電子分布は化学と物理学の基本的な概念であり、これを習得するには基礎となる原理をしっかりと理解する必要があります。 あなたの知識をテストし、スキルを強化するために、12 回の一連の電子配布演習を用意しました。 この記事では、これらの各演習を詳細に検討し、実際の応用に焦点を当て、解決策について明確かつ簡潔に説明します。 この重要なトピックの理解に挑戦し、電子配布スキルを向上させる準備をしてください。
1. 量子論における電子分布入門
量子論における電子分布は、原子内の原子核の周りに電子がどのように組織されるかを理解するための基本的な概念です。 このセクションでは、このトピックの基本原則を検討し、それをさまざまなケースに適用する方法を学びます。
電子分布を理解するための最初のステップは、同じ原子内の XNUMX つの電子がまったく同じ量子数セットを持つことはできないというパウリの排他原理を理解することです。 これは、電子が原子内のさまざまなエネルギーレベルとサブレベルを占有する必要があることを意味します。
次に、原子内で軌道が満たされる順序を記述するアウフバウの法則に慣れることが重要です。 この規則は、電子がさまざまなエネルギーレベルおよびサブレベルに分布する順序を決定するのに役立ちます。 たとえば、レベル 1 がレベル 2 よりも前に埋まることがわかっています。
2. 化学における電子流通の基本概念
化学における電子分布は、原子や分子の構造と挙動を理解するための基本的なツールです。 この分布は、特定の規則と原則に従って、電子が原子核の周りにどのように組織されるかを確立します。 このセクションでは、化学における電子分布に関するいくつかの基本概念を検討します。
電子分布の基本概念の XNUMX つはアウフバウの原理です。これは、電子は高エネルギーの軌道を満たす前に、まず低エネルギーの軌道に追加されるというものです。 これは、電子が軌道図に従い、ペアになる前に個別かつ並行して軌道を充填するというフントの法則を尊重して、電子がエネルギーの増加順に充填されることを意味します。
原子の電子分布を表すには、電子配置が使用されます。これは、電子がさまざまなエネルギー準位およびサブ準位にどのように分布しているかを示します。 たとえば、酸素原子の電子配置は 1s² 2s² 2p⁴ で、2s 準位に 1 個の電子、2s 準位に 2 個の電子、4p 準位に 2 個の電子があることを示します。
3. 電子配布演習とは何ですか?なぜ重要ですか?
電子分布の演習は、原子内で電子がどのように構成されているかを理解するための化学における基本的なツールです。 これらの演習により、各元素の電子配置を特定し、軌道がどのように電子で満たされているかを理解することができます。
電子分布は元素の化学的および物理的特性を予測できるため重要です。 元素の電子配置を知ることで、その反応性、化学結合を形成する能力、さまざまな環境での挙動を決定できます。
これらの演習を解決するにはさまざまな方法がありますが、それらはすべて一連の共通の手順に従います。 まず、アウフバウの法則、パウリの排他原理、フントの法則など、軌道を埋めるためのルールを知っておく必要があります。 次に、電子配置が図上に整理されるか、文字と数字の表記が使用されます。 最後に、分布が充填ルールに従っていること、および電子の総数が正しいことがチェックされます。
4. 知識に挑戦: スキルをテストするための 12 の電子配布演習
このセクションでは、あなたの化学スキルをテストする 12 のやりがいのある電子配布演習を紹介します。これらの各演習では、原子のさまざまなレベルおよびサブレベルにおける電子の分布に関する知識を応用することが求められます。基本の復習だけでなく、電子配布の問題を解く練習にもなります。 効果的に.
