化学の基礎 II(A)6 (20071102)

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07h3084

ある距離rだけはなして水素原子を置いた場合, どのrで結合ができる, と明確に示せるrは無いということですか? M:明確な境界線は引けないということでしょう. 現実の系では, まあ共有結合半径とかファンデルワールス半径などを参考にして判断するのでしょうね.

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06m2169

電子が銀河のような非常に遠くにあって, 他の強力な陽イオンに引き寄せられて元の原子がイオンになるようなことはないのか. あるとしたら私たちの体にも起こっているのか. M:「存在確率がゼロでは無い」ということと, 実際に移動していくことを混同していると思われます. ていうかそもそも, 電子の軌道を考えるときは, 他の銀河の存在などは考慮していませんし(笑).

07m2138

1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, ... この順番で電子が入っていく理由は分かったが, なぜもっと分かりやすくできなかったのか.//電子雲はどの原子のものなのか区別できないということだが, それぞれの原子に電子雲の特徴はないのか? M:充分にわかりやすいと思いますが.//電子雲としては, 原子および軌道によって, 広がりとか形とかが異なることもあるでしょう. しかしその位置に見出された電子の出自は不明だということです, 名札を付けているわけじゃありませんから.

07m2148

構造の表現方法は実に様々ありますが, それぞれの表し方にどのような利点があるのですか? また, 一体, どのような場所, 場合に扱われることが多いのですか? M:表したいことに応じて, 適宜表現を変えるのは, 普通のことじゃないんですか?

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07m2214

左図で[図省略]この状態[図省略]のときはどこを示せばいいのですか?[前者は動径分布関数らしき物の重なりの図, 後者は丸が二つ接触しているの図] M:「どこを示」すって, 質問の意味がわかりません.

07m2225

上の図で[図省略] IP はキョリが小さい方が陽イオンになりやすいのに, EA は, キョリが大きい方が陰イオンになりやすいのか? M:エネルギーを受け取るのか放出するのか, 出か入りかが異なります.

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07m2101

電子雲の説明で右図[図省略]使って, 存在確率を表していたのですけど, A)とB)だと, かなり違うと思うんですけど どっちが正しいのですか? A)だとr≒0でMaxなのにB)ではMin. [動径関数と動径分布関数かな] M:講義では二つの流儀で書きましたが, それは動径関数と動径分布関数です. 詳しくは量子力学の本を見てください.

07m2404

電子は何故負の電荷を帯びているのですか. M:そういう性質だとしか言いようがないと思いますが.

07m2409

電子半径に近くなれば電子数が多くなるなら, [図省略]じゃなくて[図省略]じゃないんですか. [動径分布関数らしき図, 前者よりも後者は極大値が中心に近い] M:「電子半径」というのが最大のなぞですが, そこは無視して答えてみます. いいえ, 1s 軌道の動径分布関数の最大値は, ボーア半径の所です. 量子力学の本を見て, 自分で計算してみてください.

07m2419

軌道のエネルギーの低い順にと言っていたが, エネルギーの高い低いは なにによって決まるのか? M:えーと, その軌道に入った電子の持つエネルギーの大小をいっているのだけど, 何によって決まるかって言ってもねぇ... 持っている運動エネルギーとポテンシャルエネルギーの和でしょうかね, やっぱり. 荷電粒子(原子核とか他の電子とか)のつくる電場の中を運動している荷電粒子(電子)なのだから.

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07s1023

2価の陽イオンにするためには, 第2イオン化エネルギーのみが必要なのか, それとも, 第1イオン化エネルギーを加えて1価の陽イオンにして, さらに第2イオン化エネルギーを加える必要があるのか. M:(第一・第二)イオン化エネルギーの定義を確認してはいかがでしょうか.

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06s2003

・電子はどれくらいの速度で雲の間を移動しているのでしょう.//・また, もし電子が銀河の果てにとんでいったら, どうやってもとの場所に戻るのでしょう. M:電子の存在確率が雲に喩えられるので, 雲の間は移動しないと思うのですが...//だから, 存在確率がゼロではないというだけであって, 飛んで行くのではないと授業中にも言ったのにぃ...

06s2017

・水素H₂や酸素O₂のように原子としては, 不安定である原子の物性を調べることはできるのか.//・分子軌道は2つでき, 低い方に電子が入るが, この状態のものに更に電子を加えて, もう一方の軌道をうめられるのか. M:「〜のように原子として不安定」って, 何のことでしょうか?//分子の場合にも, aufbau principle のような事が成り立ちます.

