引越しでおトクなインターネット回線は?>>

2価の銅イオンの電子配置について調べていたら
見解の違う記事が2つあったのでどちらが正しいのかわかりません。
わかる方いらっしゃいましたらよろしくおねがいします。
一方はhttp://oshiete.goo.ne.jp/qa/34149.html
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 4p3となり安定と記されてます。

もう一方は
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question …
K:2 L:8 M:15 N:2となってました。

A 回答 (5件)

どちらも間違っています。



正しくは
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d9
K:2 L:8 M:17
です。

なぜそうなるのかについては
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/4170566.html
をみて下さい。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
URL拝見いたしました。大変参考になりました。

お礼日時:2012/05/26 18:58

> Cu^2+ の電子配置は(3d9)(4s0)である


> という結果はどういう測定によって得られた結果なのでしょうか。

自由イオンのスペクトルデータから得られます。
中性原子の電子配置が自由原子のスペクトルデータから得られるのと同じです。


> 原子の場合は単体で測定が可能でしょう。イオンというのは本来的に化合物です。

希ガスや金属蒸気などの単原子気体であれば、単体で自由原子の測定が可能です。しかし、気相が分子からなる元素であれば測定が不可能になります。例えば、水素原子の電子配置は、水素の単体(水素分子)のスペクトルからはわかりません。バルマー系列などの線スペクトルを観測するためには、放電などによって水素分子の結合を切って、水素原子を自由原子にする必要があります。

自由イオンもまた、放電などによって、単体から作ることができます。


> 吸収スペクトルは試料ごとに異なるはずです。

自由イオンのスペクトルですので、吸収線の位置は、元素とイオンの電荷だけで決まります。イオンの供給源となる物質の種類には依存しません。


> 配位子場理論の本を参考に挙げている方もおられます。

配位子場理論は、関係ないです。自由イオンが錯イオンになったり分子になったり陰イオンに取り囲まれたりしたときに、どのようにエネルギーの縮退が解けていくのか、を議論するのが配位子場理論です。自由イオンの性質について詳しく書かれている配位子場理論の本があるのは確かですけど、自由イオンの電子配置は、配位子場とは無関係に決まります。


> 吸収が変わっても電子配置は変わらないというのであればそれはまたそれで説明が必要になることでしょう。

イオン、分子によって吸収が変わっても、二価の銅イオンの電子配置はd9のままです。

自由イオンでは、d軌道の5つの軌道はすべて同じエネルギーなのですけど、配位子場によって軌道のエネルギーに差が生じます。例えば、6配位正八面体型の錯イオンでは、少しエネルギーの高い2つのd軌道と少しエネルギーの低い3つのd軌道に分かれます(簡単のためヤーン-テラー歪は無視します)。この軌道のエネルギー差が配位子場の強さによって変わるので、(d-d遷移の)吸収は少し変わりますけど、電子配置がd9であることに変わりはありません。

3d8 4s1 という電子配置がどのくらい高いエネルギーを持つのか、については
NIST Atomic Spectra Database
http://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/levels_f …
を参照してください。Cu 2 (または Cu III)と入力すると3d9 4s0 と3d8 4s1 のエネルギー差が少なくとも60000cm-1あることが分かります。これは化合物の色には全く影響を与えないといっていいほどの大きなエネルギーです。
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#3です。


#3は本に書かれている内容を写しただけのものです。

私がこういうことに詳しいわけではありません。
イオンの電子配置のスペクトルデーターであるということですがどういう試料を用いての測定なのでしょうか。
原子の場合は単体で測定が可能でしょう。イオンというのは本来的に化合物です。
銅で言えば化合物ごとに色が異なります。吸収スペクトルは試料ごとに異なるはずです。
配位子場理論の本を参考に挙げている方もおられます。配位子場理論は周囲に配位しているイオン、分子によって吸収が変わることを説明している理論ですから電子配置にも関係があるのではないかと考えるのは自然なものです。シュライバー・アトキンスの教科書には田辺―菅野ダイヤグラムというのが巻末に付録として載せられています。このダイヤグラムは配位子場理論に基づいて求められたものです。

