“遷移元素がイオンに変化したとき、2価になる原子(元素)が多く、
1価、3価、4価などになる原子もある”と、
「化学結合の見方・考え方」に記されていました。

とある化学系のHPにもそのようなことが書いてあり
電子のもつ軌道に理由が隠されているようなのですが、理解できません。

第1イオン化エネルギー:E1
第2イオン化エネルギー:E2
中性粒子からn価のイオンになるのに必要なエネルギーをE(n)
のように定義した場合、
E(2)=E1+E2ですよね。

E(1) < E(2)なのに( 少なくとも E1 < E2 であるのに )
なぜ、1価よりも2価になりやすいのでしょう?

自分が扱っている原子は銅です。よろしくお願いします。

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A 回答 (5件)

 悩みましていろいろ検討しました。

銅の場合電子の配置は
  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10
 (エネルギー準位順、副電子殻の構造:1=K、2=L
 ・・・の主電子殻を示し、s・p・dは副電子殻、記号の
 後の数は電子数を示す。)
 なんです。最外電子殻N(4S)に1個の電子が存在しま
 すから1価の陽イオンになることは明らかです。
 では、何で2価のイオンに成り易いかです。
 次の副電子殻は4pで定員は6です。この、4s・3d・
 4pのエネルギー準位はあまり差がないのです。
  で、「フントの法則:不対電子の構造をとりやすい」
 (スピン量子数の片方側だけをとりやすい)
 から、4s・3d・4pの定員は2+10+6=18
 これが不対電子構造をとると、18/2=9です。
 銅の内殻の電子数が18で18+9=27になります。
 銅の電子数は29、Cu+は28、Cu2+は27個
 です。よって、銅(2)イオンの電子配置は
 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 4p3
 となって安定する。と考えられます。
 
 違っていたら 教えて下さい。
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この回答へのお礼

返答遅れてすみません。
よくわかりました。今日になって、初めて目を通した
私がバカでした。もっと早く読んでおくんだった、、、

本当、ありがとうございました。

お礼日時:2001/02/21 03:11

Cuの場合、f軌道は関係ありませんね!


化学の基礎の本を引っ張りだして見たのですが、
Cuのイオン化ポテンシャルのデータは第一、第二、第三までしか記載がありませんね?

ところで、質量分析の原理は概略判りますが、試されている実験方法では電子1個分の差も検知できるのでしょうか?

それと、イオン化ポテンシャルのデータと同様に考えてよいのか判断つきかねますが、Cu(I)が2個のクラスター(?)は存在しないのでしょうか?
どうも、2→1→3→4の順番の理解はできませんね?

基礎の方のフォローお願いします。
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追加情報です(?)。


1.http://www.shokabo.co.jp/mybooks/ISBN4-7853-3019 …
(無機化学概論)

d軌道、f軌道を扱った成書はたくさんあると思いますよ。

ご参考まで。

この回答への補足

早速の回答、ありがとうございました。
これから調べてみようと思います。

私が扱っている銅は純度99.9%のものです。
この銅の厚さ1mmの基板を、レーザーアブレーションのターゲットとして
用いており、アブレーションによって発生・飛散した銅の多価イオンを
追っています。

1価から4価のイオンが観測されていますが、そのイオン収量(確立)は
大きい順に2価、1価、3価、4価だったのです。
そこで、疑問が生まれたんです。質問したように。

化学の知識は小学生なみなんですけれども、金属錯体は化合物ですよね。
多価イオンを追うとき、エネルギーアナライザーを用いて質量分析的
手法で解析していますが、実験より得られた飛行時間のピークは、
銅の2価のイオンの飛行時間理論値とピタリ一致するので
化合物ではないと考えています。
もっとも、クラスター数は1のみと過程した上で処理してしまって
いるのは事実です。

このような補足で的が絞れれば良いのですが,,,

とにかくこれからじっくりと,紹介していただいたHP及び文献を
あたってみたいと思います。ありがとうございます。

補足日時:2001/01/30 22:14
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追加情報です。

ますます難しくなりますが・・・?
以下の成書は如何でしょうか?
---------------------------
1.配位子場理論/B.N.Figgis…[他]/南江堂/1969 
2.配位子場理論とその応用/上村洸,菅野暁,田辺…/裳華房/1969 
3.配位子場理論入門/Carl J.Bal…[他]/丸善/1967 
-----------------------------
Cuのどのような化合物ですか?
錯体では・・・?

補足お願いします。
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直接的な回答ではありませんが、以下の参考URLサイトは如何でしょうか?


「イオン化ポテンシャル」
更に、少し的はずれかもしれませんが、
http://www2.ionbeam.hosei.ac.jp/thesis/1987/1-1. …
(PIEXスペクトルの化学結合効果)

ご参考まで。

参考URL:http://www.c-park.com/crystal/atom125.html
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えっと....
電子配置は
[39]Y: [Kr] 4d1 5s2
[50]Sn: [Kr] 4d10 5s2 5p2
[71]Lu: [Xe] 4f14 5d1 6s2
ですね. 順に価数を見ていくと:
Y: 普通に考える限り, 4d と 5s の電子が全て抜ける 3価が安定のはず. 2価だとおそらく [Kr] 4d1 の配置になるんでしょうが, これが安定であるとはちょっと想像できない (中性 Rb と似た感じなので) です.
Sn: 安定状態は [Kr] 4d10 の 4価. 14族で C, Si, Ge と同族ですから 4価というのはうなずけるのではないでしょうか. ちなみに 5p 電子だけが価電子となる 2価の可能性もありますが, Sn では 4価の方が安定です (逆に Pb だと 2価の方が安定).
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中途半端なやつは難しいんですが, この例で出た元素はかなりわかりやすいはずです.
まあ, 11族以外なら, 族の番号だけで価数は想像が付きます:
1~4族はそのまま 1~4価. ランタノイド, アクチノイドには Ce や Th のように 4価になるものもあります.
5~10族は全部遷移元素で, だいたい 3価を持ちます. その他, 2価やもっと高い価数を持つこともあります.
12~15族: 「族番号 - 10」が価数になります. Tl 以降は「族番号 - 12」の方が安定ですが.
16族: 全ての元素で 2価が存在します. S 以下は 4価とか 6価もあり.
17族: 全て 1価が存在します. Cl 以下は 3, 5, 7 と奇数価もとれます.
18族: 基本的には 0価だけど Kr 以降は化合物を作ります. 全て偶数価.
11族はいやらしいんだけど Cu: 2価, Ag: 1価, Au: 3価が安定のはず.

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[50]Sn: [Kr] 4d10 5s2 5p2
[71]Lu: [Xe] 4f14 5d1 6s2
ですね. 順に価数を見ていくと:
Y: 普通に考える限り, 4d と 5s の電子が全て抜ける 3価が安定のはず. 2価だとおそらく [Kr] 4d1 の配置になるんでしょうが, これが安定であるとはちょっと想像できない (中性 Rb と似た感じなので) です.
Sn: 安定状態は [Kr] 4d10 の 4価. 14族で C, Si, Ge と同族ですから 4価というのはうなずけるのではないでしょうか. ちなみに 5p 電子だけが価電子となる 2価の可能...続きを読む

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