無機化学 第 1 回 講義で使用するプリントを配布します. 取りに来てください. 受け取った人は, 教科書 p.4 の 1.2 原子の電子配置 (p.6 まで ) を読んでいてください
無機化学で何を学ぶか http://w3pharm.u-shizuoka-ken.ac.jp/~yakka 無機化学ホームページ 医薬品化学分野のページから
CuFeS 2 (CuS FeS)
薬学で無機化学を学ぶ目的 日本薬局方薬品試験の基礎 有機化学の理解を助ける 生化学, 薬理学, 薬剤学などの理解を助ける 無機医薬品を学ぶ
(1) エレクトロニクスやコンピュータ製作の素材としての半導体 (Ge, Ga, In, Se など ) (2) 銅, ランタノイド様元素およびアルカリ土類元素を含む高温超伝導化合物, たとえば YBa 2 Cu 3 O 7-x の開発 (3) 炭素原子のみを含む球状化合物フラーレンの発見と円筒状化合物カーボンナノチューブの発見 (4) d 電子をもつ遷移元素の化学における結晶場理論や配位子場理論の展開 (5) NO や CO 分子の新しい生理 薬理作用の発見 (6) 毒性元素 (Hg, Pb, Cd, Se, Ag など ) の生体内挙動の新解釈. たとえば Hg と Se の共存による相互の毒性の消去現象 (7) 金属元素を含む医薬品の開発 : シスプラチン (Pt), オーラノフィン (Au), スクラルファート (Al), ポラプレジンク (Zn) など (8) 酸化チタン (TiO 2 ) の光触媒作用 :TiO 2 に紫外線が当たるとヒドロキシラジカルが生成し, 有機化合物が分解される これらの無機化学領域における新しい発見 発明を理解し, それらを基礎として無機医薬品を扱うためには, 我々は無機化学の基本について習熟する必要がある
1996年2月9日 ドイツにおいて実験に よって発生が確認されたと発表された 発見者が 私たちの世界観を変えた 傑出した科学者 であるコペルニクス にちなんで"copernicium"という名称を 提案し コペルニクスの誕生日である 2010年2月19日にIUPACから正式名称 として発表された 2010年2月25日に日本語元素名 コペ ルニシウムが正式に決定 112 Cn Copernicium ウンウンビウム コペルニクス 1743年2月19日生
原子 分子 イオンの基本的構造について説明できる 電子 electron 原子 陽子 atom 原子核 atomic nucleus proton 中性子 neutron 同位体 isotope
原子の電子配置について説明できる 主殻 副殻と電子数 主殻 主量子数 副殻 (n) K 1 s L 2 p M 3 d N 4 f 電子の数 2 (1 2) 6 (3 2) 10 (5 2) 14 (7 2)
原子の電子配置について説明できる 基底状態 ある原子において最も安定な電子配置 Ground state 三つの原理または規則によって定められる 1) 構成原理 電子はエネルギーの低い軌道から順に収容される その順序は 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d となる
原子の電子配置について説明できる 基底状態 ある原子において最も安定な電子配置 Ground state 三つの原理または規則によって定められる 2) パウリの排他原理 一つの原子軌道には電子は２個しか収容できず しかもそ れらは互いに逆向きのスピン スピン量子数 +1/2, -1/2)を有していなければな らない すなわち 原子中に同じ電子状態を有する電子は１個しか存在しない 2p 2s 1s H He Li Be B
原子の電子配置について説明できる 基底状態 ある原子において最も安定な電子配置 Ground state 三つの原理または規則によって定められる 3) フントの法則 縮重した軌道が存在するとき それらの軌道にすべて１個ずつ 電子が収容されるまで １個の軌道に１個ずつ電子が収容される このとき こ れらの電子はすべて同じ向きのスピンをもつ この規則はすべての元素で成 り立つわけではない 2p 2s 1s C N O F
