鉄には電子のスピンがうちけさないため、磁界ができるようですが、でんしはS,P,D軌道を動いていますよね。それなのにスピンをもっているとはどういうことなのですか?

A 回答 (5件)

おおよそHIMADESUさんの答えでよろしいかと思います。



ですが勘違いをなさるかもしれない点があったので補足しておきます。
tetuharuさんのおっしゃっている軌道と
HIMADESUさんのおっしゃっている『一つの軌道に電子(電子スピン)は2個入ります』
この文章で出てくる軌道、この2つの軌道言葉は同じですが
さしているものは違うんです。

簡単にいいますと、tetuharuさんの考えているだろう電子は
(つまりs、p、d軌道上にある電子とは)
HIMADESUさんのおっしゃっている電子が2個はいった軌道
のことをさしているのです。
HIMADESUさんのおっしゃっている軌道というのは
結合性軌道というものであり、量子力学の本に必ず出てきますよ。

量子力学・量子化学はとっつきにくいでしょうが
がんばってください。
    • good
    • 0

 原子の中において電子どうしの間でクーロンポテンシャルを通して相互作用が働きます。

この相互作用はパウリの排他律によって単なるクーロン斥力だけでなく交換相互作用を生み出します。電子の軌道が原子核と電子の相互作用に着目して(近似的に)得た状態なのに対して、交換相互作用は電子どおしの間の相互作用です。基本的に磁化が発生するのはこの電子の相互作用によって原子核と電子の相互作用により決まるエネルギー順位が入れ替わってしまうからです(ワイスの強磁性の平均場理論に相当すると思います)。図式的に表すと
 エネルギー順位
 =軌道(原子核と電子の相互作用)エネルギー+電子の相互作用エネルギー
という感じでしょうか。このとき下から電子を詰めていって、余分なスピンがあると磁化が発生します(といっても、電子どうしの相互作用が関係し、1個電子を加えると相互作用の仕方が違ってくるので、単純に電子をつめていくのとはちょっと違います。交換相互作用は磁化を発生させる方向に働くため、これが大きいことが磁化をもつためのほぼ必要条件になります)。
 普通の金属の場合は電子どおしの相互作用はフェルミ面より下の場合は状態全部占有されているために単なる原子核のクーロンポテンシャルの遮蔽としてはたらき、フェルミ面近傍では電子ガス的(s、p軌道がベースのバンド)であれば電子のクーロンポテンシャルは他の電子によって遮蔽されます。しかしながら、遷移金属などでは、フェルミ面近傍に3d電子など原子に局在した電子があり(原子の周りをくるくる回っているために、同じエネルギーであっても原子核に近いところに電子の雲が集中している)、この場合には大きな相互作用をもたらし大きなクーロン斥力や交換相互作用がはたらきます。したがって、上記により強磁性が発生します。この局在性とバンド(自由電子)的な性質があるため遷移金属などでは、バンド理論として説明する立場と、原子の軌道と原子間の電子の相互作用という概念を使って説明する立場2通りがあります。(この二つの立場は現在は統一されて理解されています。)
 説明が長くなりましたが要は電子の相互作用による効果だということです。siegmundさんがおっしゃっているように、金属の磁性の場合は、電子の相互作用がフェルミ面近傍で作用するために(フェルミ面の不安定性から)多体効果が大きく現れていまだに完全に理解されているわけではありません(といっても、平均場の範囲であれば、バンド理論でも、局在理論でも、相互作用の大きさを現象論的にもってきさえすれば、そんなに難しいはなしではなく、そういう意味では大体のところは分かっています)。
    • good
    • 0

工学の分野や化学の分野で磁化といったら、電子のスピンの事は忘れてください。


覚えていたとしても、「同じ軌道には向きの異なったスピンを持った電子同士しか入れない」というパウリの排他則(だったかな)があったな程度でいいと思います。
もし、スピンについて知りたいのであればとりあえず「異常ゼーマン効果」というのを調べてみてはいかがでしょうか?
(あわせて「ゼーマン効果」も調べるとなぜ「異常」なのかも解ります。)
    • good
    • 0

孤立した鉄の原子,あるいは化合物結晶中の鉄の原子が磁気モーメントをもつことと,


金属の鉄が強磁性体になることとはかなり話が違います.
質問には「磁界ができる」という表現がありますので,後者の方として回答します.

金属強磁性体の話は現在でも固体物理学の難問の一つです.
鉄の磁性を担っているのは3d電子で(4s電子も少し関与している),
この3d電子は鉄原子核の束縛を離れて遍歴電子になりバンドを作っています.
強磁性になるかどうかは,バンドの構造と電子間相互作用で決まりますが,
具体的に強磁性になる条件を特定するのは非常に困難な問題です.