それぞれの演習について、 少しずつ 問題の解決方法を詳しく説明します。さらに、理解を促進するためのヒントと例も提供します。電子配布の基本を簡単に確認する必要がある場合は、トピックの完全な概要を提供する対話型チュートリアルを使用できます。
さらに、電子分布をより明確に視覚化するために、周期表やルイス図などのツールを使用することをお勧めします。 これらのツールは、各レベルおよびサブレベルの電子の数を正確に特定するのに役立ちます。 これらの演習を解く鍵は、各原子の電子配置を注意深く分析し、アウフバウの原理、フントの法則、および最大スピン多重度の法則によって確立された原理に従うことであることに注意してください。
5. 演習 1: 水素原子の電子分布
この演習では、水素原子の電子分布を決定する方法を学びます。 電子分布は、電子が原子のさまざまなエネルギーレベルおよびサブレベルにどのように分布しているかを示します。 これは水素の性質と挙動を理解するために重要です。
水素原子の電子分布を決定するには、いくつかの手順に従う必要があります。 まず、水素の原子番号 1 を知る必要があります。次に、フントの最大多重度の原理に従い、電子が最初に最低エネルギー準位を満たすというアウフバウの法則を使用できます。
最大 1 つの電子を含めることができるレベル 2 を埋めることから始めます。 次のレベルはレベル 2 で、これも最大 2 つの電子を保持できます。 最後に、レベル 3 には最大 8 個の電子を含めることができます。 この情報を使用すると、水素原子の完全な電子分布を決定できます。
6. 演習 2: 炭素原子の電子分布
炭素原子は有機化学において最も重要な元素の 1 つです。その電子分布は、炭素原子が他の元素と結合する方法を決定します。炭素原子の電子分布を決定するには、いくつかの点に従う必要があります。 主な手順.
まず、炭素原子には 6 つの電子があることを覚えておくことが重要です。 これらの電子は、シェルと呼ばれるさまざまなエネルギー レベルに分布しています。 最初のエネルギーレベル、つまりシェル 1 には、最大 2 つの電子を含めることができます。 2 番目のエネルギー レベル、つまりシェル 8 には、最大 XNUMX 個の電子を含めることができます。 炭素原子の電子分布を決定するには、エネルギーが増加する順にこれらのシェルを満たさなければなりません。
炭素原子には次の電子分布があります: 1s2 2s2 2p2。 これは、最初の 2 つの電子が 1s 軌道の殻 1 にあることを意味します。 次の 2 つの電子は、2s 軌道の殻 2 にあります。 最後の 2 つの電子は、2p 軌道のシェル 2 にあります。 この電子分布は、電子が炭素原子のさまざまな軌道にどのように配置されているかを示します。
7. 演習 3: 塩素イオンの電子分布
塩素イオンの電子分布を決定するには、まず塩素イオン Cl- が電子を獲得したことを覚えておく必要があります。 つまり、 今では過剰なマイナス電荷を帯びています。これは、電子が原子のエネルギーレベル全体に分布する方法に影響します。以下に解決方法を段階的に示します この問題:
1. 周期表上の塩素の原子番号を特定します。 塩素の原子番号は 17 で、元の中性状態では 17 個の電子を持っていることを意味します。
2. 18 個の電子を獲得した後、塩素は合計 2 個の電子を持ちます。 電子の分布を決定するには、電子が 8、8、1、2 という特定の順序でエネルギー レベルを満たすことに留意してください。これは、最初の 1 個の電子がエネルギー レベル 8 を満たすことを意味し、次の 2 個の電子がエネルギー レベル 8 を満たすことを意味します。 、次の 3 はエネルギー レベル 4 を占め、最後の電子はエネルギー レベル XNUMX を占めます。より高いエネルギー レベルは原子核から遠く離れており、電子を保持する能力がより大きいことに注意してください。
3. したがって、塩素イオンの電子分布は次のようになります。 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6。 この結果は、塩素には合計 18 個の電子がさまざまなエネルギー準位に分布していることを示しています。 さらに、電荷が-1のイオンとなることで、最外周のエネルギー準位が完全に満たされ、より安定性が増します。
8. 演習 4: 酸素原子の電子分布
酸素原子の原子番号は 8 で、電子配置に 8 個の電子があることを示します。 酸素原子の電子分布を決定するには、段階的なプロセスに従う必要があります。 まず第一に、電子はシェルとして知られるさまざまなエネルギーレベルに分布していることを覚えておく必要があります。 原子核に最も近い最初の殻には最大 2 個の電子、8 番目には最大 8 個の電子、そして XNUMX 番目には最大 XNUMX 個の電子を含めることができます。
酸素原子の場合は、原子核に最も近いシェル (最初のシェル) を埋めることから始めます。 この殻の中に2つの電子を置きます。 次に、次のシェルに移動し、残りの 6 つの電子を配置します。 これにより、最初の層では 2 個、6 番目の層では 1 個の電子分布が得られます。 これを表す XNUMX つの方法は、酸素の電子配置を XNUMX として書くことです。2 2s2 2p4.
