電子によるバンドのエネルギーの変化

質問

酸素のエネルギーバンドは、K(1s)に２つ、L1(2s)に２つ、最外殻のL23(2p)に４つの電子がありますが、
最外殻のL23に電子が１つ増えた場合、L23のエネルギー（束縛エネルギー）は小さくなるのでしょうか？？？
（エネルギーバンド上では上にいく）
それとも大きくなる？？？
私は電気的に中性なものに電子が１つ付くと、原子核から受ける電子１つ当たりの力が
小さくなるので束縛エネルギーが小さくなると思っています。

ここらへんの分野の勉強不足のためよく分かっていません。
詳しい説明をよろしくお願いいたします。

回答No.1

pipejob · ベストアンサー

実際に証明できる知識も無いのでアドバイスにとどめておきます。
束縛エネルギーを考えるのでイオン化エネルギーに着目して、周期表でのイオン化エネルギーの挙動を見ますと

・周期では左→右に行くに従ってイオン化エネルギーは基本的に上がります。
これは原子核の電荷が上がることによって電子１個に対する引力が強まりますので束縛エネルギーが高まることに起因します。

・族で見ますと上→下に行くに従ってイオン化エネルギーは下がります。
原子が大きくなると原子核と電子距離が開きますので影響力が弱まる、また内殻電子の遮蔽効果もイオン化エネルギーを下げる原因となります。

以上のようにイオン化エネルギーに影響を及ぼす因子は（原子の大きさ）、（原子核の電荷）、（内部電子殻の遮蔽効果）でありますが、もうひとつ重要な要素があります。
それが今回上手く答えられない原因なのですが

第２周期のイオン化エネルギーの大きさを見ますと
Li＜B＜Be＜C＜O＜N＜F＜Ne
さっき述べた原子の電荷の影響ならば原子番号順に並ぶはずですが、ここではBeとB、NとOで順序が逆になっています。
ご存知かもしれませんがこれはそれぞれ

BeとB
Beは２ｓ軌道が埋まり安定であるのに対し、Ｂは２ｐ軌道に電子が１個のみなので取れやすい。

NとO
Nは２ｐ軌道が半分埋まり安定であるのに対して、Oは逆スピンの電子が一個のみなので不安定で取れやすい。

このようなことが原因でイオン化エネルギーの順序に変化が出てきます。

今回の質問ですが自分も最初単純に束縛エネルギーは下がるのではないかと考えましたが、Oに一個電子が増えた場合２ｐ軌道には電子が５つある状態であり、希ガス配置のNeまで電子があと一個足りない状態です。
（この場合原子核の電荷は＋８のままですが）
Fは希ガス以外の原子で最も高いイオン化エネルギーを持ちますので２ｐに電子５個という状態は電子を安定化させます。
（ｄ軌道遷移金属では同じような作用で配位子による錯体の安定化を示す１８電子則というものがあります。）

結論として
１．電子が増えたことで束縛エネルギーは下がる。
２．電子配置が希ガスに近づいたことで電子は安定し束縛エネルギーは上がる。

この二つの因子により束縛エネルギーが決まると思うのですがいかがでしょうか？
正直自分もこの質問に興味を持っていまして、しっかりとした解答が出るのを待っていたのですが、先に手が動いてしまいました。
どなたかよろしくお願いします

お礼

非常に丁寧なアドバイスありがとうございました。
私の勉強不足で『電子配置が希ガスに近づいたことで電子は安定し』というのが理解できませんが、
束縛エネルギーってそう簡単には決まらないものなんですね。
もうちょっとここらへんを勉強したいと思います。

ありがとうございました。