酸素化学種の分子軌道 電子配置 薬剤師国家試験103回問100

第103回薬剤師国家試験 問100 
図は、ある酸素化学種の分子軌道のエネルギー準位と電子配置を模式的に表したものである。この酸素化学種はどれか。1つ選びなさい。

 

酸素化学種の分子軌道 電子配置 薬剤師国家試験103回問100

 

1 一重項酸素 2 三重項酸素 3 スーパーオキシド(O2−) 
4 過酸化物イオン(O2 2−) 5 オゾン

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第103回薬剤師国家試験 問100 解答解説
化学系薬学の無機化学の活性酸素の問題である。

 

正解は3のスーパーオキシド(O2−)である。
総電子数を数えると17個であることから、これはスーパーオキシド(O2−)のものであるとわかる。
スーパーオキシド(O2−)は、1つにつき8個の電子を持つO原子が2つあり、かつ、1価の陰イオンで電子を1つ受け取っている状態なので、総電子数が17個である。

 

他の選択肢について

 

2つの電子が軌道に入るときの入り方と一重項、三重項の関係を簡単に示す。

 

一重項:2つの電子が1つの軌道に互いにスピンの向きを逆平行にして入る状態
三重項:2つの電子がそれぞれ別の軌道に互いにスピンの向きを平行にして入る状態

 

不対電子の数でいうと、
一重項は不対電子が0、二重項は不対電子が1つ、三重項は不対電子が2つの状態ともいえる。

 

 

・1 一重項酸素
1の一重項酸素は総電子数が16個であり、分子軌道法ではπ2p*の軌道の電子の入り方が、
酸素化学種の分子軌道 電子配置 薬剤師国家試験103回問100 酸素化学種の分子軌道 電子配置 薬剤師国家試験103回問100

 

というように2つあるπ2p*軌道の片方だけに2個の電子が2つとも入り、互いにスピンの向きを逆にして入っているように描かれるはずである。

 

 

・2 三重項酸素
2の三重項酸素は総電子数が16個であり、分子軌道法ではπ2p*の軌道の電子の入り方が、
酸素化学種の分子軌道 電子配置 薬剤師国家試験103回問100 酸素化学種の分子軌道 電子配置 薬剤師国家試験103回問100

 

というように2つある軌道に1つずつ互いにスピンの向きを同じにして入っているように描かれるはずである。

 

ほとんどの分子では、一重項の状態がより安定であるので、通常、一重項となっている。
しかし、酸素分子は例外で、三重項の方がより安定であるので、通常、三重項となっている。

 

O2の分子軌道において、一重項酸素では1つ丸々空のπ2p*軌道があることになり、ここへ入る電子を強く欲しがっているので、一重項酸素は三重項酸素に比べて反応性が高く、不安定だと考えられる。

 

 

・4 過酸化物イオン(O2 2−)
4の過酸化物イオン(O2 2−)は総電子数が18個であり、分子軌道法ではπ2p*の軌道の電子の入り方が、 
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というように描かれるはずである。

 

★参考外部サイトリンク
活性酸素の生化学pdf(徳島大学さん)

 

フリーラジカルと活性酸素(Tidbits -ちびっつ-さん)

 

 

★他サイトさんの解説へのリンク
第103回問9(e-RECさん)

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