吸収が変わるということは電子配置も異なっているかもしれないということを示唆しています。
吸収が変わっても電子配置は変わらないというのであればそれはまたそれで説明が必要になることでしょう。

#3に書いたような
Cu^2+ の電子配置は(3d9)(4s0)である
という結果はどういう測定によって得られた結果なのでしょうか。
私にはよくわかりません。
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手元にあった オドワイヤー、他「入門化学結合」(倍風館)を見てみました。



電子配置はスペクトルデータから組み立てているようです。

Cu   KLM(4s1)(3d10)
Cu^2+ KLM(3d9)

Co   KLM(4s2)(3d7)
Co^2+ KLM(3d7)

中性原子の電子配置は載せている教科書が多いと思いますがイオンの電子配置を載せているものが少ないので混乱しているのでしょう。ScからZnまでの遷移元素については2価の陽イオンの場合、4sに配置されている電子は存在していません。(3d1)から(3d10)まで順番に1つずつ入って行きます。(1価の陽イオンについてはこういう関係は成り立っていないようです。)

問題はどうしてこういうことが起こるかでしょう。
中性原子で成り立っていた4sと3dのエネルギー準位が近い(交差している)という関係がイオンになると成り立たなくなっているということになります。この本ではそれを等電子の関係にある原子とイオンを比べることによって説明しています。
Cu^2+とCoは等電子の関係にあります。でも電子配置はことなっています。
この2つの違いは核の電荷です。27+から29+に変わっています。この正電荷の増加が4sと3dのエネルギー準位の差を大きくした(交差が解消された)という説明です。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
調べてくださりありがとうございます。
大変参考になります。

お礼日時:2012/05/26 19:55

「基底状態」の電子配置ということですよね。


参考URLによれば前者ですね。多分それが正しいと思います。
ちなみに、そのあたりの元素であれば基底状態と励起状態のエネルギー差が非常に小さいものもあります。

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/電子配置
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

お礼日時:2012/05/26 18:55

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Q銅イオンと銅の電子の入り方

化学の授業で、
「Cuの電子配置は
 1s(2)2s(2)2p(6)3s(2)3p(6)3d(10)4s(1)
 ですが、
 2価イオンになる時には4sから2個の電子が取れる」、という説明を受けました。
普通に考えたら、電子は4sから1個と3dから1個が取れるような気がするんですけど…何かそういうルールがあるのでしょうか???

Aベストアンサー

Cuの電子配置 1s(2)2s(2)2p(6)3s(2)3p(6)3d(10)4s(1)
Cu2+の電子配置 1s(2)2s(2)2p(6)3s(2)3p(6)3d(9)
であってます。

Cu+は通常スピンレスなので、電子配置は 1s(2)2s(2)2p(6)3s(2)3p(6)3d(10)
と考えられますので、Cu2+になるときは4sから1個と3dから1個が取れるで良いと思います。

Q電子配置について

Ni2+(ニッケルイオン)の電子配置と不対電子を示せという問題で僕は、[Ar]3d64s2と考えたのですが・・・答えは[Ar]3d8となっています。電子軌道は4s軌道が満たされてから3d軌道に入るのではないのですか?よくわからないので教えてください。

Aベストアンサー

> 電子軌道は4s軌道が満たされてから3d軌道に入るのではないのですか?
中性の原子では、そうなりますね(CrとCuは例外)。
ですけど、イオンではそうはならないです。

■考え方その1
遷移金属の陽イオンでは、3d軌道が満たされてから4s軌道に入る、と考えます。これらのイオンの4s軌道はふつう空っぽになりますから、第4周期の1族~12族の金属イオンでは、
 3d電子の数=族番号-イオンの価数
という公式が成り立ちます。

■考え方その2
あるいは、中性の原子を基準に考えて、
 軌道から電子が抜けるときには、4s軌道から先に抜ける。
と覚えるのもいいです。

■Ni2+の場合
はじめの考え方に従うと、ニッケルは10族、イオンの価数は2なので、
 3d電子の数=10-2=8
となって、電子配置は[Ar]3d8になります。
 二番目の考え方では、中性のニッケル原子の電子配置[Ar]3d84s2から、電子を2個抜いたのが2価ニッケルイオンなので、4s軌道から電子を2個抜くと、イオンの電子配置は[Ar]3d8になります(Ni3+ならNi2+の電子配置からさらに1個電子を抜いて、[Ar]3d7になります)。

