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周期表の中での電子配置の順について
電子が軌道に入るときに「↑プラス」が先に入り後に「↓マイナス」がはいると教わりました どうして先に↑プラスなのでしょうか。なぜ「↓マイナス」ではないのでしょうか また、スピンが平行になるとは電子がプラス-プラスorマイナス-マイナスになるという認識ですがあってますでしょうか。 その場合スピンが平衡になるとクーロン反発力が弱くなるというのはなぜでしょうか。
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> どうして先に↑プラスなのでしょうか。なぜ「↓マイナス」ではないのでしょうか 電子を軌道に詰めていく時の話ですよね。一番目の電子スピンの向きは↑でも↓でも構わないので、↓を先に入れても本当はいいんですよ。どちらを先に入れても構わないので↑から先に入れていく習慣になっている、と単純に考えてもいいですし、一番目の電子スピンが向いている方向をプラス方向にとる習慣になっている、と考えてもいいです。 >スピンが平行になるとは電子がプラス-プラスorマイナス-マイナスになるという認識ですがあってますでしょうか。 とりあえず合ってます。三重項とか一重項とかを習うと認識を改める必要があるかもしれませんが、それまでは↑↑と↓↓がそれぞれ平行で、↑↓と↓↑がそれぞれ反平行であると考えていいです。 > スピンが平行になるとクーロン反発力が弱くなるというのはなぜでしょうか。 パウリの排他原理（を一般化したもの）から、同じ向きのスピンを持つ電子が同じ場所に同時にいることは禁止されるけど、電子の持つスピンが逆向きだったら同じ場所に二個の電子が同時にいてもよい、ということができます。「ということはスピン平行な電子は原子内でぶつからないように避け合って動いている。だからスピン平行な電子の間の平均距離は、スピン反平行な電子の間の平均距離と比べると長くなって、クーロン反発力が弱められる」というのがよくある説明ですね。詳しい計算によると、この考え方は間違っているらしいのですけど、分かり易くて覚え易いので、専門家になるのでなければ、この考え方で構わないと私は思います。
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- connykelly
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>どうして先に↑プラスなのでしょうか。なぜ「↓マイナス」ではないのでしょうか ↑プラス（上向きスピン）、↓マイナス（下向きスピン）をどうして区別できるでしょうか。観測者が逆立ちするとプラスがマイナスに見えたりして。。。そんなことはないですよね。それは説明上の方便で、実際はdoc_sundayさんがお答えになっている通りと思います。 >スピンが平衡になるとクーロン反発力が弱くなるというのはなぜでしょうか。 これも既に回答されていますが、少し補足をしますとパウリの排他原理というのをご存知ですね。「１つの原子軌道には、スピンが上向きと下向きの電子が１個ずつで、計2個までしか存在することができない」というものですね。今、2つの電子があるとするとスピンが互いに逆向きの電子は同じ軌道に入れ、この結果空間的には近い距離に存在することが出来ますのでクーロン反発力は強くなります。一方、同じスピン方向の電子はパウリの排他原理により異なる軌道にしか入れないので比較的離れた位置で存在することになり、クーロン反発力は弱まるということだと思います。
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回答ありがとうございます。 ＞↑プラス（上向きスピン）、↓マイナス（下向きスピン）をどうして区別できるでしょうか。 そうですよね。ちょっと直感的には理解しがたいですよね。。。 まぁそこは割り切って考えます！ ＞一方、同じスピン方向の電子はパウリの排他原理により異なる軌道にしか入れないので比較的離れた位置で存在することになり、クーロン反発力は弱まるということだと思います。 なるほど、つまり 電子が入るときには、別に上向き・下向きがそろってるとかは関係ないけれど、電子（フェルミオン）の性質、クーロン力の反発を考えると、電子は少しでも離れたほうが安定するので、結果的に同じ向きのスピンを持った電子が別々の軌道に入っていく確率が高くなる。ということなんですかね。。 う～ん、パウリは難しいです。
>電子が軌道に入るときに「↑プラス」が先に入り後に「↓マイナス」がはいると教わりました… はっきり言って「間違いです」。上向きと下向きのスピン状態は縮重しており、どちらがどちらかは磁場でも掛けないと分かりません。 >スピンが平行になるとは電子がプラス-プラスorマイナス-マイナスになるという認識ですがあってますでしょうか… おっしゃるとおりです。その場合三重項と呼びます。逆平行だと一重項になります(2s+1が重項数)。 >スピンが平衡になるとクーロン反発力が弱くなる… これはフント則により平行スピンが異なった軌道(オービタル)に入るため電子間のクーロン反発力が小さくなるのです。 ではフント則がなぜ存在するのか？そこまでは私の理解は深くないので、他の方のお答えに待ちたいと存じます。 いずれにせよ量子化学的な根拠があるはずなのですが…。 m(_ _)m
お礼
回答ありがとうございます。 やはり、私の認識は間違っていなかったようですね。 安心しました。 フント則については、他を探してみようと思います。 ありがとうございました。
お礼
回答ありがとうございます。 ＞一番目の電子スピンの向きは↑でも↓でも構わないので・・・ スピンの向きは半分どうでもいいんですね。 学校では教えてくれませんでした。。。 ＞三重項とか一重項とかを習うと認識を改める必要があるかもしれませんが、それまでは↑↑と↓↓がそれぞれ平行で、↑↓と↓↑がそれぞれ反平行であると考えていいです。 理解しました。 ＞スピン平行な電子の間の平均距離は、スピン反平行な電子の間の平均距離と比べると長くなって、クーロン反発力が弱められる う～ん、やっぱりスピンの向きがそろう必要性が理解できません。。。 別に必要ではないけれど、結果的に距離が遠い組み合わせばかり存在する。という理解にしておきます。 （将来的に、スピンの向きがそろってないような原子が発見されたら、この理解で合ってるということになりますね＾＾） ＞専門家になるのでなければ、この考え方で構わないと私は思います。 割り切りは大事ですよね、ありがとうございました。