電子殻
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概要
[編集 ]電子殻は主量子数 {\displaystyle n=1,2,3,\cdots } ごとに複数の層を構成しているとみなされ、エネルギー準位の低い方からK殻・L殻・M殻・N殻・O殻・P殻...と呼ばれている。電子殻それぞれに入ることのできる電子の数は {\displaystyle 2n^{2}} 個に等しい。ここで示す電子収容数はあくまで計算値であり、各電子殻上で32個より多く電子をもつ原子は発見されていない。
電子殻は一つ以上の「小軌道[1] 」(electron subshell) より構成され、各小軌道での電子収容数の和がその電子殻での収容数となる。次節参照。
電子は、量子数の小さい電子殻から順に入ることになっている。このため電子殻の数は、元素によってそれぞれ異なり、元素の周期を決定する要素となる。それぞれの原子の最も外側の電子殻の電子を最外殻電子ともいい、希ガスを除きしばしば価電子の役割をする。
- 電子殻のアルファベットがKから始まるのは、発見当初はまだこれより小さい殻があると考えられていたため、10個分の予約を確保し、11個目のKがあてられた。しかし、K殻よりも小さい殻は発見されなかった。
- 英版(英語圏)では電子殻を数字で表示し、ローマ字表示もされると記述されている。("1 shell"(K殻)、 "2 shell"(L殻)、 "3 shell"(M殻)、・・・。)
殻 | 主量子数 n | 電子数 2n2 | 小軌道 |
---|---|---|---|
K殻 | 1 | 2 | 1s (2) |
L殻 | 2 | 8 | 2s+2p (2+6) |
M殻 | 3 | 18 | 3s+3p+3d (2+6+10) |
N殻 | 4 | 32 | 4s+4p+4d+4f (2+6+10+14) |
O殻 | 5 | 50 | 5s+5p+5d+5f+5g (2+6+10+14+18) |
P殻 | 6 | 72 | 6s+6p+6d+6f+6g+6h (2+6+10+14+18+22) |
Q殻 | 7 | 98 | 7s+7p+7d+7f+7g+7h+7i (2+6+10+14+18+22+26) |
しかし、実際に周期表としてまとめられている元素の電子配置においては、電子殻内の電子数は、以下のような形でしか確認されていない。
(太字(d軌道、f軌道)は、余剰部分として、電子の充填が後の周期へと後回しにされる軌道。d軌道は1周期後、f軌道は2周期後に充填される。d軌道は主に1周期後のDブロック元素(遷移元素)の部分を、f軌道は主に2周期後のFブロック元素(ランタノイド・アクチノイド)の部分を担う。)
周期 | 殻 | 電子数 | 小軌道 |
---|---|---|---|
第1周期 | K殻 | 2 | 1s (2) |
第2周期 | L殻 | 8 | 2s+2p (2+6) |
第3周期 | M殻 | 18 | 3s+3p+3d (2+6+10) |
第4周期 | N殻 | 32 | 4s+4p+4d+4f (2+6+10+14) |
第5周期 | O殻 | 32 | 5s+5p+5d+5f (2+6+10+14) |
第6周期 | P殻 | 18 | 6s+6p+6d (2+6+10) |
第7周期 | Q殻 | 8 | 7s+7p (2+6) |
小軌道
[編集 ]英語でelectron subshellといい、「小軌道」、「副電子殻」[2] 、「亜殻」と言われる。ここでは本項目である「電子殻」と区別しやすくするため「小軌道」と表記する。小軌道は電子殻を構成する電子軌道の集まりで、エネルギー準位の低い内側のs軌道から始まり、p、d、f、g軌道と続く。各小軌道の電子容量の和がその電子殻の電子容量となる。K殻ではs軌道の2個のみ、L殻ではs軌道の2個とp軌道の6個の計8個、M殻ではs軌道の2個、p軌道の6個、d軌道の10個の合計の18個となる。
小軌道 | 方位量子数 | 電子数 | 名前の由来 |
---|---|---|---|
s軌道 | 0 | 2 | sharp |
p軌道 | 1 | 6 | principal |
d軌道 | 2 | 10 | diffuse |
f軌道 | 3 | 14 | fundamental |
g軌道 | 4 | 18 | fの次[3] |
h軌道 | 5 | 22 | gの次 |
i軌道 | 6 | 26 | hの次 |
電子の収容順
[編集 ]高位の「電子殻」の低位の「小軌道」のエネルギー準位は、低位の「電子殻」の高位の「小軌道」より低くなっており、そちらへ先に電子が収容される。これを構造原理という。右図の3行目のM殻ではp軌道(3p)に電子が入ると、次はd軌道(3d)では無くN殻のs軌道(4s)へ電子が入る。その後でM殻のd軌道(3d)へ戻る。以降 3d - 4p - 5s - 4d - 5p - 6sと続いていく。ただし第4周期以降では例外もある。詳細は電子配置を参照。
例えるなら、近くの建物の3階へ引っ越すより、遠い建物の1階へ入居するほうが簡単という事である。これがO殻、P殻に32個より多くの電子を持つ元素が見つかっていない理由でもある。
2012年の時点で発見が報告されている(未公認を含む)元素は、右図の小軌道6dおよび7s[注釈 1] を満たし、7pに電子を収容している元素である。
脚注
[編集 ]注釈
[編集 ]- ^ 7sは6pの後に既に満たされている。
出典
[編集 ]- ^ "楽しい高校化学「電子殻の構造」". 2012年10月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年9月23日閲覧。
- ^ weblio sub-electron shell
- ^ Jue, T. (2009). "Quantum Mechanic Basic to Biophysical Methods". Fundamental Concepts in Biophysics. Berlin: Springer. p. 33. ISBN 1-58829-973-2 . https://books.google.co.jp/books?id=-W1bL7s--igC&pg=PA33&redir_esc=y&hl=ja
関連項目
[編集 ]この項目は、自然科学 に関連した書きかけの項目 です。この項目を加筆・訂正などしてくださる協力者を求めています(Portal:自然科学)。