■考え方が破綻する例
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 第4周期の1族~12族の1価金属イオンで重要なものは、K+とCu+です。この二つのイオンに関しては、考え方その1でも考え方その2でも、正しい電子配置を与えます。

■なぜ中性原子とイオンで電子の詰め方が変わるのか?
カリウム(原子番号19)とカルシウム(原子番号20)では、4s軌道の方が3d軌道よりもエネルギーが低いのですけど、じつは、原子番号が20より大きい原子では、エネルギーの順序が逆転して、4s軌道よりも3d軌道の方がエネルギーが低くなります。
 ですので、「エネルギーが低い軌道から電子を詰めていく」というルールに従えば、Sc,Ti,V,Cr,Mn,...では、4s軌道よりも先に3d軌道に電子を詰めていくことになるのですけど、こうやって作った電子配置は、中性原子(と多くの一価イオン)では、正しい電子配置にはなりません。つまり、原子番号が20より大きい中性原子では、「エネルギーが低い軌道から電子を詰めていく」というルールだけでは、正しい電子配置を予測することができません。
 この困難を乗り越えるためには、本当ならば、「電子と電子の間に働くクーロン反発力」を考えに入れなければならないのですけど、これが結構めんどうな話になります。そこで、めんどうな話を避けるために、少し反則気味なのですけど、「エネルギーが低い軌道から電子を詰めていく」というルールだけを使って正しい電子配置を予測できるように、『原子番号が20より大きい原子でも、4s軌道の方が3d軌道よりもエネルギーが低い』ということにしておいて、4s軌道が満たされてから3d軌道に電子が入る、という説明がなされます。
 陽イオンでは、中性原子に比べて電子が少なくなっていますので、電子と電子の間に働くクーロン反発力は、中性原子のそれと比べて小さくなります。そのため、クーロン反発の話を無視しても、正しい電子配置を得ることができます(一価の陽イオンは除く)。本来、4s軌道よりも3d軌道の方がエネルギーが低いのですから、3d軌道が満たされてから4s軌道に電子が入る、ということになります。

■まとめ
中性原子では、4s軌道の方が3d軌道よりもエネルギーが低いので、4s軌道が満たされてから3d軌道に電子が入る。
陽イオンでは、4s軌道よりも3d軌道の方がエネルギーが低いので、3d軌道が満たされてから4s軌道に電子が入る。
中性原子と陽イオンで軌道の順序が変わるのは、電子と電子の間に働くクーロン反発力が陽イオンでは小さくなるからである。

> 電子軌道は4s軌道が満たされてから3d軌道に入るのではないのですか?
中性の原子では、そうなりますね(CrとCuは例外)。
ですけど、イオンではそうはならないです。

■考え方その1
遷移金属の陽イオンでは、3d軌道が満たされてから4s軌道に入る、と考えます。これらのイオンの4s軌道はふつう空っぽになりますから、第4周期の1族~12族の金属イオンでは、
 3d電子の数=族番号-イオンの価数
という公式が成り立ちます。

■考え方その2
あるいは、中性の原子を基準に考えて、
 軌道から電子が...続きを読む

Q遷移元素のイオン価

“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。

Aベストアンサー

 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。

 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...続きを読む

Q銅イオンはなぜ2価と1価があるのか

高校化学の教科書に、
硝酸銀水溶液中に銅片をいれておいた反応を

 Cu → Cu^2+ + 2e^-
 2Ag^+ + 2e^- → 2Ag
∴ Cu + 2Ag^+ → Cu^2+ + 2Ag

と示しています。
なぜ、銅イオンは2価とされるのでしょうか?
硝酸が影響するのでしょうか?
それとも水溶液中では銅は必ず2価のイオンになるのでしょうか?
原子番号が29の銅は、最外電子核には1個の電子が存在しているのだから、
安定した状態になるとすれば、1価の銅イオンになるのではないのですか?
銅は1価よりも2価のイオンのほうが地球上に多くあるという事は、
2価のイオンであるほうが安定している(?)という事で、
納得するべきかどうか悩んでいます。

早急なるご回答をいただけますように、どうぞよろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

4s軌道と3d軌道のエネルギー準位はほとんど同じなので、[Ar](4s)1(3d)10と[Ar](4s)2(3d)9を考えれば、1価と2価が安定というのがわかると思います。
2価まで行ってしまうのは、地球上にある物質と結びつくときにはそこまで行くのが最もエネルギー的に得だということだと思います。

参考URL:http://www5f.biglobe.ne.jp/~rokky/kaisetu/0/hukuenergy.htm

Q鉄イオンになぜFe2+とFe3+があるの?

