| 名前：芦田 実 | 日時：2004年12月17日 23時10分00秒 |
井上貞行 様 このホームページは無機化学系（または物理化学系）の研究室で作っています．必ずしも専門家ではありませんので，不正確な回答もあります．もっと正確なことや詳しいことが知りたければ，量子化学や量子物理学などの専門家に質問して下さい．教育学部から公開しているホームページの質問箱とＱ＆Ａ集にも回答（一部）を載せたいと思います． 質問176 原子半径について質問があります．同じ周期において原子半径は，一般的に周期表の右側に行くほど小さくなると記憶しています．その主な原因は，半径が同じで，電荷（q1*q2）の積が大きくなるため，クーロン力が増大し，結果，電荷が原子核に強く引き寄せられるため，半径が小さくなるのだと習った記憶があります．だとすると，希ガスがもっとも原子半径が小さくなる気がするのですが，手元の教科書を見ると，半径がもっとも大きくなっています．これはなぜでしょうか？ 回答 原子やイオン等の半径には，その定義や測定方法の違いから，共有結合半径，金属結合半径，ファンデルワールス半径，イオン半径等があります．それらの定義や測定方法ごとに値が違いますので，同一の定義や測定方法で比較する必要があると思います．単原子分子である希ガスの原子半径を他の原子と比較するなら，当然ながらファンデルワールス半径を用いるべきだと思います．文献によって数値が多少異なりますが，例えば改訂４版 化学便覧 基礎編U（丸善，平成５年）には，希ガスＮｅの前後のファンデルワールス半径の値（単位Å＝0.1nm）がＣ 1.70，Ｎ 1.55，Ｏ 1.52，Ｆ 1.47，Ｎｅ 1.54，Ｎａ 2.27，Ｍｇ 1.73と記載されています．確かに，ＣからＦまでは右に行くほど小さくなっています．希ガスのＮｅのところで少しだけ大きくなっていますが，最大ではなく，ＮとＯの間の大きさになっています．  なぜ希ガスの原子半径がＯやＦより大きくなるのか考えてみます．これ以後は，想像を含めて回答します．原子の大きさ，すなわち最外殻電子の平均軌道半径を決定する因子には，正の原子核と負の電子間の静電的な引力だけでなく，電子間の静電的な斥力もあると思います．ＣからＦの原子では，最外殻の電子軌道に空席があります（満員ではない）ので，各電子（軌道）が空間的な位置を少しずつ譲り合って，電子間の反発を和らげているのではないかと想像できます．ところが，Ｎｅでは最外殻が満員になり混み合って，各電子（軌道）が反発しあうことが想像できます．そのために，希ガスになるとファンデルワールス半径が少しだけ大きくなるのではないでしょうか．別の言い方をすると，Ｎｅの原子半径がＦよりも小さいと仮定したら，原子核がＬ殻において電子を引きつける力にまだ余裕があることになります．そうすると，次のＮａになっても，さらに電子がＬ殻に入ってもよさそうに思います．Ｎａになったら，外側のＭ殻にしか電子が入れなくなる理由が説明できそうもありません． 結論として，１つの電子殻に入れる電子の数には限界があります．その限界（希ガス）では，電子が満員になって，電子同士の斥力が大きくなるため，原子半径が少し大きくなったのではないかと思います．そのため，次の１族では電子がさらに外側の電子殻に入らざるを得ないのだと思います． なお，参考として質問161，79，11の回答や下記のホームページ等もご覧下さい． http://kouen.s11.xrea.com/Merto/chemistry/r_of_atom.htm http://www.ipe.tsukuba.ac.jp/~s991608/genso.htm 埼玉大学教育学部理科教育講座 芦田 実 | |