化学
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解決済み

第1イオン化エネルギーは同周期であれば原子番号が増えるに従い増大するが、ZnとGaではこの規則性に反する値が得られている。この理由を簡潔に説明せよ。

という問題の解答として、先生が示した解答が

Znは3d10、Gaは3d10.4p2
 Zn+になるには3d 9、
 Ga+になるには3d10

これで、理由の形になってないし、内容の理解もできないので解説をお願いします。

回答

✨ ベストアンサー ✨

_Znは3d10 なので、閉殻に近い電子配列をしているから、とても安定している。この安定を打ち破って、電子を放出しなければならないので、第1イオン化エネルギーが大きくなる。

ぺんぎん

_基本的には、講義で先生の言っていることと同じです。

ぺんぎん

_それから、Zn はイオンになる時、大抵 Zn^2+ になるので、電子を2個放出する時のエネルギーを考えると、特に高い訳ではありません。
_逆に、1個だけ放出する時と、2個だけ放出する解きと、の差が余りないので、2個放出してしまう訳です。

らい

詳しく教えてくださりありがとうございます!
できれば続きもお願いします🤲

ぺんぎん

_私も詳しくありません。数年前に勉強して、イメージとしてしか掴んでいません。40%程度しか理解していません。
_この件の量子化学的な説明、反応エネルギー的な説明を、他人に理解して貰える様に説明出来る自信・知識を持ち合わせておりません。ごめんなさい。

ぺんぎん

_ところで、K殻、L殻、M殻、……に入る電子が、2、8、18、……となるのか、は、知っていますか?

らい

はい、知っています!

ぺんぎん

_では、2:8:18……=1:4:9……を、例えば、球の表面積に関連付けて考えたことはありますか?

らい

ありません。

ぺんぎん

_立体の表面積は、相似形の場合、大きさの二乗で増加して行きます。ここでは、単純化の為に、s軌道の様な球体表面の軌道を考えて行きます。
_確率論的に電子雲を考えた場合、1組の電子対が占める面積はほぼ一定の面積と考えられます。1組の電子とは、アップ・スピンとダウン・スピンと、の事です。
_核からの半径が、1:2:3……と、ほぼ等間隔に増えてK殻、L殻、M殻、……を形成するのであれば、球の表面積は、K殻の球体半径を r として、4πr²∶4π(2r)²∶4π(3r)²:……=1:4:9:……に成りますね?そこに、アップ・スピン、ダウン・スピンの電子対が入るので、2:8:18:……になるのです。
_分かりますか?

らい

すみません、わかりません。

ぺんぎん

_「球の表面積は、K殻の球体半径を r として、4πr²∶4π(2r)²∶4π(3r)²:……=1:4:9:……に成ります」この部分は分かりますか?

らい

はい、わかります。

ぺんぎん

_では、電子を確率論的に電子雲で表現した時に、存在確率がほぼ同等であって、雲の厚さがほぼ一定ならば、電子の一個当たりの占める電子雲の面積はほぼ電子の数に比例する、と言うことは分かる?

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