06s2029

水素結合は化学結合といえるのか? M:立場によるでしょう. ていうか, そんなに厳密な話じゃないと思うけど.

06s2031

結合は何種類まで同時に結合することができるのか? M:質問の意味・意図がわかりません.

06s2033

反結合性と結合性の内容をもう少し詳しく知りたいです. 具体的なエネルギーの高さの違いがうまく聞きとれませんでした. よろしくお願いします. M:そうですか. でもこれは質問ではありませんね, 提出物が要件を満足していません.

07s2001

電子の軌道は複雑だと言っていましたが それなら電子同士でぶつかることはないのですか? またもしぶつかる場合はどのような変化がおきますか? M:そんなこと言ったっけ? ところで, 仮にぶつかることがあったとしても, 電荷を持った粒子としては, 跳ね返るっていうのが妥当な見方じゃないのかなぁ, 違うんですか?

07s2002

原子を別々の場所に置くときに どのような方法を用いるのですか? M:最先端の技術では, 原子をひとつづつ並べることもあるようですが, 授業ではそういう話をしてませんね. 仮定法による話法とか, 思考実験とか, 知らないんでしょうか?

07s2006

原子の電子配置について, 原子軌道や軌道の形の電子雲をいまひとつ理解できないのですが, その助けとなるような本などありますか. M:はい, たーくさんあると思います. 「その助け」が何の助けなのか, イマイチ分かりませんけど.

07s2007

電子は透明なのか? M:ふむ, 透明かそうじゃないかって, どうやって判定しますか?

07s2010

「におい」は, 原子ですか? M:「生気」や「燃焼」や「熱」は, 元素/原子ですか?

07s2011

金属結合は普通の結合と違って電子が自由に動き回る自由電子がありますが, その電子は軌道というのはあるんですか. 自由電子には少しも法則性はないんですか. どうやってくっついているのか. M:固体物性の分野ではバンド理論とかありますが, 分子軌道からのアプローチとしては, 関与する原子/軌道の数が膨大になったためにエネルギー的に連続状態とみなせる, ということでしょうか.

07s2012

自ら光を放つ有機物質を使用した有機ELがありますが, 自ら光を放つ有機物質は主としてどのような官能基を持っているのですか. M:「自ら光を放つ」とはいえ, 光もエネルギーですから熱力学第一法則(エネルギー保存則)を破るわけにはいきませんね. また「官能基」というのも, 発光するという機能を持つ特別な基があるわけじゃありません.

07s2014

なぜ元素はイオン化するのか? イオン化する必要はないのではないか. M:元素がイオン化するのではなくて, 原子でしょ. 化学反応や物理的な挙動って, 要不要で起こるわけではないでしょ.

07s2015

世界で初めて化学結合の原子間の距離を正確にはかった時の物質と結合, そして測定の方法を教えてください. [「状態」がどこに挿入される(?)のか不明] M:そこまで疑問点が具体的で明確になっているのならば, 答えはすぐに調べられるのではないでしょうか. ちなみに, あなたの書いたものは願いであって質問ではありませんね, ということで提出物が要件を満足していません.

07s2016

イオン化エネルギーについての質問ですが, 今回の授業では, 原子から電子を取り去り, 陽イオンにするためのエネルギーを, イオン化エネルギーというように理解したのですが, H₂OがH₃O⁺になるように分子が陽イオンになる場合にも, イオン化エネルギーなのでしょうか? M:「イオン化エネルギー」の定義を確認しましょう. あなたのいう変化は, 原子の数が変化してるので, 単純なイオン化じゃありませんね.

07s2017

原子軌道と分子軌道は まったく違うものではないのですか? M:要するに電子の動きなんで, あまり違わないでしょって, 目の前にいる学生が言ってます. 数学的にはユニタリ変換の関係で結ばれているので, あんまり違わないという言い方もあるような...

07s2018

陽子と電子がくっつかないためには遠心力とクーロン力がある程度つりあってなければならないので, 電子が陽子の近くに存在している時は高速で, 陽子から遠くに存在している時は低速で軌道運動しているのか.//なぜ分子になると結合性軌道と反結合性軌道が新たにできるのか. M:このレベルになると, 電子は有限の速度を持って軌道運動をしているとは言えない世界になります. 詳しくは例えば位置と運動量(速度)の不確定性関係とかを勉強してください.//逆ですね. 結合性軌道が形成されて, そこに電子が入り, 分子になる.

07s2019

電子の位置が確率で異なるなら分子内の原子間距離も確率で異なりますか? M:「位置が確率で異なる」の意味がわかりません. ``x(p): x()は位置を表す関数, p は引数としての確率'' っていうことでしょ? わからんなぁ.

