電子殻
概要
編集電子殻は主量子数 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 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
関連項目
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