけです(グラビトンなどでの説明は別)。ただ、そのように仮定すると、なぜリンゴが地球に落ちるのかとか、なぜ月が地球の周りを回るのかとかが説明できるというわけです。
同じように、どうして電子が8個だと安定なのかわからないけど、そのように仮定すると、イオンとか結合とかが説明できるというわけです。
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そういうことは「量子力学」で説明されます。



要するに一番外側にある電子殻を満たすのに必要な電子の数が8個だということであり、それが、「量子数」と呼ばれる数によって規定されるということを説明するのが量子力学です。

これ以上のことをわかりやすく説明するのは私には無理ですので、参考URLをあげておきます。しかし、それでも少々難しいのではないかと思います。
答えになっていなくてすみません。

ちなみに、Heの電子は2個です。Neの最外殻電子は8個ですが。

参考URL:http://www2.kutl.kyushu-u.ac.jp/seminar/MicroWor …
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Q分子結晶と共有結合の結晶の違いは?

分子結晶と共有結合の結晶の違いはなんでしょうか?
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と書いてあったのですが、二酸化ケイ素も共有結合の
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Aベストアンサー

●分子結晶
分子からなる物質の結晶。
●共有結合の結晶
結晶をつくっている原子が共有結合で結びつき、
立体的に規則正しく配列した固体。
結晶全体を1つの大きな分子(巨大分子)とみることもできる。

堅苦しい説明で言うと、こうなりますね(^^;
確かにこの2つの違いは文章で説明されても分かりにくいと思います。

>共有結合の結晶は原子で出来ている
先ほども書いたように「原子で出来ている」わけではなく、
「原子が共有結合で結びついて配列」しているのです。
ですから二酸化ケイ素SiO2の場合も
Si原子とO原子が共有結合し、この結合が立体的に繰り返されて
共有結合の物質というものをつくっているのです。
参考書の表現が少しまずかったのですね。
tomasinoさんの言うとおり、二酸化ケイ素も共有結合の結晶の1つです。

下に共有結合の結晶として有名なものを挙げておきます。

●ダイヤモンドC
C原子の4個の価電子が次々に4個の他のC原子と共有結合して
正四面体状に次々と結合した立体構造を持つのです。
●黒鉛C
C原子の4個の価電子のうち3個が次々に他のC原子と共有結合して
正六角形の網目状平面構造をつくり、それが重なり合っています。
共有結合に使われていない残りの価電子は結晶内を動くことが可能なため、
黒鉛は電気伝導性があります。
(多分この2つは教科書にも載っているでしょう。)
●ケイ素Si
●炭化ケイ素SiC
●二酸化ケイ素SiO2

私の先生曰く、これだけ覚えていればいいそうです。
共有結合の結晶は特徴と例を覚えておけば大丈夫ですよ。
頑張って下さいね♪

●分子結晶
分子からなる物質の結晶。
●共有結合の結晶
結晶をつくっている原子が共有結合で結びつき、
立体的に規則正しく配列した固体。
結晶全体を1つの大きな分子(巨大分子)とみることもできる。

堅苦しい説明で言うと、こうなりますね(^^;
確かにこの2つの違いは文章で説明されても分かりにくいと思います。

>共有結合の結晶は原子で出来ている
先ほども書いたように「原子で出来ている」わけではなく、
「原子が共有結合で結びついて配列」しているのです。
ですから二酸化ケイ素Si...続きを読む

Q水素結合とはどういうものですか?

現在、化学を勉強している者です。水素結合についての説明が理解できません。わかりやすく教えていただけないでしょうか?また、水素結合に特徴があったらそれもよろしくお願いします。

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要は、「電気陰性度の大きい原子に結合した水素と、電気陰性度の大きい原子の間の静電的な引力」です。
電気陰性度の大きい原子というのは、事実上、F,O,Nと考えて良いでしょう。
電気陰性度の大きい原子と結合した水素上には正電荷(δ+)が生じます。また、電気陰性度の大きい原子上には負電荷(δー)が存在します。

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Q電子核のM殻とN殻の定員?は何個かについて

いつもありがとうございます。

K殻にはいれるのは 2こ
L         8こ
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みたいなんですけど、
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カルシウムも「+20」で、K殻2こ、L殻8こ、次のM殻が8こしか入らなくてまた次のN殻に2個はいっています。

教科書に載っているのが特別な例として、M殻が8こなのか、
やっぱり本当は(それ以外の普通のもの。が何なのかもよくわからないですが)18こ入れるのか
それか、ほんとうはM殻もN殻も8こが定員だったとしたら
18ことか32こというのは何のことかなぁと思ってよくわかりません。

もしよかったら教えてください。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。

実は必ずしもKLMNの順番に電子が詰まっていくわけではありません。殻よりも軌道の種類で考えていくと良いのですが、もしかしたら学校ではまだ習っていないかもしれません。