イオンに価数の違うものがあるという現象が理解できません・・・。

例えば、水素イオンだったらH+しかありませんよね。電子を一つ外に出した方が安定だから。

でも、鉄イオンにFe2+とFe3+があるじゃないですか!!

じゃあ、このイオンたちは外に電子を二つだしても、三つだしても安定なのでしょうか。変です。安定状態は一つじゃないんですか。あの最外核電子が希ガスと同じになると安定。

仮に安定状態にかかわらずイオンになれるんだとすれば、Fe+~Fe10+とかいくらでもありそうな気がするのです。でも、鉄の場合はFe2+とFe3+くらいしか聞かないですし、水素の場合のH2+も聞きません。どうしてでしょう(-_-;

Aベストアンサー

イオン化エネルギー(単位はkJ/mol)

H  1312

Na 495  4562  6911
Mg 737  1476  7732

K  419  3051  4410
Ca 589  1145  4910

He  2373  5259
Ne  2080  3952
Ar  1520  2665 

1.不活性元素(希ガス)の電子配置から先に行くのは難しいのが分かります。
  Na^2+は存在しないだろうというのはエネルギー的な判断として可能です。

2.Ca^2+を実現するために必要なエネルギーはNa^+を実現するために必要なエネルギーよりも2倍以上大きいです。でもCa^2+は安定に存在します。これはイオン化エネルギーの大きさだけでは判断できない事です。
CaOとNaClは結晶構造が同じです。融点を比べると結合の強さの違いが分かります。
NaCl 801℃   CaO  2572℃

CaOの方が格段に結合が強いことが分かります。
結合が強いというのを安定な構造ができていると考えてもいいはずです。
NaClは(+)、(-)の間の引力です。CaOは(2+)、(2-)の間の引力です。これで4倍の違いが出てきます。イオン間距離も問題になります。Ca^+には最外殻のs軌道に電子が1つ残っていますからCa^2+よりも大きいです。荷電数が大きくてサイズの小さいイオンができる方が静電エネルギーでの安定化には有利なのです。
Fe(OH)2よりもFe(OH)3の方が溶解度が格段に小さいというのも2+、3+という電荷の大きさの違いが効いてきています。サイズも小さくなっています。

イオンは単独では存在しません。必ず対のイオンと共に存在しています。
水和されていると書いておられる回答もありますが対のイオンの存在によって安定化されるというのが先です。
水溶液の中であっても正イオンだけとか負イオンだけとかでは存在できません。水和された正イオンと水和された陰イオンとが同数あります。水和された負イオンの周りは水和された正イオンが取り囲んでいます。液体の中にありますからかなり乱れた構造になっていますが正負のイオンが同数あって互いに反対符号のイオンの周りに分布しているという特徴は維持されています。

