常磁性・緩衝液について

質問

電子の立体配置に関わりなく、電気的に中性で単原子の時に常に常磁性のものはなにか　　答え　窒素（炭素・窒素・酸素・ネオン・アルゴンから選ぶ問題）

　そもそも常磁性を参考書で調べると、原子や分子が少なくともひとつ対になっていない電子を持つ、と書いてあり、あまりよくわかりません。常磁性は酸素と関わりがあるように思うのですが、なぜ酸素ではなく窒素が答えなのでしょうか。

　水を加えてもオキソニウムイオン［H３O＋］が変化しないものはなにか　　　答え　緩衝液

　緩衝液の重要な性質・・水を加えても除いても全く緩衝液のｐHが変化しない　対して、ほかのどんな溶液を薄めると、ｐH即ちオキソニウムイオン濃度が変わってしまう
と書いてあるのですがどういうことをいっているのでしょうか。
緩衝液の定義からすでに危ういと思われます。

回答No.2

101325

奇数個の電子を持つ原子・分子・イオンは、常に常磁性になります（クラマースの定理）。電子が奇数個だったら、どのように電子対をつくっても、必ず一個の電子が余るからです。この残った電子が常磁性の原因になります。

中性の単原子なら、電子数は原子番号と同じになります。選択肢の中で原子番号が奇数のものは、窒素だけです。

クラマースの定理の逆は、一般には成り立ちません。偶数個の電子を持つ原子・分子・イオンは、反磁性になることもあれば、常磁性になることもあります。酸素分子は、偶数個の電子を持つのに常磁性になる例です。ただし、「酸素分子は常に常磁性である」とはいえません。何らかの方法で、酸素分子にエネルギーを与えると、反磁性の一重項酸素（いわゆる活性酸素の一種）を生成することができます。一重項酸素は酸素分子の励起状態のひとつとみなせるので、「基底状態の酸素分子は常磁性だが、励起状態の酸素分子には反磁性のものがある」ということになります。

選択肢にある炭素原子も酸素原子も、偶数個の電子を持つ原子ですけど、基底状態は常磁性です（フントの規則）。これらの原子も、エネルギーを与えることによって、反磁性にすることができます。例えば炭素原子の基底状態では、６個ある電子のうち４個の電子が対になって１ｓ軌道と２ｓ軌道に入っていて、残りの２個の電子が別々に２ｐ軌道に入っています。２ｐ軌道に入っている電子は、対をつくっていないので常磁性になります。エネルギーを与えて、この２ｐ軌道に入っている電子を二つとも２ｐｚ軌道に押し込めば、これらの電子は対になります。この状態では、対になっていない電子はありませんから、反磁性になります。つまり「基底状態の炭素原子は常磁性だが、励起状態の炭素原子には反磁性のものがある」ということになります。

緩衝液については、よく分かりません。ごめんなさい。

回答No.1

htms42

どういう問題集に載っていた問題でしょうか。
資格試験の問題集ではないですか。

化学的に信用できないものもかなりあるように思います。