構成原理の例外 Cr 3d54s1 Cu 3d104s1 Gd 4f 75d16s2 Mo 4d 55s1 Pd Ag Au Cm Lr La 5d16s2 Ce 4f15d16s2 Pr 4f36s2 Nb 4d45s1 4d105s0 4d105s1 5d106s1 5f 76d17s2 5f 146d17s2 Ru 4d75s1 Rh 4d85s1 Th 6d27s2 Pa 5f 26d17s2 Np 5f 46d17s2 Pt 4f145d96s1 半閉殻か閉殻に由来 するもの V 3d 4s 3d 4s Cr 4dと5s 5dと6s 5dと4f 6dと5f のよく似た軌道エネルギーに 主な原因があるもの 内部電子 間の反発 よく似た軌道エネルギー 4d and 5s Ni 5d and 6s 3d 4s 5d and 4f Cu 3d 4s 6d and 5f
周期表に基づいて原子の諸性質 イオン化エネルギー 電気陰性度など を説明できる イオン化エネルギー 増加 減少 イオン半径 減少 増加 イオン化エネルギー 気体中の基 底状態にある原子や分子から １ 個の電子を取り去るのに必要なエ ネルギーをイオン化エネルギー あるいはイオン化ポテンシャル という 周期表で下に行くほど イオン化エネルギーは 減少する
周期表に基づいて原子の諸性質 イオン化エネルギー 電気陰性度など を説明できる 電子親和力 真空中で中性原子と電子が結合する際に放出される エネルギー 電子親和力が大きいものほどアニオンとして安定であ る H He 72.8-50.0 Li Be B C N O F Ne 59.6-50.0 26.7 121.9-7.0 141.0 328.0-116.0 Na Mg Al Si P S Cl Ar 52.9-39.0 42.6 133.6 72.0 200.4 349.0-97.0 電子親和力 (kj/mol)
２ 電子配置に関する補足説明 異なった軌道にある２つの電子間の反発は 同じ軌道にある２つの電子間の反発よりも 小さい よく似た軌道エネルギー 4d and 5s 5d and 6s 5d and 4f 6d and 5f したがって もし ２つの軌道の間のエネルギー 差が これら２つの電子配置についての電子間反 発の差よりも小さい場合には ２つの電子が異な った軌道を占めることによって より大きいエネ ルギーの利得を得る 平行なスピンを持つ電子の対は 反平行なスピンを 持つ電子の対よりも小さい反発作用をもたらす > low energy stability
３ ランタノイド系に関する補足 4f電子は原子内部に閉じ込められていてエネルギーは低く イオン化のときにも放出されない 中性原子では4fは6sや5d軌道とエネルギーは近いが 遮蔽能率が高い6s,5d軌道電子を放出する と4f電子は安定する 4f電子は共有結合に関与しない 一般にランタノイド系元素は6s25d1電子を放出して+3の酸化数をとり 5s25p64f nとなる 例外は Ce4+(f 0), Eu2+(f 7), Yb2+(f 14) の３つ これらは f 副核が閉核あるいは半閉核構造なので 特別の安定性がある Ce [Xe]4f 15d16s2 Eu [Xe]4f 76s2 半閉核 Yb [Xe]4f 146s2 閉核 これら以外では 5d1と6s2の3eを放出 4f n6s2の場合は4f n-15d16s2に昇位して3eを放出する 57La [Xe]5d16s2 まず 5dに電子が１つ入る 58Ce [Xe]4f 15d16s2 続いて 4fに電子が入り始める 59Pr [Xe]4f 36s2 4f25d16s2ではないことに注意 以下 4fが埋まっていく [Xe]4f 75d16s2 Euで半閉核になっているので 次の電子は5dに１つ収納 65Tb [Xe]4f 96s2 Prと同じ形で埋まる 64Gd f 0, f 7は注意
抗躁薬 薬効の本体は Li なぜ炭酸塩 格子エネルギーと 水和エネルギー 水に難溶性 溶けるとは
ジボラン その構造は 異なる２種のB-H結合 三中心二電子結合
制酸剤 水酸化アルミニウムゲル IUPAC名は triaquatrihydroxoaluminum (III) 錯体の命名法 胃酸との反応は 良い制酸剤と言われ る理由は Alは両性元素
幾何異性 抗腫瘍活性 なぜシス体だけ 錯体の形 混成軌道 DNAとの結合様式の相違 配位子交換反応
結合様式 σ結合 π結合 pπ-dπ結合 d軌道の関与
反応性の高い酸素種を一般に活性酸素種とよぶ １ 一重項酸素 singlet oxygen 1O2 ２ スーパーオキサイドアニオンラジカル (superoxide anion radical, O2- ) ３ 過酸化水素 (hydrogen peroxide, H2O2) ４ ヒドロキシルラジカル( OH) ５ オゾン (ozone, O3)
カリウム アルミニウム などの電気陰性度の低い 元素との化合物において は陰性 フッ素 酸素のような電気 陰性度の高い元素との化合物 においては陽性