3.d軌道に電子が不完全に入っている元素を遷移元素と呼んでいます。
  「遷移」というのは性質がダラダラと変わるということから来た言葉です。普通は族番号が変われば性質が大きく変わります。周期表で横にある元素とは性質が異なるが縦に並んでいる元素とは性質が似ているというのが元素を「周期表の形にまとめてみよう」という考えの出発点でした。だから3属から11族を1つにまとめて考えるという事も出てくるのです。
 性質が似ているというのは電子の配置に理由があるはずです。電子は最外殻のsに先に入って後からdに入ります。エネルギーの逆転が起こっていますが違いは小さいものです。まず外の枠組み(s軌道)が決まっている、違いは内部(d軌道)の電子の入り方だけだというところからダラダラ性質が変わるというのが出てきます。M^2+のイオンがすべて存在するというのもここから出てきます。11族の元素に1+が出てくるのは内部のd軌道を満杯にしてs軌道電子が1つになるというからのことでしょう。これは#7に書かれています。でもそれがなぜ言えるのかはさらに別の理由が必要でしょう。
 s軌道の電子が飛び出してイオンができたとすると残るのはd軌道の電子です。イオンのサイズがあまり変わらないというのはここから出てきます。
 イオンの価数の種類が1つではないというのも遷移元素の特徴です。エネルギーにあまり大きな違いのないところでの電子の出入りだという捉え方でもかまわないと思います。イオン単独で考えているのではなくてイオンが置かれている環境の中で考えています。イオン化エネルギーの大小だけではありません。
 色が付いている化合物が多いというのもエネルギー的にあまり大きな違いのない電子配置がいくつか存在する、そのエネルギー状態は周囲の環境によって割合と簡単に変化するという事を表しています。普通なら電子遷移は紫外線の領域です。可視光の領域に吸収が出るのですから差の小さいエネルギー準位があるという事です。この色が周りに何があるかによって変化するというのも、変動しやすいエネルギー順位があるという証拠になるのではないでしょうか。酸化銅、硫酸銅、塩化銅、硝酸銅、結晶の色は異なります。水和された銅イオン、アンモニアが配意した銅イオンもはっきりとした色の違いがあります。

4.今考えているイオンの電荷は実電荷です。酸化数は実電荷に対応しているとは限りません。
 単原子イオンの酸化数はイオンの価数そのままですが、単原子イオンではない、分子中の原子、または多原子イオンの中の原子の酸化数は形式的に電荷を割り振ったものです。イオンでないものであってもイオンであるかのように見なしているのです。「Cr^(6+)」が存在するなんて書かれると「????」となってしまいます。Cr2O3の融点が2436℃、CrO3の融点が196℃であるという数字から考えるとCrO3はイオン性ではありません。無水クロム酸とも言われていますがCrO4^2-の中の結合と同じであろうと考えられます。
 CO2はC^(4+)1つとO^(2-)2つが結合したものと教えている中学校があるように聞いていますが困ったことです。「硫酸の中の硫黄の原子価は6+である」と書いてある危険物のテキストもあります。酸化数と原子価の混同はかなり広く見られることのようです。Cr^6+ という表現はそれと同列のことですから堂々と回答に書かれては困ることです。

イオン化エネルギー(単位はkJ/mol)

H  1312

Na 495  4562  6911
Mg 737  1476  7732

K  419  3051  4410
Ca 589  1145  4910

He  2373  5259
Ne  2080  3952
Ar  1520  2665 

1.不活性元素(希ガス)の電子配置から先に行くのは難しいのが分かります。
  Na^2+は存在しないだろうというのはエネルギー的な判断として可能です。

2.Ca^2+を実現するために必要...続きを読む

QCrの電子配置がなぜ3d軌道に5個、4s軌道に1個になるのですか?

電子配置のことなんですが、遷移元素の原子番号24番のCrの電子配置がなぜ3d軌道に5個、4s軌道に1個はいるのかわからないんです。前の23番の元素Vは3d軌道に3個、4s軌道に2個はいってるので、次のCrはこれでいくと3d軌道に4個、4s軌道に2個になるはずじゃないんでしょうか?これと同じことが、NiとCuでも起こっているのですがなぜなんでしょうか?

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定性的な説明ですが、3d軌道に電子が半分充足された状態(Cr)や完全に充足された状態(Cu)がエネルギー的に特別、安定になるからです。4f軌道についても同様です。

Q金属錯体の特有の色について

二価の銅イオンを含む水溶液は、青色を呈するのに、どうして一価の銅イオンを含む水溶液は無色なのですか?ナトリウムイオン、カリウムイオンも水溶液中では無色である理由も気になります。イオンの電子配置と何か関係があるのでしょうか?