なお,鉄にはf電子はありません.
4f電子が重要になるのはランタニド元素(希土類)です.
    • good
    • 0

 大学時代に習ったことなので、もう忘れてしまいましたが、確かこんなことだったと思います。


 一つの軌道に電子は2個入ります。この2個の電子は逆方向のスピンとなるように存在して、磁界を打ち消しています。鉄の場合、磁化されていない時は、最外核の軌道に2個電子が入って磁界が出来ないのですが、外部から磁力を与えると、この電子の内、1個がf軌道に移動します。この結果、電子が1個入っている軌道が二つになります。この時、この2つの軌道の電子は、同方向のスピンになるため、磁界が発生する。
 もう20年以上も前に習ったことですが、こんなことだったと思います。
    • good
    • 0

お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!

このQ&Aを見た人はこんなQ&Aも見ています

このQ&Aを見た人が検索しているワード

このQ&Aと関連する良く見られている質問

Q電子レンジの遮蔽網の穴の大きさ

電子レンジの遮蔽網の穴の直径は約6cmだそうですが
(http://www.ktv.co.jp/ARUARU/search/arumicrowave/microwave2.htmより)

遮蔽網の穴の直径が6cmでよい理由を知りたいです。

c =f・λをベースにして

 光速(c)=3.00×10^8m
 電子レンジ周波数(f)2.45×10^9Hzを代入して
 電子レンジ内のマイクロ波の波長が約12cm

ということは想像できるのですが

1.光が 1/2波長以下であれば透過しないということなのでしょうか?
2.だとすれば、なぜ1/2波長以下ならば透過しないのでしょう?
3.そもそも「C=f・λをベースにする」という考え方は正しいですか?

以上よろしくお願いします。

Aベストアンサー

私が疑問に思ったのは25年ほど前、電波天文学の本で電波望遠鏡のチキンネットアンテナを見たときでした。(ニワトリ小屋の金網なんかで、電波が反射できるのか? 中学生でも無線に詳しい人は多かったが、さすがにこれに答える人はいなかった)

「穴径:1/2波長」を理解するには、波動学とか電磁気学とかいろいろ理解しなくてはならないと思います。
まず電磁波の入門書としては、講談社:ブルーバックスの「アンテナの科学」が良いでしょう。 穴径の話は出てきませんが、電波とか指向性とかを理解するのに適しています。 アレイアンテナも載っています。
ただシミュレーションが波の形そのものだったり、縦書きだったり(書評を書くと厳しくなってしまう。 読み返してみたらkoyuki2001さんの気にしている c=f・λ の式さえ載っていない)

空気中の電波の速度は、光速定数と同じなのでc=f・λは使えますよ。

Q電流が作る磁界の向きと電子スピンの作る磁界の向きの関係

直線電流の作る磁界は電流を中心にした同心円状になり、右ネジが進む向きを電流の向きとすると、ネジの回転方向が磁界の向きとなりますが、ここで、疑問に思ったのです。なぜ、電流を流すと決まった向きに磁界ができるのか?そもそも電流は電子の流れですので、電流が作る磁界は結局、電子の流れが作る磁界であると考えました。では、なぜ、電子の流れが磁界を作るのでしょうか?電子はスピンしているようですが、難しいかもしれませんが、高校レベルで理解できるように説明していただければと思います。宜しくお願い致します。

Aベストアンサー

http://www.moge.org/okabe/temp/quantum/node25.html
ここで考査して下さい。
電子方向と90度違う向きに磁界が現れます。
ジャイロは90度位相で力の反動を生みますね。^^

>なぜ電子の流れが磁界を作るのでしょうか?
電気=磁界=電界=電波
送信したら、受信して元の音声に戻ります。

Q電子ペーパーについて

最近製品に使われ始めた電子ペーパーについて。
電子ペーパーはペーパーというだけあって紙のようにぐにゃぐにゃ曲げることができるのでしょうか?
ある程度は曲げられるが、紙みたいに直径の小さいロール状に巻いたりはできないのでしょうか。
また、折り曲げたら終わりでしょうか?

