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電子軌道の話です。当方、高3の娘がいる父親です。娘が化学反応式を丸覚えしまくっているのを見て、「電子軌道を使って考えてご覧。」といったら「そんなの教科書に載ってないよ。」との返事。娘のもっている参考書を調べてみると、やっとSP軌道の話が2ページくらいありましたが、混成軌道もd軌道もなく、驚いてしまいました。そのへんの内容がきっちり書かれている高校生向け参考書でいいのがあったら教えて下さい。(教養課程の時の教科書がでてきたのでそれを見せたら、演算子だの微分方程式が複雑で分かんない、といわれてしまったので、普通に高校生が理解できそうなものでお願いします。)

A 回答 (5件)

今の高校の化学ではsp軌道が…の電子軌道はほとんどやらないと思います。


私が高校生だった頃は「こんな物もあるよ」程度にさらっと流しただけでした。一応、工業化学科だったので専門課程なのですが。
電子軌道は大学でやった記憶があります。おそらく、現在の高校の参考書には載っていないと思いますので、高校生向け参考書ではなく大学生などが読むような応用科学系の本になら…と思います。
今と昔ではカリキュラムが全然違いますので。

今の高校生はボーアの原子モデルを習っているので、価電子がいくつあるから…という話し方で教えてあげるといいと思います。
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この回答へのお礼

了解しました。
やはり教養課程に引っ越してしまったんですね。
ありがとうございました。

お礼日時:2010/05/21 16:57

電子軌道や分子軌道の理解のためには「直交」の概念が必要です。


数学C(多分)の中の線形代数か、数学IIの複素数(あるいはベクトル)の直交の概念、が理解出来ていないと混乱するばかりです。
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高校の化学反応式には、分子軌道は必用ないのでは?



>混成軌道もd軌道もなく、驚いてしまいました。

 あなたの世代だけが、この恩恵を受けているのです。しかし、分子の形の理解や反応機構の深いところまで理解しようとしない限り、化学反応式には必要はないでしょう。
 正直なところ、分子の形や結晶の形を観察した結果から、どの軌道計算が合致するかを調べているというか、悪く言えばこじつけている側面もあります。

 もちろん、AOやMOを身につけているから化学反応式を丸覚えしなくてよい・・ってこともありません。化学結合論を学ぶことになります。

 価電子やイオン化エネルギー、電子親和力をつっかり理解しておけば、化学反応式を丸覚えしなくてよくなるでしょう。
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この回答へのお礼

>悪く言えばこじつけている側面もあります。
なるほど、ぶっちゃけた話はそういうことなんでしょうね。
小生、高校卒後はLie群を専攻してしまったので、化学については元々不十分な知識の上、記憶がなくなっていますが、いただいたイメージは大変参考になりました。
ありがとうございました。
本はないと思っていいんですよね?

お礼日時:2010/05/21 16:53

化学反応式を電子軌道を使って考える


ということがお父さんにはできるのでしょうか。

sp混成軌道は分子の形を考える時には役に立ちます。
反応を考える時に使うことができるという風に習われたのですか。

原子価のことを言っておられるのでしたら周期表の位置と電子配置から判断できます。
オクテットを元にした電子式でかなりの事が分かります。

遷移元素にはd軌道があるというのが特徴です。
このグループの元素はだらだらと性質が変わるので「遷移」元素という名前が付いているというのはd軌道を考えると理解しやすくなります。複数の原子価を持つものが多くなるというのも同じように説明出来ます。でもd軌道の存在を知っていれば、「鉄の原子価は2+と3+だが銅の原子価は1+と2+である。これはどうしてか?」という具体的な問に答えることができるというわけではありません。

化学の現代化と称して高校の化学に混成軌道を持ちこんだ人達がいます。現場は混乱しました。単に暗記項目を増やしただけになってしまいました。
10年程で消えてしまいました。当然です。
やれやれという感じなのですが、あれの方が良かったという人がおられるのですね。

分子の形は「電子対の反発」で考えることができます。
軌道という新たな枠組みを持ちこまなくてもいいという点では使いやすいです。
対で考えるというところには量子力学的な結果が反映していますから半古典論のような理論です。
でも教科書に電子式は出てくるのですから大きくジャンプしたというイメージなしに話ができます。

混成軌道がだめなら分子軌道で、と考える人もいるかもしれません。
でも分子軌道論の本の中にも「電子対反発説」の紹介の章があります。
これこそ分子軌道論の及ばない部分があるという証明になっているのだろうと思います。
(「統計力学の本の中に熱力学の章がある」というのと似ている感じがします。)
メタンの構造が正4面体であるというのは対称性から出てきます。
電子対の反発でも説明ができます。
混成軌道はこれの説明のために考えられたものだと言っていいくらいのものです。
でも分子軌道法ではコンピュータの計算の彼方に隠れてしまってはっきりしません。

分子軌道を使って初めて説明するのに成功した性質や反応があるということは確かでしょう。
でもそれを高校に持ち込む必要はありません。
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この回答へのお礼

お返事ありがとうございます。おっしゃる通り、周期表である程度原子価は思い出せますが、その周期表さえ「どうして遷移元素がこんな場所に置かれているのか」というような全く不可解なことが、軌道の話を読めば「分かったような気」がします。
「周期表で問題は解けるよ。」というお答えは大変ありがたいのですが、高校での知識での「分かったような気」すらないと、単なる問題を解く為の記憶科目と化してしまい、子供達が化学に興味をもてないと思います。
そこで「本を紹介していただきたい。」という質問をさせていただいたのですが、どなたも質問には直接お答えいただいていないことからすると、そんな本は売ってないんでしょうね。
いろいろ長文書いていただき、ありがとうございました。

お礼日時:2010/05/21 15:45

それって、鶴亀算を連立二次方程式で解け、と小学生に言うくらい「ちょっと行きすぎ」の話じゃないかと。

逆に言えば、そこら辺をきっちりと理解するなら、電子の振る舞いを数学的にきっちり解析できる能力がないと不十分だと思うんですが・・・。

高校化学では、基本的に昔ながらの「イオン化傾向」だけで解ける問題しか出てきませんし、反応のパターンも代表的なものしか出てきませんので、丸覚えで十分なんですよね。全部の参考書を見たわけじゃないですが、SP混成軌道の話が出てくるだけまだマシだと思いますよ。
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この回答へのお礼

お返事ありがとうございました。

お礼日時:2010/05/21 16:55

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