第１回 講義動画 (YouTube)
２．原子軌道Summary
📚 要点まとめ
🔹 原子の基本構造 🏗️
- 原子は電子と原子核（陽子 + 中性子）で構成
🔹 ボーアの原子模型 ⚛️
- 電子は「K殻, L殻, M殻…」の軌道に存在
- 軌道は量子化（飛び飛びの値）されている
🔹 電子配置と安定性 🎯
- 原子の化学的性質は電子配置で決まる
- 最も安定な配置 = 規定状態
🔹 電子の入り方のルール 📏
- 殻ごとの電子最大数は (2n^2)（例: L殻なら8個）
🔹 主量子数と副殻 🔢
- 各殻には「副殻（s,p,d,f）」が存在
- 主量子数 (n) = 1, 2, 3…（殻の番号）
- 各殻に含まれる副殻:
- (n = 1) → s
- (n = 2) → s,p
- (n = 3) → s,p,d
- (n = 4) → s,p,d,f
🔹 副殻の電子数 ⚡
- s軌道 → 1つ（最大2個）
- p軌道 → 3つ（最大6個）
- d軌道 → 5つ（最大10個）
- f軌道 → 7つ（最大14個）
🔹 軌道の形状 🎭
- s軌道 → 球形
- p軌道 → 8の字型（3方向: (p_x, p_y, p_z)）
- d軌道 → より複雑な形（5種類）
🔹 電子の収容計算 🔢
- 例: M殻 ((n = 3)) → s(2) + p(6) + d(10) = 18個 📖 まとめ: 各軌道には最大2個の電子が入り、軌道の数が増えると収容電子数も増える。
📌 電子配置のルール
🔹 基底状態 (ground state) ⚛️
最も安定な電子配置を持つ状態
🔹 構成原理 🏗️
電子はエネルギーの低い軌道から順に入る
軌道のエネルギー順位: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → ...
エネルギー順位を覚えるには斜めの矢印を用いた方法が有効
🔹 パウリの排他原理 🚫
1つの軌道には最大2個の電子
2個の電子はスピンが逆向き (↑↓) である必要がある
🔹 フントの法則 🔄
縮退した軌道 (p, d, f 軌道) には、電子はまず1個ずつ同じスピンで入る
例えば、p 軌道 (px, py, pz) では、まず各軌道に1個ずつ電子が入り、次にペアを作る
📌 講義の要点
🏠 復習: 4つの量子数（主量子数、方位量子数、磁気量子数、スピン量子数）
🔬 電子配置: 原子の電子配置と構成原理の例外
⚡ 遮蔽効果 & 有効核電荷: 核電荷の影響とスレーターの規則
🌀 混成軌道: 軽い紹介
📖 量子数と電子状態
🔢 4つの量子数: 主量子数 (n), 方位量子数 (l), 磁気量子数 (m_l), スピン量子数 (m_s)
🌊 電子の波動性: 分布の形状は量子化され、シュレーディンガー方程式で求められる
🏗 電子軌道の決定順: ( n ) → ( l ) → ( m_l ) → ( m_s )
🚫 パウリの排他原理: 1つの軌道にはスピンの異なる2電子まで
🎭 電子配置: 最も低いエネルギー状態に電子が入る（基底状態）
🔍 原子軌道と電子殻
🔄 電子殻: (n) に応じて K, L, M, N 殻と命名
📏 収容電子数: (2n^2)
K殻 (n=1) → 2個, L殻 (n=2) → 8個, M殻 (n=3) → 18個
🎭 方位量子数 (l): 電子軌道の形状を決定
( l = 0 ) (s), ( l = 1 ) (p), ( l = 2 ) (d), ( l = 3 ) (f)
🏗 磁気量子数 (m_l): 軌道の方向を決定（s:1, p:3, d:5, f:7）
⚡ 磁場と電子エネルギー
🌀 縮退: 複数の状態が同じエネルギーを持つこと
🎭 解縮退: 磁場を加えるとエネルギーが分裂
🧲 磁気量子数: (-l) から (+l) までの値を取る
例: p軌道 ((l=1)) → (m_l=-1, 0, +1) → 3種類
d軌道 ((l=2)) → 5種類
📚 課題
📝 レポート: スレーターの規則
❓ 問題演習: 量子数の復習・空欄補充