07s2020

水素はこれからのエネルギーとして注目されています. 水素の製造方法も, 「水の電気分解」「化石燃料のガス化」「微生物利用」など色々ありますが, コストや環境への負荷を考えると, どんな方法が一番良いのですか? M:クラークの第一・第二法則のバリエーションのような気がするので, わかりません, と答えておきます.

07s2022

共有結合を作ることでエネルギーを高めることができるというメリットがあることは分かりましたが, 反対に, 共有結合を作ることでのデメリットというのはあるのですか? M:えっと, まともに理解しているのでしょうか? エネルギーは高められませんよ. また, デメリットというかどうかはわかりませんが, エントロピーは減少しますね. あぁ, 他の電子と共に限られた空間に束縛されるという意味で, 電子間の反発は受けるかもしれない.

07s2023

H₂Oには電気的なかたよりがありますが, なぜCO₂は電気的にかたよりがないんですか?? M:え? ありますよ.

07s2024

例えば, NaでNa⁺とNa^-とではイオンの大きさは違うのですか. M:えっと, 私がここで yes/no を言う必要があるのでしょうか? クイズですか? 答えたとして, 正解か不正解かは, 誰がどういう根拠で判定するのでしょうか?

07s2025

軌道には, アルファベット, s, p, f, d の4つがありますが, それ以外にはないんですか? なぜ4つなんですか? s, p, f, d は何の略ですか? M:まず, 順序が違います. s, p, d, f です. これらは方位量子数に対応していますが, それは 0〜3 で終わりじゃありませんよね. 何の略かは, 今ではほとんど意味がありませんから, 気にしないでください(それなりの本を見れば書いてはありますが...).

07s2026

電子親和力はエネルギーを放出するのだが, そのエネルギーとは何なのか. 例えば, 熱エネルギーだとすれば原子の温度が上がったりするように, エネルギーの放出による変化はないのか. M:エネルギーはさまざまな形態をとり, 互いに変換することができるって, 習いませんでしたか? もちろん変換の前後でも保存されるのですけど. そして例えば運動エネルギーに変換されたとすれば, 運動の速度が増加するなどの変化があるのは, エネルギーの形態に応じてあたりまえのことじゃありませんか?

07s2027

エネルギーが放出されるときに熱エネルギーなどに変ってエネルギー量が正確に測れないんじゃないですか? M:エネルギー保存則などを勉強してください. 測定技術の限界という意味ならば, それはどんな測定にもあてはまりますね.

07s2029

電子雲と電子雲がぶつかって電子と電子がぶつかる可能性というのもあるんですか? 又, ぶつかるなら波としての性質で重ね合わせの原理ですりぬけるんですか? M:電子という粒子がぶつかることは, そりゃあるでしょうね. クーロン斥力の範囲内でですが. 電子雲はある種の波なのですが, その振幅が何を表すかは, ちゃんと量子力学を勉強してください.

07s2030

化学結合で原子間の結合以外は何の結合なんですか? M:l``化学結合''という言葉の意味をどうとらえるか, という問題なのですが, そんなに厳密な意味で用いていませんので, 分子やイオンの結合も入るかもしれません.

07s2034

電子の軌道の中で, 電子が全く存在していない所があると思うのですが, そこはいったいどうなっているのですか? M:別にどうもなっていませんが... ブラックホールか何かにでもなっているという趣旨の質問でしょうか?

07s2035

原子を人工的に分子にすることは理論的には可能なのか? M:「人工的」と「理論的」と重ねてきて, 不思議なニュアンスの質問ですね.

07s2036

理論が導き出したエネルギー準位では, 単純に (s<p<d<f...) となっているが 実際は (6s<4f<5d<6p) となるのはなぜなのか. 理論と実際の大きなギャップはなぜうまれたのか. M:あなたのいう前者(理論?)と後者(実際?)の違いは, 何でしょうか? 明確な違いがあるのですけど, それがギャップとやらの理由だと考えて, 何の不思議もないのですけど.

07s2038

ヘリウムの原子軌道と電子配置から, なぜ分子を作らないのですか? 1電子を放出して1価の陽イオンになってもいいような気がしました. M:そうですね. 中性分子の安定性と, 一価の陽イオンの安定性は, 確かに異なっていますからね.

07s2040

分子になるための距離は近づく原子や結合の仕方によってちがうんですか? M:授業では``原子軌道の重なり''を説明しました. この軌道のひろがりは, 原子の種類によって, 同じか違うか, あなたはどう考えますか?