Aベストアンサー

これのことでしょうか。
http://www.itmedia.co.jp/news/articles/0507/13/news028.html

ぐにゃぐにゃ曲げることは問題ないみたいですが、直径の小さいロール状とか、折りたたんだりとかはできないみたいです。
曲げても折り目がつくだけで機能には問題ないとの話を聞いたこともありますが、聞いただけですので自信なしにしておきます。
個人的には、表示を保持するのに電源を必要としないというところが画期的と感じます。

参考URL:http://www.itmedia.co.jp/news/articles/0507/13/news028.html

Qs軌道1個、p軌道3個、d軌道5個… となる理由は?

s,p,dなどの軌道は、(半径方向以外の)ノードの数によって分類されているようですが、ノードの数が同じならばエネルギーも同じと見てよいのでしょうか?

また、ノードなしのs軌道やノード1個のp軌道はまだ分かりますが、ノード3個のd軌道が5つしかない理由がよく分かりません。
4つ葉型の3つはxyzに対し対称ですが、残りの2つは対称形になっていません。線形結合すれば同じになりそうな気もするのですが、だとしたらなぜ4つ葉型は3つあるのにこちらは2つで全範囲をカバーできるのでしょうか?
ノードの形はこの5つの他に考えられないのでしょうか?

Aベストアンサー

一つ目の質問ですが、全ノード数が同じなら、という意味でしょうか?
電子一つしかない水素様原子なら、軌道エネルギーは主量子数だけで決まるので、確かにそうなります。
2s = 2p, 3s = 3p = 3d
ですね。
しかし一般の原子だと角運動量子数に依存しますので、主量子数が同じでも角運動量子数が大きい軌道の方がエネルギーは高くなります。
質問にある”ノード”が、動径部分のノードを除いた後の数を比較しているのなら、確かにそういう風に表現することもできるでしょう。しかし、2px = 2py = 2pz, 3dz^2 = ... = 3dx^2-y^2ということを言っているだけなので、あらためて別の表現をする必要も無い気がしますが。

2つ目の質問ですが、まずノードの数の解釈がごっちゃになっていませんか?
質問からすると、動径方向のノードの数を除いて比較されているようですが、それだとd軌道は2個になりますよね?もちろん、主量子数が同じなら全ノード数は共通なので、3s,3p,3dのノードは全て2個ずつです。
また軌道の対称性についてですが、d軌道の形は全てD2hの対称性を持っています(3dz^2だけはD(無限大)hですが)。もちろん、これらの線形結合で他の形状の軌道も作ることができます。しかしそうやって作成した軌道は、結局はもともとの3d軌道の混ぜ合わせでしかありません。
線形代数の言葉で言えば、もとの3d軌道は独立なベクトルである、ということです。

一つ目の質問ですが、全ノード数が同じなら、という意味でしょうか?
電子一つしかない水素様原子なら、軌道エネルギーは主量子数だけで決まるので、確かにそうなります。
2s = 2p, 3s = 3p = 3d
ですね。
しかし一般の原子だと角運動量子数に依存しますので、主量子数が同じでも角運動量子数が大きい軌道の方がエネルギーは高くなります。
質問にある”ノード”が、動径部分のノードを除いた後の数を比較しているのなら、確かにそういう風に表現することもできるでしょう。しかし、2px = 2py = 2pz, 3dz^2 = ....続きを読む

Q「ゆたぽん」を温める電子レンジの大きさは?

電子レンジで温める普通サイズの「ゆたぽん」を購入したいのですが、我が家のレンジの大きさで使えるかどうか心配です。電子レンジの中の回転皿は直径26cmしかありません。「ゆたぽん」が大きすぎたら2つ折りにして温めたりできるのでしょうか?教えてください。

Aベストアンサー

私は白元のゆたぽんで、本体サイズ(箱に書いてある)が18x27cmの物を使っています。
箱には18x27とありますが、実際の暖まる部分は14x20cm位です。
ゆたぽん自体がビニールの袋に入っており、その袋にはレンジから取り出すときに掴む部分があるため、27cmとあります。
なので回転皿が26cmあれば使えると思います。
二つ折りは出来ないです。結構厚みがあるので。
ケーキなどを買うと付いてくる保冷剤を大きくした感じの物です。
(もちろん中身は保冷剤ではないと思いますが。)

袋にも書いてありますが、外袋は破いて中身を取り出して使うような感じですが、破かずにそのまま使うので注意してください。

Q一様な磁界の中に磁界の方向と角αをなして初速度vで入射した電子はその磁界の方向を軸とするらせんの上を

一様な磁界の中に磁界の方向と角αをなして初速度vで入射した電子はその磁界の方向を軸とするらせんの上を運動をすることを示し、その一周の周期を求めよ。
この問題を外積を使って求めるやり方が分からないです。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

