電子殻

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電子殻(でんしかく、: Electron shell)は、原子構造の模型において、原子核を取り巻く電子軌道の集まりをいう。言わば電子の収容所のことで、それにいかに電子が入っているかを示すのが電子配置である。

概要[編集]

電子殻は主量子数  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 2 n^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個以上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。

電子殻に収納可能な電子数
主量子数 n 電子数 2n2 小軌道
K殻 1 2 s
L殻 2 8 s+p
M殻 3 18 s+p+d
N殻 4 32 s+p+d+f
O殻 5 50 s+p+d+f+g
P殻 6 72 s+p+d+f+g+h
  • 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)、、、。

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」と表示する。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。各電子殻での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。

小軌道に収納可能な電子数
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]

電子の収容順[編集]

増成原理(Aufbau principle)電子の各電子殻の各軌道への収容順。上からK(=1)、L(=2)、M(=3)、N(=4)、O(=5)、P(=6)殻

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。これを増成原理英語版という。 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殻で電子数が32以上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[4]を満たし、7pに電子を収容している元素である。

脚注[編集]

  1. ^ 楽しい高校化学 「電子殻の構造」
  2. ^ weblio sub-electron shell
  3. ^ Jue, T. (2009). “Quantum Mechanic Basic to Biophysical Methods”. Fundamental Concepts in Biophysics. Berlin: Springer. p. 33. ISBN 1-58829-973-2. http://books.google.com/books?id=-W1bL7s--igC&pg=PA33. 
  4. ^ 7sは6pの後に既に満たされている。

関連項目[編集]