07s2041

この講義で使っている教科書に, イオン化エネルギーと, 電子親和力の説明で両方とも, ``エネルギー''という言葉を使ってましたが, 電子親和力を``エネルギー''ではなく, ``力''という言葉で説明はできるのでしょうか? M:エネルギーと力は, 物理的に異なる概念です. ま, 関係はありますけどね. というわけで, 力で表現するのは, 力学の単純な演習問題です(意味があるのかどうか, 謎ですけど).

07s2042

硫黄の製法についてですが, 「斜方硫黄はCS₂に溶かして再結晶させる」とありますが, これは不純物を取り除くための作業なんですか? M:「斜方硫黄」と「そうじゃない硫黄」の違いは何ですか? 不純物の有無ですか?

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07s3033

イオン化エネルギーと電子親和力で, 遷移元素の場合ばらつきがあると言っていましたが, なぜ表の順番どうり[ママ]にならず, ばらつきがあるんですか? M:例外があるとは言いましたけど, 遷移元素とかばらつきとか, そんなこと言ったっけ? ていうか, その表(どの表?)自体に, 例外を含めて現実の詰まりかたが書いてあるでしょうに.

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07s4001

私たちの身の回りでファンデルワールス引力で結びついている物質を教えてください. M:えっと, 本気の質問ですか? ていうか, ファンデルワールス力の定義を考えてみてはいかが?

07s4008

分子軌道で考えた方が良い場合とありましたが, 良い場合悪い場合とは何で決まるのですか. M:現実を, よりうまく記述できるかどうか.

07s4018

水以外の身近な物質で, 状態変化が見られるものは何ですか? M:えっと, これまた本気の質問ですか? あぁ, 一応「状態変化」って何ですか? と聞き返してみよう.

07s4020

Na⁺とF^-は共にNeと同じ電子配置なのになぜNa⁺はF^-と比べて小さいイオンなんですか. M:電子配置以外に異なる所があるからでしょうね, 当然ですが.

07s4033

全ての原子が水素類似原子になるのか. 電子が多い原子ほど距離が離れていても分子になるのか. M:原理的に, ならない理由が, 何かあるのでしょうか? 現実になりやすい/作りやすいかどうかとは別問題ですよね?//電子の多さと距離とに関係があるのでしょうか? 07s4020 を参考に考えてみてはいかがでしょうか?

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07s5017

原子の軌動[ママ]がうまく重ならない状態で近づいていくとどうなるのかよくわかりません. M:どうもなにも, 重ならなければ重ならないだけでしょう. 最初から自分で言ってるのにね. なおこれも, あなたの感想であって質問ではありませんので, 提出物が要件を満足していません.

07s5041

IP energy によって放たれた電子e^-は, 無限遠まで行くと仮想されるが, イオン化が水中で行われた時, 無限遠というのは水から外になるのでしょうか. あるいは電子にとっての無限遠だから我々にとっての無限遠とはちがうから水中? M:定義を考えるときの仮想状態と, 現実の環境は, 当然異なりますよ. 溶媒中ではイオンは裸のままではいられずに溶媒和するし, 当然それによってエネルギー状態も変わります.

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06s6018

ダイアモンドはこする力には強いですが, たたけばかんたんにくだけますよね. どちらの力に対しても, つよい鉱物はありますか? つよいの定義があいまいですがよろしくおねがいします. M:ほう, そんなに簡単に砕けるんですか, 知らなかったなぁ. ていうか, 「かんたん」の意味を確認した方がいいのかも.

06s6059

分子間力とファンデルワールス結合は同じ意味ですか?//電子の存在確率の式は Ce^-arみたいな変数分離型の微分方程式をといたものですか? M:いいえ, 分子間力はファンデルワールス力だけじゃありません.//「〜みたいな」っていう文脈が理解し難いが, 例示されている物と, 五文字の漢字の言葉二つは, まああたってるかも(どういう文脈を作るかにもよるが).

07s6016

全ての原子は+と-の両方のイオンとなり得るのか? M:原理的に不可能な理由は, 何か考えられますか?

07s6043

原子軌道の中を電子が自由に存在して, 確率的には, とても遠くに存在することもあるといっても, 原子核からの電子の距離によって, 電子が持つ電気的なエネルギーに差が出てくるのではないか. M:まず, 「自由」ではありません, 束縛されています. 次に, ある瞬間の電子の持つエネルギーというものは, おっとっと, 不確定性原理により求められませんね. でも期待値というものはあります.