酸素原子の電子分布は、アウフバウの法則に従って電子がさまざまなシェルとサブシェルを満たす配置として視覚化できます。 この電子分布は、酸素原子内で電子の負電荷がどのように組織され、化学結合において電子が他の原子とどのように相互作用するかを理解するのに役立つことに言及することが重要です。 この情報を得ることが、さまざまな化学反応における酸素の化学メカニズムと特性を理解するために不可欠です。
9. 演習 5: 鉄イオン (Fe2+) の電子分布
この演習では、鉄イオン (Fe2+) の電子分布を決定する方法を学びます。 鉄は遷移元素であり、その電子配置はアウフバウ則とパウリの排他原理を使用して決定できます。
まず、鉄の原子番号が 26 であることを覚えておく必要があります。これは、鉄が 26 個の電子を持っていることを意味します。 Fe2+ イオンを形成するために XNUMX つの電子を失うと、その電子分布が変化します。
最初のステップは、中性の鉄原子の電子配置を書き込むことです。 これは、エネルギー準位図またはアウフバウの法則を使用して行われます。 中性 Fe の電子配置は 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 です。 ここで、鉄(II) イオンが 1 つの電子を失ったことを考慮する必要があるため、パウリの排他原理に従って最外殻の電子を除去する必要があります。 結果として得られる電子分布は、2s2 2s2 6p3 2s3 6p3 6dXNUMX になります。 この電子分布は鉄(II)イオンの電子分布です。.
10. 演習 6: カルシウムイオン (Ca2+) の電子分布
この演習では、カルシウム イオン (Ca2+) の電子分布を分析します。 この問題を解決するには、カルシウムの電子配置とそれがどのようにして陽イオンに変換されるかを理解する必要があります。
カルシウムの原子番号は 20 で、中性状態では 20 個の電子を持っています。 基底状態のカルシウムの電子配置は、1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 です。 しかし、カルシウムが 2 つの電子を失って CaXNUMX+ イオンを形成すると、その電子分布が変化します。
4s 殻から 1 つの電子を失うと、カルシウム イオンの電子分布は 2s2 2s2 6p3 2s3 6pXNUMX になります。 これは、カルシウムイオンが希ガスのアルゴンと同様の電子構造を持っていることを意味します。 この電子分布を理解することで、化学反応や他の化学種との相互作用におけるカルシウムイオンの挙動や特性を理解することができます。
11. 演習 7: 窒素原子の電子分布
窒素原子の電子分布の演習を解くには、いくつかの重要な手順に従う必要があります。 まず、窒素原子の原子番号は 7、つまり 7 つの電子を持っていることを覚えておくことが重要です。
次のステップは、軌道が満たされる順序を決定することです。 これを行うには、軌道がエネルギーの昇順で満たされるというアウフバウの原理を使用します。 その後、電子はアウフバウ原理に従って、電子が使い果たされるまで軌道内に分布します。
窒素の場合、最大 1 個の電子を保持できる 2s 軌道を埋めることから始めます。 次に、2s 軌道をさらに 2 個の電子で満たします。 次に、2 つの p 軌道 (2px、2py、3pz) を残りの 7 つの電子で満たします。 最後に、利用可能な XNUMX つの電子を使用し、最低エネルギーから最高エネルギーまですべての軌道を満たしていることを確認します。
12. 演習 8: 硫黄原子の電子分布
硫黄は、原子番号 16、記号 S の化学元素です。硫黄原子の電子分布を決定するには、原子の構造と電子配置を知る必要があります。 硫黄の電子配置は、原子の電子がエネルギーの増加順に満たされているというアウフバウ図の法則に従って得られます。
硫黄原子の電子分布を決定する最初のステップは、その原子番号 (この場合は 16) を知ることです。そこから、電子をさまざまなエネルギー レベルに割り当てる必要があります。レベル 1 には最大 2 個の電子を含めることができ、レベル 2 には電子を含めることができます。最大 8 電子、レベル 3 最大 6 電子。 この規則に従って、原子番号に達するまで、電子は最高エネルギーから最低エネルギーまで割り当てられます。
