Ptはなぜd9軌道をとるのか

質問

周期律表で電子の入り方は、通常d8軌道まで入ったらd10になることを優先し、d9軌道はとらないと教科書などには書いてあります。

　しかし、Ptはなぜかd9軌道を取ります。このd9軌道が触媒機能として重要なものなのかと個人的に考えています。そこで、

１）そもそもなぜd10になることを優先し、d9をとらないのか

２）なぜPtはd9をとるのか

３）d9軌道がどう触媒機能に影響するのか

などについて教えてください。お願いします。

回答No.3

SortaNerd · ベストアンサー

10にならずに9になっているのではなく、8にならずに9になっているのですね。
Nbにも同様のことが起こっています。
なぜかといえば、そちらの方が安定だからとしか言いようがありません。
5d8,6s2にすれば高エネルギーの6s軌道に電子が多いけれど6s軌道は閉殻、5d9,6s1にすればどの軌道も閉殻しないかわりに低エネルギーの5d軌道に電子が多くなります。
どちらが安定かというのは、きっと式を解けば分かるのでしょうが、普通は分かりません。

触媒に関しては、一つ上のPdもPtと並んで触媒として有名ですがこちらは普通にdに10個電子が入っているところからして、あまり関係ないのではと思います。

お礼

ありがとうございます。
　考えてみればｓ軌道に入るほうを不思議に思うべきでした。また、d10の金属の触媒機能はまた別の問題なのかもしれません。もっと勉強しようと思います。

回答No.2

inorganicchemist

>ところで、ｄ軌道の形を見ていると球対称に近いものってありますか？

単独のd軌道では球対称のものはありません。「5個のd軌道にすべて（10個）電子が詰まった状態」　が球対称に近いという表現です。

単純化すると、sp3の四面体型、1個だけ電子が入った状態と、4個（or8個）の電子が入った状態、どちらが対称性が高い（＝球対称に近い）でしょうか？

お礼

ありがとうございます。混成軌道も含めて考え直したいと思います。

回答No.1

inorganicchemist

現役を離れて久しく、また手元に専門書もないのでうろ覚えですが。。。

>１）　d10は一番球対称に近くなり、電子配置としては一番対称性が高くなります。このためd10構造（閉殻構造）が安定となります。

>２）　不対電子が入る軌道を慣例的にdz軌道とします。二つのPtをz軸上に並べて見ると、不対電子の入ったdz軌道同士が重なります。つまりdz-dzのσ結合のようなものができます。実際には「結合」と呼べるほど強いエネルギーは持ちませんが、このような相互作用によりd9配置が安定化される可能性があります。

>３）　具体的な触媒プロセスは私もずぶの素人ですが、触媒に求められる性能のひとつは「安定すぎず、不安定すぎず」です。言い換えれば「準安定状態が存在する」ということです。
初期の錯体が安定すぎれば、そのまま置換不活性であり、当然触媒としては働きません。また、基質と触媒との結合が強すぎても、反応性生物が触媒から離脱できず、これまた触媒としては利用できません。

おそらく、d9配置そのものが触媒活性を高めるのではなく、「d9配置を含めて、さまざまな電子配置（酸化数）をとりうる。複数の酸化状態が準安定に存在するため、酸化状態を制御することにより、錯体の安定性を制御することが可能で、触媒としての利用が可能となる」こんな解釈になりますかね・・・

お礼

ありがとうございます。

　ところで、ｄ軌道の形を見ていると球対称に近いものってありますか？