K殻には1s軌道がひとつあり、電子が二個入ります。
L殻には2sひとつ、2pが三つの計4つの軌道があり、各軌道二個ずつの8電子が入ります。
M殻には3sひとつ、3pが三つ、3dが五つの九個の軌道があり、各軌道二個ずつの18電子が入ります。
N殻には4sひとつ、4pが三つ、4dが五つ、4fが七つの十六個の軌道があり、各軌道二個ずつの32電子が入ります。
以下同様。。。

そして、各軌道への電子の入り方は次のようになります。

1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d…

ちょうど添付の図のような順番です。よく見ると、前の殻が埋まる前に次の殻の一部に電子が入っているのです。混乱させるかもしれませんが、さらにこれにも例外があります。化学とは奥深いものです。

Qスレーターの規則 有効核電荷の計算。

Zn(Z=30)原子の4s,3d電子が受ける有効核電荷Z*をそれぞれ求める。

ここで一般の原子におけるZ*の概算値は次の1~5の規則に基づきZ*=Z-Sであらわされる。
1:軌道を[1s][2s,2p][3s,3p][3d][4s,4p][4d][4f][5s,5p]のように分類し、注目している電子が属しているグループよりも外側にある電子の遮蔽は無視する。
2:注目している電子が属するグループ内のほかの各電子は0.35だけSに寄与する。(1sは0.30)
3:主量子数nが2以上の場合、n-1のグループの各電子の寄与は0.85とする。
4:主量子数nが3以上の場合、n-2とそれ以下のグループの各電子の寄与は1とする。
5:注目している電子が[nd]や[nf]の場合、3と4は成立せず、その前の各電子はすべて1の寄与とする。

この問題はそれぞれの軌道にある電子を1つずつ考慮するのでしょうか?
ご指導お願いいたします。

Aベストアンサー

>この問題はそれぞれの軌道にある電子を1つずつ考慮するのでしょうか?
はい、その通りです。同じ条件の電子はまとめて数倍しても良いです。

Q二酸化硫黄 SO2 の構造について

SO2 は配位結合が関係している、と聞いたのですが、どのような構造
になりますか?SO2は配位結合が関係していて、折れ線形で、極性分子だと聞きました。どういうことか、さっぱりわかりません。
すみませんが、詳しく教えてください。

Aベストアンサー

SO2 の電子式は以下のようになります(MSゴシックなどの等幅フォントで見てください)。

 ‥  ‥  ‥
:O::S::O:   電子式(a)

 ‥  ‥ ‥
:O::S:O:    電子式(b)
      ‥

価標を使って結合を表すと、構造式はそれぞれ

 ‥ ‥ ‥
:O=S=O:   電子式(a)に対応する構造式

 ‥ ‥ ‥
:O=S→O:   電子式(b)に対応する構造式
     ‥

のようになります。

構造式で書くと明らかなように、電子式(a)では、SとOの間の結合は両方とも二重結合になっていて、配位結合はありません。それに対して、電子式(b)では、片方のSO結合は二重結合ですが、他方の結合が配位結合になっています。

電子式(a)と電子式(b)のどちらが正しいのか?については、少し難しい話になるのですけど、#1さんのリンク先にあるウィキペディアの解説によると、
・二酸化硫黄 SO2 の電子式は配位結合を使わないで電子式(a)のように書くのがよい
・オゾン O3 の構造式は配位結合を使ってO=O→Oのように書くのがよい
ということになります。

「電子対反発則」を使うと、SO2分子が折れ線形になることを、SO2の電子式から説明できます。電子対反発則についての簡単な説明は、ネット検索ですぐに見つかると思います。電子対反発則にそれほど精通しなくても、
・H2Oの電子式から、H2O分子が折れ線形になることを説明できる
・CO2の電子式から、CO2分子が直線形になることを説明できる
ようになれば、SO2分子が折れ線形になることを、電子対反発則から説明できるようになります。

SO2が極性分子になることは、「二酸化炭素 CO2 が極性分子に“ならない”こと」が理解できれば、これらの分子の形から簡単に分かると思います。

SO2 の電子式は以下のようになります(MSゴシックなどの等幅フォントで見てください)。

 ‥  ‥  ‥
:O::S::O:   電子式(a)

 ‥  ‥ ‥
:O::S:O:    電子式(b)
      ‥

価標を使って結合を表すと、構造式はそれぞれ

 ‥ ‥ ‥
:O=S=O:   電子式(a)に対応する構造式

 ‥ ‥ ‥
:O=S→O:   電子式(b)に対応する構造式
     ‥

のようになります。

構造式で書くと明らかなように、電子式(a)では、SとOの間の結合は両方とも...続きを読む


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