翻訳さとり日記
30代文系主婦、特許翻訳者への道
学習記録

学習記録(2022/4/23)

本日の目標

・岡野の化学(88)途中から

実績

・岡野の化学(88)、(89)

学んだこと

・イオン化エネルギーと周期表の関係
・有効核電荷、遮蔽効果

昨日の続きで、イオン化エネルギーのグラフと各原子配置の電子配置とを比較して、どのような法則があるのかを確認しました。

下記のグラフでは、縦軸がイオン化エネルギーを、横軸が原子番号を表しています。


出典:https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=209213

このグラフを読み解く際、自分の手持ちカードは電子配置だけでした。イオン化エネルギーが高い原子の電子配置はどうなっているのか、また、その逆の、イオン化エネルギーの低い原子の電子配置がどうなっているのか、ということを確認することしかできませんでした。

※電子配置は自分でノートに手書きした後、こちらのサイトで確認しています。

なぜ原子番号が進むにつれてイオン化エネルギーが低くなっていくのかについては、自力で予測を立てることができませんでした。

そこで、ビデオで教えていただいたことをもとに調べた結果、「有効核電荷」と「遮蔽効果」というキーワードにたどりつきました。

※有効核電荷=最外殻電子が感じる原子核の陽電荷。
有効核電荷は、原子核中の陽子数-内殻電子の数で見積もることができる
(大学レベルだとスレーター規則で計算するようです)

※遮蔽効果=最外殻電子と原子核の間に働くクーロン力が、内殻電子によって弱くなる現象

以下、イオン化エネルギーと周期表との関係について、学んだことをまとめてみます。

同一周期での比較

原子番号が大きくなるほどイオン化エネルギーが大きくなり、18族で極めて大きくなる

理由:
・原子核の陽子の数が増えていき、最外殻電子を原子核に引き付けるクーロン力が強くなっていくため。
・典型元素で比較すると、原子核の陽子の数が増えていく一方、内殻電子の数が変わらないことから、遮蔽効果が弱くなり、有効核電荷が大きくなるため。
・18族(He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn)は閉殻構造をとり、極めて安定であり、そこから電子を一つ取り去るには大きなエネルギーが必要となる。また、12族(Zn, Cd, Hg)も閉殻構造を取るので、18族ほどではないがイオン化エネルギーが大きくなる。


※グラフ中、青で囲った原子が18族、緑で囲った原子が12族

・Hを除く1族(Li, Na, K, Rb, Cs, Fr)は電子を一つ取り去ると18族の電子配置になって安定するため、イオン化エネルギーが小さくなる。


※グラフ中、ピンクで囲った原子が1族(Hを除く)

例外:
・Hは電子を取り去ると陽子だけとなり、かえって不安定になるので、ほかの1族ほどイオン化エネルギーが小さくならない。
・13族(B, Al, Ga, In)は一つ電子を取り去ると閉殻構造になるので、イオン化エネルギーが比較的小さくなる。
・N、Pは半閉殻構造をとり安定しているので、そこから電子を一つ取り去るにはエネルギーが必要。しかし、Nの次の元素であるOと、Pの次のSは、電子を一つ取り去れば半閉殻構造になり安定するので、イオン化エネルギーが小さくなる。

同族での比較

原子番号が大きくなるほどイオン化エネルギーが小さくなる

理由:
原子番号が大きくなるとともに原子半径が大きくなり、最外殻電子を原子核にひきつけるクーロン力が弱くなるため。

参考サイト:
http://sekatsu-kagaku.sub.jp/ionizationenergy-and-electronaffinity.htm
http://hattorigawa.cocolog-nifty.com/blog/2013/05/post-b2bc.html
https://www.sidaiigakubu.com/examination-measure/chemistry/04/

こちらも参考にさせていただきました。

明日(4/24)の予定

・岡野の化学(90)~