Transcript 電子配置

光・放射線化学
FUT
原 道寛
問題
• 電子配置と電子状態の差を述べよ。
(0・1*100=10pt)
問題
• 一重項状態と三重項状態の差を述べよ。
(0・1*100=10pt)
問題
• Jabionski図をできるだけ詳しく記入せよ。
• 1語句につき1 pt （最大10pt）
光化学I
3
章
序章
•“光化学”を学ぶにあたって
1章
•光とは何か
2章
•分子の電子状態
• 電子励起状態
• 3.1電子配置と電子状態
• 3.2一重項状態と三重項状態
• 3.3エネルギー状態図と素過程
4章
•分子と光の相互作用
5章
•光化学における時間スケール
6章
•分子に光をあてると何が起こるか
7章
•光化学の観測と解析
8章
•どのように光を当てるか
9章
•光化学の素過程
10章
•光化学反応の特徴
3章電子励起状態
電子配置と電子状態の差を理解する
一重項状態と三重項状態の差
Jabionski図
分子軌道に関する電子○○といった
らどれがふさわしいか。
1. 電子エネルギー,電子軌道、
25%
2. 電子軌道、電子状態、
25%
3. 電子配置、電子軌道
25%
4. 電子状態、電子配置
25%
1
2
3
4
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100
81
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20
3.1電子配置と電子状態
分子軌道
電子配置
電子状態
ψ1(ε1) ψ2(ε2) ψ3(ε3) ψ4(ε4)
１
Ａ
• 4つの分子軌道
2
Ｂ
• ４つの電子
3
• どのように配置されるのだろうか
エネルギーを表現するのに関係が深
いのは。
1. 電子配置
50%
2. 電子状態
50%
1
2
3
4
5
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95
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97
98
99
100
81
82
20
3.1電子配置と電子状態
Ａ
Ｂ
Ｃ
Ｄ
Ｆ
Ｈ
Ｅ
Ｇ
参加者スコア
0
参加者 1
0
参加者 11
0
0
0
0
参加者 2
参加者 3
参加者 4
参加者 5
0
0
0
0
参加者 12
参加者 13
参加者 14
参加者 15
0
0
0
参加者 6
参加者 7
参加者 8
0
0
0
参加者 16
参加者 17
参加者 18
0
0
参加者 9
参加者 10
0
0
参加者 19
参加者 20
4つの電子が一番エネルギーが低い
ことを表す方法で、最適なのはどれか。
1. 4ψ1
25%
2. 3ψ1＋１ψ2
25%
3. 2ψ1＋2ψ2
25%
4. 4ψ2
25%
1
2
3
4
5
6
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/ 5 62
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71
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76
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92
93
94
95
96
97
98
99
100
81
82
20
3.1電子配置と電子状態
最もエネルギーが低くなるのは、電子が
Ａ
Ｂ
• ψ1に2個
・ψ2に2個
Ｃ
• 全電子エネルギーE0=2ψ1＋2ψ
2
次に低い電子の並べ方
Ｄ
Ｅ
Ｆ
• ψ1に2個・ψ
に1個・ψ
に1個
2
3
• 全電子エネルギーE0=2ψ1＋ψＧ2＋ψ3
Ｈ
Ｉ
Ｊ
Ｋ
Ｌ
ある分子の電子的励起状態と基底状
態のエネルギーの関係は
1. 電子的励起状態の方が常に高い
33%
2. 基底状態の方が常に高い
33%
3. 場合よって変わることがある。
33%
1
2
3
4
5
6
7
8
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99
100
81
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20
3.1電子配置と電子状態
Ａ
基底状態
ground state
Ｃ
電子励起状態
electronically
excited state
Ｅ
励起状態
excited state
Ｆ
最低励起状態
the lowest
excited state
• エネルギーがもっとも
Ｂ
低い安定なもの
Ｄ
• 基底状態以外の
すべての状態
• 上記と同じ
Ｇ
• 励起状態でも最も低い
エネルギーの状態
エチレンには見られないがカルボニル
化合物には見られる遷移は？
1. nπ＊遷移
33%
2. ππ＊遷移
33%
3. σσ＊遷移
33%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
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42
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50
51
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53
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55
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58
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60
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65
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70
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83
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88
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90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
81
82
20
3.1電子配置と電子状態
Ａ
ππ*励起状態
• ππ*遷移の結果生じる励起状態
Ｂ
nπ*励起状態
• nπ*遷移の結果生じる励起状態
Ｃ
カルボニル基
のnπ*
Ｄ
• n軌道に1個=酸素のy軸方向に局在化
Ｅ
• π*軌道に1個=全体に広がっている。
Ｇ
Ｆ
n電子
• ラジカルの性質も持っている。
Ｈ
• nπ*励起の水素引き抜き反応の原因
励起三重項状態を表しているものは
どれか。
1. 励起一重項状態よりも常に、エネル
ギーが高い
33%
2. 基底状態と比べてスピンが逆である
33%
3. 地球上の物質で、この状態で安定に存
33%
在している物質はない。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
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20
3.2一重項状態と三重項状態
Ｄ
Ｅ
Ｆ
Ｇ
Ａ
一重項状態
• スピンを反対にしている状態
三重項状態
• スピンを並行にしている状態
Ｃ
• 一重項状態よりエネルギーが低い
Ｂ
参加者スコア
0
参加者 1
0
参加者 11
0
0
0
0
参加者 2
参加者 3
参加者 4
参加者 5
0
0
0
0
参加者 12
参加者 13
参加者 14
参加者 15
0
0
0
参加者 6
参加者 7
参加者 8
0
0
0
参加者 16
参加者 17
参加者 18
0
0
参加者 9
参加者 10
0
0
参加者 19
参加者 20
3.2一重項状態と三重項状態
より詳しく考えてみよう。
一重項状態の電子のスピンの向きを
「αβ」とあらわした場合、三重項は？
1. αα、ββ
33%
2. αβ、αα
33%
3. ββ、αβ
33%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