硫黄の場合、電子分布は次のように表すことができます。 1s22s22p63s23p4。 これは、レベル 1 には 2 個の電子が含まれ、レベル 2 には 8 個の電子が含まれ、レベル 3 には s サブレベルに 2 個の電子、p サブレベルに 4 個の電子が含まれていることを示します。 各レベルの電子の数は元素の原子番号と等しくなければならないことに注意することが重要です。
13. 演習 9: マグネシウム イオン (Mg2+) の電子分布
マグネシウムイオン (Mg2+) が形成されたら、その電子分布を知ることが重要です。 彼の特性 化学物質。電子分布は、原子またはイオンのさまざまなシェルおよびサブシェルに電子がどのように分布するかを表します。マグネシウムイオンの場合、電子配置を構築または取得する原理を使用して、その電子分布を決定できます。
マグネシウム イオン (Mg2+) は 2+ の正電荷を持っています。これは、中性のマグネシウム原子と比較して 10 つの電子を失っていることを意味します。 これは、元の 12 個の電子の代わりに 2 個の電子を持っていることを意味します。 Mg10+ の電子分布を決定するには、構築原理に従ってこれら XNUMX 個の電子を異なるシェルとサブシェルに割り当てる必要があります。
まず、電子を最初の殻 (n = 1) である最も内側の殻に割り当てます。 電子はエネルギーの小さい順に充填されるため、最初の電子は 1s サブレベルに割り当てられます。 次に、次の 2 個の電子が 2 番目のシェル (n = 2)、つまり 2s および 2p サブレベルに割り当てられます。 ただし、マグネシウムイオンは 2 つの電子を失っているため、割り当てられる電子は 1 つだけ残っています。 これらは 2s サブレベルに配置され、2p サブレベルは空のままになります。 したがって、マグネシウムイオン (Mg2+) の電子分布は XNUMXsXNUMX XNUMXsXNUMX になります。
14. 演習 10: リチウム原子の電子分布
リチウム原子は、その電子がさまざまなエネルギー準位やサブ準位にどのように分布するかを決定する特定の電子配置を持っています。 この電子分布を決定するには、アウフバウの規則とフントの規則、および等エネルギー規則の最大多重度を使用できます。
リチウム原子の電子配置は、次の手順で決定できます。
1. リチウムの原子番号 3 を決定します。これは、リチウム原子が XNUMX つの電子を持っていることを示します。
2. さまざまなエネルギーレベルおよびサブレベルにある電子の位置を特定します。 K レベルとして知られる最初のエネルギー レベルは最大 2 個の電子を含むことができ、L レベルとして知られる 8 番目のエネルギー レベルは最大 XNUMX 個の電子を含むことができます。
3. まず電子を K 準位に置く リチウムの K 準位には電子が XNUMX つあります。
4. 残りの電子を L 準位に置く リチウムには L 準位に XNUMX つの電子があります。
5. リチウム原子の電子分布は 1s² 2s¹ です。 これは、リチウムがK準位にXNUMXつの電子、L準位にXNUMXつの電子を持っていることを示しています。
リチウム原子の電子分布は、さまざまなエネルギーレベルとサブレベルがどのように満たされるかを示す量子力学の規則に従っていることに注意することが重要です。 リチウムの電子配置は、その電子の分布と基底状態での安定性に関する情報を提供します。
要約すると、ここで紹介した電子配布演習は、この重要な化学分野の知識をテストし強化するための基本的なツールです。これらを通じて、原子のさまざまなレベルやサブレベルにおける電子の分布を支配する規則に慣れる機会が得られました。
これらの演習を解くことで、アウフバウの法則、パウリの排除原理、フントの法則などの電子配布の基本原則を適用する能力をテストすることができます。 さらに、周期表を使用して各レベルおよびサブレベルの電子の数を決定する方法を学びました。
電子分布は化学元素の特性と挙動を理解するために重要であることを強調することが重要です。 これらの演習に関連する概念とスキルを習得することで、原子の構造と化学一般についての理解を進める準備が整います。
知識を強化するには、継続的な練習と演習が重要であることを忘れないでください。引き続き同様の演習を検討し、電子配布に関連する他の側面を掘り下げることをお勧めします。これにより、スキルを向上させ、その分野での強固な基礎を築くことができます ものすごく大事 化学のように。
結論として、これらの電子配布演習を解くことで、この重要な化学分野における知識とスキルをテストする機会が得られます。このトピックの練習と探索を続けることで、電子配布の専門家になり、化学全般の基礎を強化することができます。