電子軌道

質問

高１ですが授業ではここまで扱いません、化学にずっと興味があり、電子軌道を中心にインターネットで独学で勉強してきたのですが、最近どうしても分からないのが、電子のスピンと軌道の位相についてです。「位相」と「荷電粒子のスピン」「結合性・反結合性軌道」など単独キーワードでは簡単な例のおかげでなんとなく分かったのですが、
「逆スピンの電子同士で対をつくる」と「同じ位相のとき結合する」と言うのが互いに結びつかないのです。素人ですので、どなたか簡単にスピンと位相の概略と分子軌道の関係について説明していただけませんか？お願いします。

回答No.1

noname#160321 · ベストアンサー

スピンが半整数(奇数/2)の粒子はフェルミ統計に従いフェルミオンと呼ばれ、陽子、電子、その他色々の粒子がこれに属します。
フェルミオンは同一の量子状態には複数存在しないという「パウリの他排律」で規制されます。
この辺は量子論の根本なのでじっくり学んだ結果理解するのが良いのですが、化学屋はうわつらだけしか見ていません。
私もご多分に漏れません。
なおフェルミオンと対比される粒子はボーズ・アインシュタイン統計に従う「ボソン」で、光や質量数四のヘリウムなどが含まれ、同じ量子状態に幾つでも存在できるという性質があります。
逆スピンとおっしゃるのは1/2と-1/2のスピンを持つ電子のことだと思いますが、フェルミオンであるため、同じ電子・分子軌道には+と-のものが各一つ入るとそれで一杯、次の電子はもっと高エネルギーの軌道に入らねばなりません。
これが化学を面白くしている基本なのですが、逆に言えば何が何だか分からなくしているとも言えます。

位相の方ですが、これも量子論をちゃんと学ばないといけない内容の一つです。
位相が異なる軌道の間には節(存在確率ゼロのところ)がなくてはならず、節があると反結合になると考えられます。
でも、この様な説明は便宜的なものなので、量子論は少なくとも「量子化学入門」と書いてある程度の大学の教科書が完全に理解出来ていてはじめて使い物になるとお考え下さい。

なお、量子論は全部微分・積分方程式で記述されていますので、それが分からないとまるっきりお話になりません。
上記の位相が逆だと積分がゼロになる様な「簡単な用例」も積分あっての話しです。

お礼

返答が遅れてしまい申し訳ございませんでした。
勉強不足のようですね。しっかり勉強します。
あと早とちりしないでこつこつやっていこうと思いました。
今回はすばやい回答ありがとうございました。