原子構造と電子配置のまとめ作業

ここ最近、時間をかけて復習を続けてきた原子構造と電子配置にについて、マインドマップでまとめる作業が一段落した。せっかく勉強したことを整理・定着させるために、マインドマップを見ながらワードで文章にまとめてみた。できるだけ図に頼らずに、言葉だけで書こうとするとなかなか難しい。(以下、ノートの抜粋)


【原子配置と周期表】

  • 1電子系と多電子系

電子を1つしか持たない1電子系である水素原子は、ポテンシャルエネルギーが静電気的引力の項1つでシュレディンガー方程式が厳密に解けるため単純である。しかし、この単純性はヘリウム以上の多電子系では失われ、電子間相互作用を考慮する必要がでてくる。つまり、多電子系では、電子全体としての電子状態を論じる必要があり、『各電子は原子核と他の電子による平均的な球対称の電場の中で運動する』という近似がなされる。このため、水素原子のエネルギー順位はnのみによったが、多電子系ではlも関係してくる。

  • 電子配置の規則性

原子の電子配置はおもに、『原子中の電子は4つの量子数n, l, ml, msによって規定される』というパウリの排他原理と、『量子数の等しい軌道に電子が充填されるとき、できるだけmlの異なった軌道に入り、スピンを同じ向きにしようとする』というHundの法則によって規定される。軌道の大きさ・形状・配向性はn, l, mlによって一義的に決まり、状態はmsによって決まる。ここで、

n:主量子数
・軌道の大きさとエネルギーを決める
・値:1,2,3,…

l:方位量子数
・軌道の形をきめる
・値:0,1,2,3,…,n-1

ml:磁気量子数
・軌道の空間での配向を決める
・値:0, ±1, ±2,….,±l

ms:スピン磁気量子数
・2つの値(+1/2 と -1/2)をとり、前者は右回りの自転に対応しαスピン、後者は左回りの自転に対応しβスピンとよばれる。

である。また、主量子数nと方位量子数lについては、以下の記号でその大きさをあらわす。

原子のエネルギー順位は、nが大きいほど高いが、nが等しい場合はlが大きいほど高い。

1s < 2s< 3s<3p < 3d ≃ 4s < 4p < 5s ≃ 4d < 5s ≦ 4d < 5p < 6s < 4f ≦ 5d< 6p < 7s 5f < 6d < 7pの順序にしたがい電子が配置されていく。


こういう(ものすごく)基礎的な部分を勉強することが、特許翻訳の力の向上に結び付くだろうか?深いところで繋がるに違いないと思ってやってはいるけれど、原子構造や周期表なんて、特許出願をする当業者にしてみれば掛け算九九や因数分解みたいな基本事項だろう。

でも最近、ソフトマターに興味が出てきた。きっとこれから来る分野の1つだと思うが、どうだろうか。この分野は、化学の基礎が分かっていないとどうにもならないから、やっぱり他の勉強と並行して、基礎部分も頑張ろうかな。

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