H〜Znの電子配置

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参考

原子軌道のエネルギー順序は基本的に次のようになっている。

(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。

なので、これらの原始では電子の占有順序は次のようになっている。

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

原子軌道に電子が収容されるときには、次の法則が成り立つ。

『 パウリの排他原理 』

(1) 1つの軌道に収容される電子は2つまでである。
(2) 1つの軌道に2つの電子が収容されるときには、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に電子が配置されるとき、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。

例えば、2p、2p、2p 軌道は同一のエネルギーをもつ。

なので、フントの規則が見られる。

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、4s のエネルギー順位が逆転しているため、4s に電子が収容される。

Ca 原子(カルシウム原子)の電子配置

Ca原子では、K同様に 3d、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ない。

しかし、実はこの方がエネルギー的に有利である。

4s 軌道を占有する方が、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ある。

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からである。

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ある。

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分かる。

Zn 原子(亜鉛原子)の電子配置