Aベストアンサー

honeyBさんがどの程度の基礎知識をお持ちか分かりませんが,とりあえず非常に簡単なところから述べさせていただきます。

地面に落ちているボールを拾い上げると,ボールは位置エネルギーを受け取ってエネルギーの高い状態,つまり落ちる危険性のある状態になります。分子に光を当てると,分子は光のエネルギーを受け取ってエネルギーの高い状態になります。この分子の初めの状態を「基底状態」,エネルギーの高い状態を「励起状態」と言います。

この両者には決定的な違いがありまして,ボールの位置エネルギーは連続的な値を取れますが,つまりボールは好きな高さまで連続的に持ち上げることができますが,分子の励起エネルギーは飛び飛びの値しかとれません。よって,分子が吸収できる光のエネルギーも,飛び飛びの値しかとれません。分子が吸収する光のエネルギーと光の振動数との関係は,E=hνという式によって表されますので,分子が吸収する光の振動数も飛び飛びの値をとります。このことが,分子が色を持つ根本的な原因になっています。

分子が色を持つには,分子が可視光に相当する振動数の光を吸収する必要がありますが,これに相当する励起エネルギーは分子内の電子遷移に対応します。そして,電子遷移には大雑把にπ-π*遷移,n-π*遷移,d-d遷移,CT遷移などの種類がありますので,分子の色を説明するにはこれらの電子遷移の有無,および分子軌道の対称性(対称性によって電子遷移の許容・禁制が決まる)を考えれば良いということになります。

錯体の色については,配位子が単純である場合はd-d遷移,CT遷移のみを考えれば説明が付きます。この中で,d-d遷移は禁制遷移,CT遷移は許容遷移であるため,モル吸光係数が1000 cm2/mmol程度の錯体はd-d遷移による呈色のみであると考えることができます。

ここでご質問の件ですが,Cu2+は最外殻の3d軌道に電子が9個入ったd9錯体ですので,八面体構造の場合は3d軌道内(より具体的には3d_xy→3d_z2)でd-d遷移が起こります。そして,このd-d遷移が原因でCu2+の錯体はブルーに呈色します。一方,Cu+はd10錯体ですので,完全に閉殻構造となりd-d遷移は起こりません。単純な配位子では他の電子遷移も起こりませんので,Cu+の錯体は大抵無色になります。K+もNa+も同様に閉殻構造ですので,やはり無色です。

最後に。電子軌道と不連続なエネルギーについては物理化学(量子力学)の成書を,錯体の色に関する理論(配位子場理論,ヤーンテラー効果)については無機化学(錯体化学もしくは配位化学)の成書をご覧になれば,より一層理解が深まると思います。

honeyBさんがどの程度の基礎知識をお持ちか分かりませんが,とりあえず非常に簡単なところから述べさせていただきます。

地面に落ちているボールを拾い上げると,ボールは位置エネルギーを受け取ってエネルギーの高い状態,つまり落ちる危険性のある状態になります。分子に光を当てると,分子は光のエネルギーを受け取ってエネルギーの高い状態になります。この分子の初めの状態を「基底状態」,エネルギーの高い状態を「励起状態」と言います。

この両者には決定的な違いがありまして,ボールの位置エネル...続きを読む

QCu2+、Co3+のできる理由とその電子配置について

Cu2+、Co3+のできる理由とその電子配置について

 いつも大変お世話になっております。
CuとCuの電子配置は、
 Cu:[Ar].3d10.4s1
 Co:[Ar].3d7.4s2
となっており、そのことからイオンになるとCu1+、Co2+となるのは
納得できるのですが、Cu2+、Co3+にもなれるのはどのような考え方から
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

> イオンになるとCu1+、Co2+となるのは納得できる

それで納得するのは よくないんじゃないかな、と私は思います。

同じ考え方でクロムとスカンジウムについて考えてみると、
CrとScの電子配置は、
 Cr:[Ar]3d5 4s1
 Sc:[Ar]3d1 4s2
なので、イオンになるとCr1+、Sc2+となりそうな気がします。ですけど、これらのイオンは化学的に極めて不安定で、Cr1+やSc2+は化合物や水溶液の中にはありません。