ベクトルの外積を使えば
 →F = q * →v × →B
です。ここでは「電子」は負電荷なので q>0 と定義すると
 →F = - q * →v × →B
となります。力の向きを考えるときには要注意です。

あとは、言葉と式ではイメージがつかめないので、ご自分で「3次元の絵」を描いて進めてください。
↓ このサイトが参考になると思います。
http://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/elec/ro-renn/jibakadenn.html

力 →F は
(1)→v と →B とに直交する向き、つまり「 →B に直交する平面上で、→v に直交する方向」で、「→v を →B に重ねる方向に回したときに右ねじの進む方向」の「マイナス」なので逆方向。
(2)大きさは、初速度 →v が磁界の方向と角 α をなしていれば
  |→F| = q * |→v| * |→B| * sin(α)   ①
となります。

つまり、電子は
(a)→B 方向には力を受けないので、 初速度 →v の →B 方向成分で、→B 方向に等速運動。
(b)→v と →B とに直交する向きに力を受けるので、 →B 方向に直交する平面上で円運動。
を合成したらせん運動をします。

(b)の円運動の「向心力」が①なので、電子の質量を m, 円運動の半径を r とすると
 |→F| = m[v * sin(α) ]² /r = q * v * B * sin(α)
より
 [v * sin(α) ]/r = q*B /m
これが円運動の「角速度:ω」なので、一周(2パイ)に要する時間=周期 T は
 T = 2パイ/ω = 2パイm/( q*B )

らせん運動の周期は、入射角に依存しないということです。
(ただし、らせん運動の半径は入射角に依存します)

ベクトルの外積を使えば
 →F = q * →v × →B
です。ここでは「電子」は負電荷なので q>0 と定義すると
 →F = - q * →v × →B
となります。力の向きを考えるときには要注意です。

あとは、言葉と式ではイメージがつかめないので、ご自分で「3次元の絵」を描いて進めてください。
↓ このサイトが参考になると思います。
http://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/elec/ro-renn/jibakadenn.html

力 →F は
(1)→v と →B とに直交する向き、つまり「 →B に直交する平面上で、→v に直交する方向」で、「→v を →B に重ねる...続きを読む

Q電子レンジの回転皿(耐熱ガラス)について

東芝製品の電子レンジ(品番ER-V33)を使用しています。古い機種ですがまだ十分使えます。その電子レンジのガラス回転皿(耐熱ガラス)を誤って割ってしまいました。直径26cmです。市販で代用出来るものは販売しているのでしょうか?品番等教えて頂ければありがたいです。よろしくお願い致します。

Aベストアンサー

メーカーから専用のものか 代用可能なものを手配してもらうというのはNGなのでしょうか?

どのメーカーも回転皿だけ単品で 店頭には置いてないので同じ結果だと思うのですが
(メーカーに問い合わせて同じサイズのものを購入したことがあります)
http://www.toshiba.co.jp/csqa/contact/cs/tha-contact_j.htm#buhin

Q1s電子軌道の古典的イメージ

水素型原子の1s電子の軌道は角運動量量子数l=0で確率密度分布はある距離のところに角度方向は均一に分布しています。原点の確率密度は0に漸近していますがクーロン力で近づく電子を押し戻す力はどう理解すればよいのでしょうか。

古典的イメージではクーロン力と遠心力でバランスが保たれていると思うのですが、それにはとにかく回らなくてはなりません。遠方で確率密度が小さくなるのは直感的に理解できますが角度関数が定数である1s軌道の古典的力学的イメージは径方向に固有振動していると考えれば良いのでしょうか。

これは勉強していない私の全くの想像ですが周囲からマイナス電荷を持つ電子雲が均一に近づくためお互いに反発しあって原点に近接できず押し戻されるのでしょうか。ご専門の方またはお詳しい方のご指南をよろしくお願いします。(当方学生時代にシュレディンガー方程式を勉強したときは式を追っかけるのが精一杯で物理的意味は殆ど分かりませんでした。)

Aベストアンサー

>つまり動径方向にのみ振動した固有状態が出来ていると考えてよろしいのでしょうか。
「振動した」の意味をつかみかねているのですが、1s軌道は膨らんだりしぼんだりする軌道ではないので、普通の意味では「振動」はしていません。
1s軌道は、動径方向の運動量演算子の固有関数の重ね合わせで記述できるとは思いますが、それだけのことです。
確率の流れj=(1/m)Re(ψ~(h/i)∇ψ) (m=電子の質量,ψ~=ψの複素共役,h=プランク定数/2π)
を計算してみると、r方向への流れはない事が分かります。

