イオン化のイメージ (修正版)

 
興味のない人はスルーして下さい。



私の量子化学シリーズ。

初期の記事で書いたイオン化のイメージ。
http://oyoyo7.blog100.fc2.com/blog-entry-1024.html

新たな知見を加えて、少し内容を修正をしたいと思います。



当初からの疑問点。
水素原子がイオン化したらどうなるのか?

現在の量子化学では、こういう状態を想定していないようです。
一方化学の方では、電子が原子の外部へ出ると説明されています。

では電子が外部に出たらどうなるのか?

①:一番気になるのは、水素原子の占めていた体積です。
むき出しの原子核だけになるということは、ほぼすべての体積がなくなるということです。

また、

②:電子を失なうということは、相当する質量を失なうということです。
原子外に出た電子も、むき出しになった原子核も、量子化学の世界ではいずれも単独では存在しえず、いずれ消滅する運命です。
したがって、E=mc^2に従うならば、このときに相当な量のエネルギーが発生するはずですね。

イオン化した原子が元に戻る際は、この逆の現象もまた起こるはずです。

でも①も②も、不自然なんですね。
これらの形跡は観察されません。

整合性がとれない状況に陥ってしまいます。

そこで

①については、化学の世界では、水と合わさってオキソニウムイオン(H3O+)となる。
このように解釈されています。

しかしながら、物理の世界では、水素イオンの+電荷の原子核は、点として振る舞うと説明されています。
点ということは、体積がないということですね。

②については、化学でも量子化学でも、全く触れられていません。

私の頭がおかしいんでしょうか?
まぁ、多少の自覚はありますが。(笑)

それとも、都合が悪いんでしょうか??



私が考えて、そして行き着いた答え。
それは、イオンになっても電子を失なうわけではない、ということです。

水素の場合は、下図のイメージです。
(左が水素、右が水素イオン、赤丸はデンシ、青丸はヨウシ)

H+ ion 101

デンシの軌道が変わる(遷移)のです。
1つ上の回転面に移るのです。

デンシだけ取り上げてみると、励起と同じです。
違うのはヨウシの動きです。

デンシが移ってしまうと、ヨウシは通常の軌道を回れなくなります。
磁場の反発力を失なうんですね。

すると、竜巻の吸引力により、原点付近に吸い込まれて行きます。

イオン化しても、デンシを失なうわけではない。
こういうモデルです。

ヨウシは自転のみになり、公転がなくなるので、公転による磁場は発生しません。(※:後述します)

これは陽イオンでの例ですが、陰イオンの場合も同じ理屈になります。
すなわち、デンシをもらうわけではない、ということ。

陽イオンとは、デンシが遷移した状態。
陰イオンとは、別の原子に由来する上記のデンシと共有結合した状態。

こういうことですね。
一種の共有結合です。

普通は、陰陽両イオンの結合を、イオン結合と呼びます。
でも実は、この結合は共有結合の一種だということになります。

違う点は、ヨウシによる磁場の反発力を受けていないので、デンシの軌道は不安定だという点ですね。
回転面が、容易に上下します。

不安定ということは、反応性が高いということになります。
容易に離れたり、他の原子へと移ったりします。

自動車の変速機で例えれば、走行中に使われていないギアに相当します。
下図のとおり、走行中に使われていないギアも、実は歯車同士は常時噛み合っているんですね。
力が伝わっていないだけです。

変速機 模式図

赤枠内、2本の軸にそれぞれ径の違う組み合わせで、歯車が数組噛み合って並んでいます。
いつも噛み合っていますが、力が伝わるのは、これらのうちのどれか一つです。
(よけい難しくなったかも??)


ちなみに、YAHOO知恵袋のQ&Aを、参考のため引用しておきます。
イオン結合も、共有結合の一種だという趣旨です。


http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1292151022
イオン結合は共有結合をしたあと電気陰性度によって+と-が偏るから起こると私は...

イオン結合は共有結合をしたあと電気陰性度によって+と-が偏るから起こると私は理解しています。
そこで質問なのです、MgS(硫化マグネシウム)についてです。
まずMgSは共有結合ではなくて配位結合で結合したのですか?
そのあと電気陰性度によってイオン結晶になるのですか?

補足
MgとSはどのようにしてイオン(例えば電気分解)になるのですか?