> Cu2+、Co3+にもなれるのはどのような考え方からなのでしょうか。

ごめんなさい。私には分かりません。以下はヒントになりそうなことを。

Co3+イオンの安定性については、結晶場理論(または配位子場理論)で説明することが一応できます。結晶場理論(または配位子場理論)から、遷移金属イオンの周りに陰イオンまたは配位子が6個あるとき、遷移金属元素のd軌道が2組に分裂することが知られています。エネルギーが低いほうのd軌道(これをdε軌道またはt2g軌道と呼びます)には最大6個の電子を、高いほうの軌道(これをdγ軌道またはeg軌道と呼びます)には最大4個の電子を収容することができます。ですので、d電子が6個あるCo3+イオンはdε軌道が閉殻になるので安定である、ということができます。

しかし、同じ考え方で電子が6個あるFe2+イオンについて考えてみると、話はそんなに単純ではないことが分かります。ヘキサアクア鉄(II)イオン[Fe(H2O)6]2+のような、ふつうのFe2+イオンでは、dε軌道に6個の電子を収容した閉殻電子配置ではなく、dε軌道に4個、dγ軌道に2個の電子が入っている電子配置になります。一方、ヘキサシアノ鉄(II)酸イオン[Fe(CN)6]4-では、dε軌道に6個、dγ軌道に0個の閉殻電子配置になります。また、コバルトでも、ヘキサフルオロコバルト(III)酸イオン[CoF6]3-のような(若干特殊な)例では、dε軌道に4個、dγ軌道に2個の電子配置になります。

なぜ、このような面倒な話になるかというと、dε軌道とdγ軌道のエネルギー差が3d遷移金属ではそれほど大きくなく、金属イオンの電荷や陰イオンや配位子の種類によって変わるからです。それでも、ふつうに見られるCo3+イオンでは、dε軌道とdγ軌道のエネルギー差が他の3d遷移金属イオンと比べると大きく、閉殻電子配置をとることが多いので、Co3+イオンの安定性については、結晶場理論(または配位子場理論)で説明されることが多いです。

Cu2+イオンの安定性を電子配置から説明するのは、簡単ではないと思います。というのは、同じ電子配置を持つ同族元素の銀ではAg2+イオンはまれにしか見出されず、金ではAu2+イオンは極めてまれにしか見出されないからです。何の答えにもなっていませんが、いくつかの要因の絡み合った結果として、Cu2+イオンがありふれたイオンになっているのでしょう。

> イオンになるとCu1+、Co2+となるのは納得できる

それで納得するのは よくないんじゃないかな、と私は思います。

同じ考え方でクロムとスカンジウムについて考えてみると、
CrとScの電子配置は、
 Cr:[Ar]3d5 4s1
 Sc:[Ar]3d1 4s2
なので、イオンになるとCr1+、Sc2+となりそうな気がします。ですけど、これらのイオンは化学的に極めて不安定で、Cr1+やSc2+は化合物や水溶液の中にはありません。

> Cu2+、Co3+にもなれるのはどのような考え方からなのでしょうか。

ごめんなさい。私には分かりません。以...続きを読む

Qヤーンテラー効果について

ヤーンテラー効果について勉強したのですがよく分かりません。もし分かりやすく説明してくれる方がいればよろしくお願いします。

Aベストアンサー

Jahn-Teller効果ですか.むずかしいですよね~.ということで,「わかりやすく,イメージをつかむ」というのをモットーに(!?),ここではJahn-Teller効果の一例である「正方晶ひずみ」のお話をします.


正方晶ひずみをチョー簡単に言ってしまえば,
「Cu錯体がなぜ正方形配位型なのか」
を説明したものなのです.

じゃあ,なんでそうなるのっ?(古っ!)って思いますよね.そこで,結晶場理論をもとにこれを説明します.


そもそも,d錯体って,八面体配位であるか,四面体配位ですよね(ただ,四面体配位は例が少ないので省略します).例えば,Fe錯体なんかはたいてい八面体配位(配位子が6個)って教わりましたね.しかし,Cu錯体やPt錯体などはなぜか正方形の配位をとります.本来であれば,八面体配位をとったほうがよさそうな感じがしますよね.だって,FeとCuって電子が3つしか違わないから.

ここで,Jahn-Teller効果にもとづく正方晶ひずみという効果が生じてきます.これって何かというと,z軸方向の配位距離(金属と配位子との距離)が伸び,xy方向の配位距離が縮まるのです.つまり,八面体を横からグシャッとつぶして縦にビヨーンと引っ張った感じになります.

