国家公務員総合職（化学・生物・薬学）H27年 問28解説

　問 題　　　　　

Fe³⁺ イオンに関する次の記述の㋐～㋓に当てはまるものの組合せとして最も妥当なのはどれか。ただし、[Ar] はアルゴンの電子配置を意味し、鉄の原子番号は 26 である。また有効ボーア磁子数 p は、全スピン量子数を S とすると、p ＝ 2√S(S+1)  で表される。

「八面体の結晶場に存在する Fe³⁺ では、縮重していた d 軌道のエネルギー準位は ㋐ のように分裂する。Fe³⁺ の電子配置は ㋑ であり高スピン状態での全スピン量子数は ㋒ である。また低スピン状態の有効ボーア磁子数は ㋓ である。」

㋐　㋑　㋒　㋓
1. 図Ⅰ　[Ar]3d³4s²3　2√2
2. 図Ⅰ　[Ar]3d⁵5/2　√3
3. 図Ⅰ　[Ar]3d⁵5　0
4. 図Ⅱ　[Ar]3d³4s²3/2　√3
5. 図Ⅱ　[Ar]3d⁵5　2√2

 

 

 

 

 

　解 説　　　　　

５つの d 軌道は、2つの e_g 軌道　と　3つの t_2g 軌道　に分裂します。e_g 軌道とは d_x2-y2, d_z2 です。t_2g 軌道とは d_xy, d_yz, d_xz です。上から e_g、t_2g の順です。これは基礎知識です。従って、分裂は図Ⅰが妥当です。正解は 1~3 です。

Fe³⁺ の電子数は 23 個です。[Ar] で 18 個電子を使っているため、残り 5 個です。高スピン状態では、5 つの軌道に 1 つずつ、同じスピンの電子が入ります。1 個につきスピン量子数は 1/2 なので、全スピン量子数は 5/2 です。低スピン状態においては、４個の電子が上下逆向きで 2 つの軌道に入り、１個だけ余る形なので、スピン量子数が 1/2 です。有効ボーア磁子数を計算すれば p = 2 × √(1/2 × 3/2) = √3 です。

以上より、正解は 2 です。