多電子原子の電子配置

多電子原子では、電子数が増えるにつれ、電子は順に1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p・・・の軌道を占めていくと聞きます(n+l則: Krechkuwsky則)。水素原子における電子状態の計算では、2s軌道と2p軌道は縮退していますが、多電子系では2sのエネルギー準位が2pより低くなるのはなぜでしょうか？
多電子系では、電子間のクーロン相互作用のために縮退が解けているというのは予想できますが、2s軌道のエネルギー準位が2pのそれよりも低くなる(逆ではない)事を直感的にイメージする方法はあるでしょうか？

No.4 ベストアンサー 回答者： astra0641 回答日時： 2007/06/03 13:33

教科書的には

Ｓ軌道の方が原点付近の存在確率密度が高いので、核の電荷が内核電子により遮蔽されない状態で感じうるためと説明されていたと思います。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
この説明は、直感的にイメージしやすくていいですね。

お礼日時：2007/06/04 01:59

No.3 回答者： storm50 回答日時： 2007/05/30 18:11

>1s軌道に電子が入ると、なぜ磁場がかかるのでしょうか

電子にはスピンがあるからです。

この回答へのお礼

有難うございます。
2s軌道や2p軌道を電子が占めるよりも先に、1s軌道は収容可能数一杯の2個の電子で埋まっています。
1s軌道に入る2個の電子は、共に磁気量子数m_lが0、スピン磁気量子数m_sがそれぞれ1/2, -1/2であるので、2個の電子の全軌道磁気モーメント、全スピン磁気モーメント共に0となり、磁気モーメントを持たないのではないでしょうか？

お礼日時：2007/05/30 18:29

No.2 回答者： forall0-9 回答日時： 2007/05/30 16:50

こんにちは。

少し前まで理学部に在籍していた者です。
そんなに成績が良い方ではなかったので、確かではないかもしれません。
参考程度に。

2s軌道は球形、2p軌道はx軸・y軸・z軸の3方向に原子核から外に向けて
逆のしずく型（もうちょっと違う言い方があった気がします…）を
しているとイメージすると分かりませんでしょうか。
確か有機化学（ジョーンズ）の教科書の最初に書いてあったと思います。

2s軌道の球形よりも、2p軌道の３方向へ伸びる逆しずく型の方が
外へ向かって出っ張っているので、より多原子への作用がしやすい
つまりエネルギー準位が高い。
よって、2s軌道の方が2p軌道より準位が低いというような…
厳密に言えば、それぞれの形の中での存在確率という話になると思うし
単に出っ張っている先端に電子が存在する“時も”あるということなので
微妙ですが、少なくとも2sの球形、2pの逆しずく型とは“ちょっと”
2pの方が2sより外にいる可能性が高いということでしょうか。
説明している自分でもよく分からなくなってきました…

教科書に書いてある事をそのまま掲載するのは著作権の問題でできないので
私の記憶から引っ張り出してきましたが、いかがでしょうか。

他のもっと詳しく説明して下さる方に期待しましょう（苦笑）

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
私も同じようにs軌道とp軌道の形の違いを見て色々考えましたが、どうもしっくり来ません。
＃forall0-9さんの言われる「他原子への作用がしやすい」の意味が分かりませんが・・・

例えば、Liだと、He:(1s)^2、つまり1s軌道に電子が詰まっているところに、さらに一個電子を付け足す訳です。
原子核近くに存在確率が大きい2s軌道の波動関数は、同じ形の1s軌道の波動関数と重なる部分が多く、クーロンエネルギーの損が直感的には大きいように感じます。
逆に、しずく型の2p軌道は1s軌道とは波動関数の重なる部分が少なく、クーロンエネルギーの損が小さいように感じます。
つまり、2p軌道のエネルギーの方が2s軌道のそれより、クーロンエネルギーの分だけ低くなりそうな気がするのですが、現実は逆なのですよね・・・
単なる私の直感的なイメージなので、直感が間違っていると言われるとそれまでなのですが・・・
ちゃんと計算しないと分からないのかな・・・

お礼日時：2007/05/30 17:44

No.1 回答者： storm50 回答日時： 2007/05/30 16:41

2sが低くなるというよりは2pが高くなるといえます。

1s軌道に電子が入ることによって、磁場がかかって縮退がとけます。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。しかし、よく理解できません。
「1s軌道に電子が入ることによって、磁場がかかって縮退がとけます。」との事ですが、
・1s軌道に電子が入ると、なぜ磁場がかかるのでしょうか？
・磁場がかかると、なぜ2s軌道(方位量子数l=0)と2p軌道(l=1)の縮退が解けるのでしょうか？磁場中で磁気量子数m_lの異なる状態の縮退が解ける事(ゼーマン効果)は知っていますが、この場合とは直接関係ないですよね。

お礼日時：2007/05/30 17:12