・・・という事を書いていて思いましたが、1s軌道がz軸周りに回っているかどうかってのは、本来、この確率の流れで論じるべきことだったのかもしれません。1s軌道におけるφ方向の確率の流れを計算すれば、確かに、φ方向には回っていない、という事が分かります。

>この説明も大変分かりやすいのですが少しニュアンスが異なるように思います。私は縞模様のない波動関数の説明には前半の回答の方が何となく分かりやすいのですがコメント頂ければ幸いです。
1sの「状態」を古典的に(重ねあわせとか量子力学的な事も使っているが)、無理矢理解釈したものなので、そんなに深い意味はないですし、正確な描像ではないです^^;

>波動関数から計算した確率密度は球座標ではヤコビアンr^2が掛かるためご指摘のように原点近傍にいる確率は実際のところ0であると思っています。この0になる物理的理由はやはりクーロン力が働くためエネルギーが低くなりすぎそれを補う回転運動を期待できないと考えてもよろしいでしょうか。
繰り返しになりますが、s軌道の場合、波動関数は原点で有限の値をとるんです。つまり、ある確率で、原子核のすぐそばに来れるんです。(これはp軌道などとは大きく違う性質です)
r^2をかける云々というのは、「電子がr~r+drの位置にいる確率」を考えた場合の話です。この確率はr≒0で確かにゼロに近くなりますが、単にr~r+drの間の球殻の体積がゼロに近づくから、というだけのことです。(小さな体積の中に電子がいる確率は小さいですからね)

>つまり動径方向にのみ振動した固有状態が出来ていると考えてよろしいのでしょうか。
「振動した」の意味をつかみかねているのですが、1s軌道は膨らんだりしぼんだりする軌道ではないので、普通の意味では「振動」はしていません。
1s軌道は、動径方向の運動量演算子の固有関数の重ね合わせで記述できるとは思いますが、それだけのことです。
確率の流れj=(1/m)Re(ψ~(h/i)∇ψ) (m=電子の質量,ψ~=ψの複素共役,h=プランク定数/2π)
を計算してみると、r方向への流れはない事が分かります。

・・・という事を...続きを読む

Q電子レンジ

電子レンジからの電磁波の漏れが起こる理由を教えて下さい。波長が12センチもあるので、たとえ隙間があってもその隙間の大きさ(直径)が12センチ以下であれば漏れないと単純に思ってしまうのですが・・・。波長と漏れとは無関係なのでしょうか?よろしくお願いします。

Aベストアンサー

漏れは、金属の無い部分からだけではありません。

仮定として
筐体の金属の抵抗値が高くて導電性プラスチック程度だとすると、
波長の長さに関係なく、電磁波を通します。
実際は、
電子レンジの筐体は、そこまで高くはありませんが、
励起しようとする方から見れば、電気抵抗がけっこう高いのです。

Qs軌道とp軌道のエネルギーの違い

s軌道とp軌道のエネルギーの違いが生じる理由について教えていただけないでしょうか。

例えば、ナトリウムは3p-3s間でD線の発光をしますよね?
このとき、スピン軌道相互作用によって3p準位が2つに分裂して
D線は2本観測されると書籍にはあります。

しかしながら、3sと3pでは主量子数n=3で共通なので、3sと3pのエネルギー準位は一致し、そもそも発光が起きないように思えてならないのです。
私は、3sと3pはlの値のみが異なっており(l=0とl=1)、磁場をかけてゼーマン効果が生じない限り2つのエネルギー準位に差はないのでは、と思っています。

実際には発光が起きているので私の考え方が間違っているはずなのです。
s軌道とp軌道のエネルギーの違いが生じる理由、及びナトリウムにおいて3sと3p間で発光が生じる理由を教えていただけないでしょうか。

Aベストアンサー

水素原子のエネルギー準位は確かにs軌道とp軌道は同エネルギーです。が、ヘリウム以降の2個以上の電子を持つ原子では、s軌道とp軌道ではエネルギーが異なります。これは、より内核の電子が原子核の電荷を遮蔽するのですが、s軌道とp軌道ではs軌道の方が原子付近の存在確率密度が大きいために、原子核とのクーロン相互作用が大きく、エネルギーが低下するためです。水素以外は、s、p、dの縮退は解けています。
というわけで、s軌道とp軌道でエネルギーが異なっていれば、選択律からs軌道とp軌道の遷移は許容ですので、発行が生じます。


このQ&Aを見た人がよく見るQ&A

人気Q&Aランキング

おすすめ情報