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電子殻

辞書:科学用語の基礎知識 素粒子・用語編 (NPARTY)
読み:でんしかく
外語:electron shell 英語
品詞:名詞
2005/07/20 作成
2013/10/18 更新

原子に存在する電子が収まる場所のこと。

電子殻は、原子核に近いところから順に、K殻L殻M殻N殻O殻P殻Q殻、…と呼ばれる。これを主殻という。

それぞれの電子殻の主殻には、副殻と呼ばれる、エネルギーの違う殻が存在している。そして、それぞれの副殻には電子が二つ、つまり電子対が一つだけ収まる。

量子数

電子は、量子条件として存在する。つまり、その軌道はアナログな連続量ではなく、ある決まった量子数ごとに軌道がある。

より具体的には、量子論により、電子は波長の整数倍が円周と一致する軌道にしか存在できない。

この量子数はn=1,2,3,4…のように表わされ、n=1がK殻、n=2はL殻、n=3はM殻、…として対応する。

電子数

各電子殻には、入ることの出来る電子数が決まっている。

電子数は量子数と比例関係にあり、2n2個の電子が入ることが出来る。

電子殻量子数電子数副殻
n2n2
K殻121s
L殻282s、2p
M殻3183s、3p、3d
N殻4324s、4p、4d、4f
O殻5505s、5p、5d、5f、5g
P殻6726s、6p、6d、6f、6g、6h
Q殻7987s、7p、7d、7f、7g、7h、7i

副殻の数

例えばM殻であれば、三つの副殻がある。

s軌道に対応する最もエネルギーの低い副殻が一つ、p軌道に対応する中くらいのエネルギーの副殻が三つ、d軌道に対応するエネルギーの高い副殻が五つある。

エネルギー

電子殻は外ほど高エネルギーである。そして、各電子殻にある副殻は、s、p、d、f、の順に高エネルギーとなる。

副殻という単位で考えると、ある電子殻の最もエネルギーの高い副殻は、一つ外側の最もエネルギーの小さい副殻よりエネルギーが高いことがある。例えばM殻の最もエネルギーの高い副殻3dは、N殻の最もエネルギーの低い副殻4sより少しエネルギーが高い。

このため、カリウムの19個目の電子はM殻ではなくN殻に入ってしまうのである。そして4pより3dの方が少しエネルギーが低いので、4sが埋まった後は3dが埋められることになる。

参考(S〜V原子の電子配置表)
       | K |  L  |   M    |      N    |     O     |   P    |  Q  |
       |1s |2s 2p|3s 3p 3d|4s 4p 4d 4f|5s 5p 5d 5f|6s 6p 6d|7s 7p|
-------+---+-----+--------+-----------+-----------+--------+-----+
16  S  | 2 | 2 6 | 2 4    |           |           |        |     |
17  Cl | 2 | 2 6 | 2 5    |           |           |        |     |
18  Ar | 2 | 2 6 | 2 6    |           |           |        |     |
19  K  | 2 | 2 6 | 2 6    | 1         |           |        |     |
20  Ca | 2 | 2 6 | 2 6    | 2         |           |        |     |
21  Sc | 2 | 2 6 | 2 6  1 | 2         |           |        |     |
22  Ti | 2 | 2 6 | 2 6  2 | 2         |           |        |     |
23  V  | 2 | 2 6 | 2 6  3 | 2         |           |        |     |
-------+---+-----+--------+-----------+-----------+--------+-----+

周期表を見てみると、Caの次にScからZnまで、第2周期には存在しない「新しい部分」が増えている。ここの部分がM殻に残りの10個の電子を埋めているところ、つまり3d軌道に電子が詰まっていっているところである。

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