07s6052

原子間でファンデルワールス結合はしないんですか? M:普通は分子間の力として考えると思いますが, 単原子分子ならば, 原子間ともいえるかもね.

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06a1009

分子が分子であり, 分子でない狭間はどんな状態になっているのか. M:えっと, 哲学的質問でしょうか? 「Aであり, Aでない」って??

07a1001

K殻にあるs軌道とL殻にあるs軌道の半径ってちがうのですか? M:KとLとの違いは何ですか? そこが違うと, 例えばボーア模型による軌道半径のどこがどう変わりますか?

07a1005

分子をどれくらい離せば分子じゃなくなるのですか. M:え?? 分子は遠くにあっても分子でしょ? あぁ, どこから離すのかを聞き返せばいいのかな?

07a1006

陽イオンになりやすいのはIPが少ないもので, 陰イオンになりやすいものはEAが大きいもの. これは原子によって異なるとおっしゃいましたが, 電子の数や質量数によって決まっているのですか? M:電子の数は関係しているかもしれませんが, 質量数はどうかなぁ. ていうか, もっと関係しているもののことは忘れてるみたいですね.

07a1011

放射性原子の原子核が原子核崩壊するとき原子内, 原子核内でどのような力[ルビ「ちから」]が働いているのでしょうか? また放射線を出した直後の原子では一般の同元素の原子と何か異なる部分があるのでしょうか? M:原子核内の話は原子核物理学へ行ってください. 放射性崩壊にも何種類かあるので, それによって異なるかと思いますが. 高エネルギーが関与しているので, 一般のエネルギー的に安定している原子とは, いろいろと異なることがあるみたいです. 放射化学とかホットアトム化学とかがキーワードになるかも.

07a1024

結合のキョリが近づいて重なると原子軌道から分子軌道になるのは分かりましたが, 例えば水素分子となった2つの原子は, 一体どこまで近づくことが出きるのですか? M:持てるエネルギー次第だと思いますが, あたりまえですけど.

07a1026

電子雲の考えは何のために考え出されたんですか. 何を考えるときに役立ちますか. M:そもそも電子は量子ですから, 原子・分子の話をするときには, 基本中の基本ですよ.

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07a2008

構造式にはベンゼン環のような6角形や五角形がありますが, なぜなのでしょうか. 他に何角形がありますか? M:えっと, 分子がそういう形をしているから, でしょうか. 七角形とか接頭二十面体(サッカーボール)とかダビデの星とかもありますヨ.

07a2028

原子核の周りの軌道を飛び回っている(電子雲をつくっている)電子は, 常にとどまっておらず, 区別することもできない. それどころか確率で分布しているので次の瞬間には別の場所に現れる. そんなつかみどころのない電子の大きさはどのようにして知ることができやのでしょうか. M:さて, どうやるのでしょうね, 私も知りません. 調べてわかったら教えてくださいね.

07a2034

電子というものは雲のようなあいまいな存在の形をしていて, その雲全体が1つの電子ということですか? M:ええと, 私がここで yes/no を言うことに, 何の意味がありますか? その言質の正当性はどうやって担保されるのでしょうか?

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07a4004

2つの水素原子が1つの水分子になる時の距離は約0.07nmと言っていたが, それは2つの水素原子の電子の軌道が重なった時なのか? M:無限遠まで広がっている電子の軌道が, 「重なった時」ってどの距離のことでしょうか?

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H-Hの長さは, 0.07nmで結合したと言うとわかったが, その長さは, 物質によって違ってくるのか. M:勉強とは, トリビアな豆知識の集積ではありませんよ, と釘を刺しておいて, 閑話休題. 同じであると考える理由が, 何かあるのでしょうか? 例えばボーア模型では, 電子軌道の半径は, 核の電荷や主量子数がことなるとどうなりますか?

07a4034

たとえば水素分子がいくつかあってある程度距離が近づいたり, 離れたりしたとき, 水素原子が分子間で交換されたりするんですか? M:そのためには, 水素分子において原子間の結合が切れなければなりませんよね. これに必要なエネルギーを解離エネルギーといいますが.

07a4038

花火以外の場で炎色反応を使用されているものはあるんでしょうか. M:ネオンサインなどのデコレーションとか, 蛍光管などの照明機器とか... 炎を用いてはいないけど.

07a4039

最近, 第2次世界大戦中に使っていた化学兵器についての本を読みました. 現在は化学兵器を作ることは禁止されていますが, 今の化学をもって, 兵器を作るとしたら, 当時よりも強力な兵器を作ることができますか? M:化学兵器の「強力」とはどういう意味ですか?