ベストアンサーに選ばれた回答

化学の教科書や参考書には結構誤解を生む表現が多いのですが、その最たるものが元素の結合に関する部分です。例えば、高校までで習う教科書には、「共有結合」と「イオン結合」はまったく別の結合様式であるかのような書かれ方がされていますが、実はこれが大学以上になると意外に錯覚を生むのです。

「共有結合」と「イオン結合」は本質的には同じであり、「金属結合」も含めて、すべての化学結合は、価電子と陽子との間の電荷引力によって生じているというのが事実です。もっ広く捉えると、分子間の結合(水素結合やファンデルワールス力)も結局ほとんど同じ仕組みです。

化学の世界で「共有結合」「イオン結合」・・・などの分類を使っているのは、おそらく「イオン結合」は化学反応を起こしやすく、「共有結合」はそれに比べて起こしにくいものが多い・・・、あるいは質問者さんが書かれている「イオン結晶」は水に溶けると電導性が生じるなどの事例を説明しやすい・・・など、化学的性質を物質ごとに語りやすいからだと思われます。

つまり、元素や分子の結合というのは、陽子や電子の間で発生する電荷による引力と斥力をバランスさせ、最も低いエネルギーレベルでの存在様式に落ち着こうとする性質によって成り立っているという視点がないと、意外に混乱するのではないでしょうか。

以上までの参考HPです↓↓↓
http://www.seibutusi.net/blog/2012/06/001305.html

なお「電気陰性度」というのは、結合して分子が出来る際に、各元素の原子核が自身の側に電子を引き付けようとしますが、その能力の尺度を言います。例えば2つの元素の「電気陰性度」の差が大きいほど、電子が片方の元素に偏っている状態を意味します。「イオン結合」というのはこの偏りの大きい結合を総称しているもので、現在では「電気陰性度」の差がある値以上だと「イオン結合」、その値以下だと「共有結合」と定義されています。ちなみに「共有結合」と「イオン結合」の両方が混在した物質もあり、MgB2などはその典型です。

ただ、ひとつの元素でも電気陰性度の値は、結合する相手の原子が違えば変わりますし、量子力学の不確定性原理によれば、価電子自身も瞬間瞬間でその位置(原子核との距離)は変動し続けていると言われていますので、本来「電気陰性度」でさえ絶対的な指標になりにくい面もあります。

次に「配位結合」ですが、これも混乱を呼びやすい概念です。個人的には「配位結合」という分類は不要で、もし共有結合の一種と大括りにするのが問題だとすれば、共有結合によって出来ている分子の中の一部の荷電子がとる特殊形態と表現する方がいいと考えています。「配位結合」については(かなり前になりますが)非常に鋭い質問が『知恵袋』にあったのでリンクしておきます↓↓↓
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1110494031

最後に「イオン結晶」についてですが、そもそも“結晶”とは原子や分子が空間的に繰り返しパターンを持って配列しているような物質を言います。ですから(当たりまえですが)固体の状態の時にしか“結晶”はできません。“結晶”が水に溶けたり、昇華して気体になったりした場合は単なる“化合物”になります。したがって“結晶”の分類も、それを構成する各元素の結合様式が前述の「電気陰性度」の差による分類でどれに当たるのかによって「イオン結晶」なのか「共有結合結晶」なのかが決められます。

以上からお分かりかと思いますが、MgSはMgとSの結合が「イオン結合」に分類される「電気陰性度」の差になっているので「イオン結晶」とされます。また、MgSという結晶=固体には水溶性の性質があるので、水に溶けると俗に“イオン”と呼ばれる電気を通す性質が(その水溶液中に)生まれてくる訳です。






さて、ここでまた、私のモデルの確認法が出てきました。
下記の内容です。

『ヨウシは自転のみになり、公転がなくなるので、公転による磁場は発生しない』

つまりこういうモデルであるならば、核磁気共鳴スペクトルが得られなくなるはずです。
そもそも現在の理論では、磁場中で電磁波を吸収する原因は、陽子の歳差運動だと捉えています。

ここが崩れます。

私の推測する竜巻回転では、ヨウシが原点に来れば、磁場を失ないます。
したがって同じ水素原子であっても、水素イオンになれば、シグナルを消失するはずですね。

核磁気共鳴分光法は、定性分析にも定量分析にも使える分析手法です。
数ある分析器の中では、一番の優れものですね。

モノとしては、塩酸(HCl)で十分ですね。
強酸です。
水素イオンの状態に、激しく解離しています。

これに定量分析用の比較対照として、何らかののマーカーを加えます。
それで測るだけですが。

でもまぁ、実際に確認するためには、何を溶媒に使うか?
ここがネックになりそうですが。
水(軽水)も重水も駄目なので。

でももしかしたら全く逆で、測定中には強酸性でない、中性の塩酸ができるかも知れません。
強い磁場と電磁波がかかるからです。

ならばpH指示薬を入れて、測定中の色をモニターで確認…、とかは無理ですね、おそらく。



いろいろと興味が広がりますね。^^)
化学の体系も、塗り替えようかと思っています。

まぁ、気が狂っていると思う人もいるでしょうが。(笑)
でもそれは後世の人間が決めることだと、私は勝手に思っていますが。

 
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