このような傾向は,d軌道の電子が多いほど起こりやすくなります.
こうやって,もしもz軸方向の配位距離が無限に伸びてしまったら?そう,z軸方向の配位子はどっかに飛んでいってしまい,結果として正方形状に並んだ4つの配位子だけが残ります.

つまり,「Cu錯体が正方形配位であるのは,八面体がひずんでz軸方向の配位子がなくなったからである」といえましょう.


しかし,「なんでd軌道の電子が増えるとz軸方向に伸びるの?」と思われますよね.これは電子軌道理論で説明できます.
八面体のときは,d軌道は3:2に分裂してますよね.低エネルギーで縮退している3軌道はdxy,dyz,dzxで,高エネルギーのそれはd(xx-yy),dzzです.さて,d軌道の電子が増えると,実は二重および三重に縮退していた軌道が分裂して,2:1:1:1とこま切れになってしまいます.具体的には,z因子を含む軌道(dyz,dzx,dzz)の3つのエネルギーが低下します.(なんでそうなるのかについてはムズカシイので省略させてください)


う~ん,なにやらムズカシイお話になってしまいましたね.
でも,「d軌道の縮退が変化する=配位の形も変化する」ということはなんとなく予想できますよね.これを理論的に説明したのがJahn-Teller効果です.


こんな稚拙な説明でわかっていただけたでしょうか.
もし,「この文章のここがよくわからない」などがありましたら,補足をお願いいたします.また,これ以上の内容についてはShriver(シュライバー)著『無機化学』p.354あたりに書いてあるので,そちらをご覧ください.

Jahn-Teller効果ですか.むずかしいですよね~.ということで,「わかりやすく,イメージをつかむ」というのをモットーに(!?),ここではJahn-Teller効果の一例である「正方晶ひずみ」のお話をします.


正方晶ひずみをチョー簡単に言ってしまえば,
「Cu錯体がなぜ正方形配位型なのか」
を説明したものなのです.

じゃあ,なんでそうなるのっ?(古っ!)って思いますよね.そこで,結晶場理論をもとにこれを説明します.


そもそも,d錯体って,八面体配位であるか,四面体配位ですよね(ただ,四...続きを読む

Qヤーンテラー効果が起こる電子配置

ヤーンテラー効果が起こる電子配置はd9のみですか?
軌道が電子反発で3:2から2:1:1:1に分裂するのに、どれだけ電子が埋まっていなければいけないのでしょうか?
色々本を読んでみましたが今いち理解できないので回答お願いします。

Aベストアンサー

よく例として出てくる八面体のの場合t2gとegになっていますが、d9ならばt2gは6電子入り満たされて、egに奇数つまり3個の電子が入ります。その結果電子がdx^2-y^2側から抜かれたかdz^2側から抜かれたかで核からの引力が違うので正八面体からゆがみます。例えば前者の場合なら、xy平面上の配位子はz方向からの配位子よりも強い力を核から受けています。ということはegに奇数の配位子があればそういうことが起こりえるので、d7 low spinならt2gが満員でegに一個電子がいることになり、それがどちらにいるかで違います。(Co(II, Ni(III)など)更にいえば、d4 high spinでt2gに3個入ってegに一つはいれば歪むということになります。(Cr(II), M(III)など)
d3, d5, d8あるいはlow spin d6などは変形しないことになります。
これまでの話のようにt2gが6個とかあるいは3個とかでない場合についてですがhigh spin d1, d2, d6, d7, low spin d4などについては、t2gには非対称に入ってもegほどには変形しないらしいです。

よく例として出てくる八面体のの場合t2gとegになっていますが、d9ならばt2gは6電子入り満たされて、egに奇数つまり3個の電子が入ります。その結果電子がdx^2-y^2側から抜かれたかdz^2側から抜かれたかで核からの引力が違うので正八面体からゆがみます。例えば前者の場合なら、xy平面上の配位子はz方向からの配位子よりも強い力を核から受けています。ということはegに奇数の配位子があればそういうことが起こりえるので、d7 low spinならt2gが満員でegに一個電子がいることになり、それがどちらにいるかで違いま...続きを読む


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