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20
3.2一重項状態と三重項状態
Ａ
一重項状態
• 電子(1)α
• 電子(2)β
Ｂ
三重項状態
• 電子のスピンの向きααＣ
• 電子のスピンの向きββＤ
通常の核配置(核間距離)の関係は？
1. 基底状態の方が励起状態よりも近い
33%
2. 基底状態の方が励起状態よりも遠い
33%
3. ほぼ同じ
33%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
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20
21
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25
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30
31
32
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36
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40
41
42
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46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
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/ 5 62
63
64
65
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69
70
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74
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83
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88
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90
91
92
93
94
95
96
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98
99
100
81
82
20
3.3エネルギー状態図と素過程
Ｇ
Ｈ
横軸
Ａ
• 核配置座標
Ｂ
• 電子分布が異なるために
Ｃ
最も安定な状態は異なる
縦軸
Ｄ
• 核振動の量子化されたエネルギー準位
Ｆ
• 基底状態と励起状態
Ｅ
基底状態（S0）、励起一重項状態（S1）、励起三重項状
態（T1）との一般的なエネルギー関係は
1. S0＜S1＜T1
33%
2. S0＜T1＜S1
33%
3. S0＝S1＜T1
33%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
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20
21
22
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29
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32
33
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36
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40
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51
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55
56
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59
60
0 61
/ 5 62
63
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65
66
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68
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70
71
72
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74
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76
77
78
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90
91
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94
95
96
97
98
99
100
81
82
20
3.3エネルギー状態図と素過程
S0
S1
S2
T1
T2
Ａ
• 基底状態
Ｂ
• 最低励起一重項状態
Ｃ
• 上位の励起一重項状態
Ｄ
• 最低三重項状態
Ｅ
• 上位の励起三重項状態
S0
Ｆ
• 一階
S1
Ｇ
• 二階
S2
Ｈ
• 三階
T1
Ｉ
• 中二階
T2
Ｊ
• 中三階
3.3エネルギー状態図と素過程
黒板
通常、光吸収後どの状態へ行くか？
1. 各励起状態の最低振動レベル
33%
2. 各励起状態の高振動レベル
33%
3. 励起一重項状態の高振動レベル
33%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
0 61
/ 5 62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
81
82
20
3.3エネルギー状態図と素過程
Ａ
光吸収（励起）
Ｂ
基底状態か
ら
各励起状態
Ｃ
の高振動レ
ベル
Ｄ
振動緩和
vibration
relaxation
Ｅ
高振動状態
から
余剰エネルギー
を分配、溶媒分
Ｆ
子に奪われ、
Ｈ
無放射遷移
radiationless
transition
励起状態の
ゼロ点振動
Ｉ
レベル
最低励起状
態の高振動
Ｊ
レベル
Ｌ
無放射失活
radiationless
deactivation
無放射遷移
同じ多重度
：内部変換
Ｍ
Ｎ
振動緩和
励起状態の
ゼロ点
Ｇ
振動レベル
さらに、
「振動緩和」
Ｋ
光吸収後発光することがある。その中でり
ん光があるがどの状態からのものか
1. S0
33%
2. S1
33%
3. T1
33%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
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27
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30
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33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
0 61
/ 5 62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
81
82
20
3.3エネルギー状態図と素過程
Ａ
放射遷移
radiative transition
Ｄ
項間交差
Ｅ
S1状態
interesystem crossing
Ｉ
りん光
光化学反応
S1Ｂ状態からの光を
放出・蛍光
から
Ｃ基底状態
Ｆ
T1 の
高振動
レベル
Ｇ
振動緩和
ＪT1からの光を放出
Ｌ
ＫS1から一分子および
二分子反応
Ｍ
Ｎ T1から一分子
および二分子反応
Ｏ
最低励起状態に失活した後、
化学反応が進行する
Ｐ
＝Kashaの法則
T1のゼロ
Ｈ
点振動レ
ベル
参加者スコア
0
参加者 1
0
参加者 11
0
0
0
0
参加者 2
参加者 3
参加者 4
参加者 5
0
0
0
0
参加者 12
参加者 13
参加者 14
参加者 15
0
0
0
参加者 6
参加者 7
参加者 8
0
0
0
参加者 16
参加者 17
参加者 18
0
0
参加者 9
参加者 10
0
0
参加者 19
参加者 20