H〜Znの電子配置

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原子軌道のエネルギー順序は基本的に以下のようになります。

(1s)→(2s)→(2p)→(3s)→(3p)→(3d)→(4s)→(4p)

しかし、K・Ca原子では(3d)と(4s)のエネルギーが逆転するため、電子の占有順序は以下のようになっています。

(1s)→(2s)→(2p)→(3s)→(3p)→(4s)→(3d)→(4p)

また、原子軌道に電子が収容される時には、次の法則に従います。

『 パウリの排他原理 』
@ 1つの軌道に収容される電子は2つまでである。
A 1つの軌道に2つの電子が収容される時には、異なるスピンをもつ。
(スピンの向きは 『 上向きの矢印 』 と 『 下向きの矢印 』 で表される。)

『 フントの規則 』
同一エネルギーの軌道(例えば2px、2py、2pz)に電子が配置される時には電子はできる限り別々の軌道に収容される。電子スピンの向きはできる限りそろえて入る。






H 原子(水素原子)の電子配置

 He 原子(ヘリウム原子)の電子配置

 Li 原子(リチウム原子)の電子配置

 Be 原子(ベリリウム原子)の電子配置

 B 原子(ホウ素原子)の電子配置

 C 原子(炭素原子)の電子配置

 N 原子(窒素原子)の電子配置

 O 原子(酸素原子)の電子配置

 F 原子(フッ素原子)の電子配置

 Ne 原子(ネオン原子)の電子配置

 Na 原子(ナトリウム原子)の電子配置

 Mg 原子(マグネシウム原子)の電子配置

 Al 原子(アルミニウム原子)の電子配置

 Si 原子(ケイ素原子)の電子配置

 P 原子(リン原子)の電子配置

 S 原子(硫黄原子)の電子配置

 Cl 原子(塩素原子)の電子配置

 Ar 原子(アルゴン原子)の電子配置

 K 原子(カリウム原子)の電子配置

K原子では、(3d)と(4s)のエネルギー順位が逆転しているため、(4s)に電子が収容されます。

 Ca 原子(カルシウム原子)の電子配置

Ca原子では、K同様、(3d)と(4s)のエネルギー順位が逆転していることに注意する。

 Sc 原子(スカンジウム原子)の電子配置

K・Ca原子では逆転していた(3d)(4s)のエネルギー順位が元に戻っていることに注目する。
下図では、高エネルギーの(4s)軌道が満たされていることを不自然に感じるかも知れません。しかし、実はこの方がエネルギー的に有利なのです。なぜなら、高エネルギーの(4s)軌道を占有する方が、低エネルギーの(3d)軌道を占有するよりも電子間反発が少なくなるからです。

 Ti 原子(チタン原子)の電子配置

 V 原子(バナジウム原子)の電子配置

 Cr 原子(クロム原子)の電子配置

今までの傾向に反し、(4s)の電子が引き抜かれ、代わりに(3d)軌道に電子が収容されていることが左図からわかると思います。これは、3d軌道に5つの電子を収容した方がエネルギー的に有利になるためです。簡単に言うと、(3d)を中途半端に4つの電子で埋めるよりも5つの電子をそろえた方が安定になるということです。

 Mn 原子(マンガン原子)の電子配置

 Fe 原子(鉄原子)の電子配置

 Co 原子(コバルト原子)の電子配置

 Ni 原子(ニッケル原子)の電子配置

 Cu 原子(銅原子)の電子配置

Cr原子の時と同様に、(4s)の電子が引き抜かれて、(3d)に電子が収容されていることが、下図から分かると思います。

 Zn 原子(亜鉛原子)の電子配置








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