電子配置、電子構造と呼ばは、原子核の周りのエネルギーレベルの電子の配置です。古いボーア原子モデルによれば、電子は、核に最も近い最初の殻Kから、核から最も遠い7番目の殻Qまで、核の周りの軌道のさまざまなレベルを占めます。
より洗練された量子力学的モデルの観点から、KQシェルは1組の軌道に細分され、それぞれの軌道は1組の電子しか占有できません。
一般に、電子配置は、基底状態の原子の軌道を表すために使用されますが、カチオンまたはアニオンにイオン化して、それぞれの軌道での電子の損失または利得を補償する原子を表すために使用することもできます。
元素の物理的および化学的特性の多くは、それらの固有の電子構成に関連付けることができます。最外殻の電子である価電子は、元素のユニークな化学の決定要因です。
電子配置の基本
原子の電子を軌道に割り当てる前に、電子配置の基本に慣れる必要があります。周期表の各元素は、陽子、中性子、および電子で構成される原子で構成されています。
電子は負の電荷を示し、電子の軌道内の原子の核の周りで見つかります。これは、電子が95％の確率で見つかる空間の体積として定義されます。
4種類の軌道（s、p、d、f）は形状が異なり、1つの軌道で最大2つの電子を保持できます。p、d、およびf軌道には異なるサブレベルがあるため、より多くの電子を保持できます。
示されているように、各元素の電子配置は周期表の位置に固有です。エネルギー準位は周期で決まり、電子の数は元素の原子番号で決まります。
異なるエネルギーレベルでの軌道は互いに類似していますが、空間内の異なる領域を占めています。
1s軌道と2s軌道はs軌道の特性を持っています（動径ノード、球形体積確率、それらは2つの電子のみを含むことができます）。しかし、それらは異なるエネルギーレベルにあるため、核の周りの異なる空間を占めます。各軌道は、周期表の特定のブロックで表すことができます。
ブロックsはヘリウム（グループ1および2）を含むアルカリ金属の領域、ブロックdは遷移金属（グループ3〜12）、ブロックpはグループ13〜18のメイングループの要素、そしてfブロックはランタニドとアクチニドのシリーズです。
図1：周期表の要素とその周期は、軌道のエネルギーレベルによって異なります。
アウフバウの原則
アウフバウはドイツ語で「建てること」を意味する「アウフバウエン」に由来します。本質的に、電子配置を記述することにより、ある原子から別の原子に移動するときに電子軌道を構築します。
原子の電子配置を記述するときは、原子番号の昇順で軌道を埋めていきます。
アウフバウの原理は、1つの原子に2つのフェルミオン（たとえば、電子）は存在しないというパウリの排他原理に由来しています。それらは同じ量子数のセットを持つことができるため、より高いエネルギーレベルで「スタック」する必要があります。
電子がどのように蓄積するかは、電子構成の問題です（Aufbau Principle、2015）。
安定した原子は、陽子が原子核で行うのと同じ数の電子を持っています。電子は、アウフバウ原理と呼ばれる4つの基本的な規則に従って、量子軌道で核の周りに集まります。
- 同じ4つの量子数n、l、m、sを共有する原子には2つの電子はありません。
- 電子は最初に最低エネルギー準位軌道を占有します。
- 電子は常に同じスピン数で軌道を満たします。軌道がいっぱいになると開始します。
- 電子は量子数nとlの合計によって軌道を満たします。（n + l）の等しい値を持つ軌道は、最初に低いn値で埋められます。
2番目と4番目のルールは基本的に同じです。ルール4の例は、2pおよび3s軌道です。
2p軌道はn = 2およびl = 2であり、3s軌道はn = 3およびl = 1です。（N + l）= 4どちらの場合も、2p軌道は最低エネルギーまたは最低値nを持ち、レイヤー3s。
幸い、図2に示すモラー図は、電子の充填に使用できます。グラフは1から対角線を実行して読み取られます。
図2：電子配置の充填のモラー図。
図2は原子軌道を示し、矢印はその先へと進みます。
軌道の順序が満たされていることがわかったので、あとは各軌道のサイズを記憶するだけです。
S軌道は、2つの電子を含むm lの可能な値を1つ持っています。
P軌道には、6個の電子を含むためにmlの 3つの可能な値があります
D軌道には、10個の電子を保持するためのµlの 5つの可能な値があります
F軌道は14電子を保持するためにm lの 7つの可能な値を持っています
元素の安定原子の電子配置を決定するために必要なのはこれだけです。
たとえば、窒素元素を取ります。窒素には7つの陽子があり、したがって7つの電子があります。最初に入力する軌道は1秒軌道です。
s軌道には2つの電子があるため、5つの電子が残っています。次の軌道は2s軌道で、次の2つが含まれています。最後の3つの電子は、最大6つの電子を保持できる2p軌道に移動します（Helmenstine、2017年）。
外部電子配置の重要性
電子配置は、原子の特性を決定する上で重要な役割を果たします。
原子番号nを除いて、同じグループのすべての原子は同じ外部電子配置を持っているため、化学的性質は類似しています。
原子特性に影響を与えるいくつかの重要な要素には、最大占有軌道のサイズ、高エネルギー軌道のエネルギー、軌道空孔の数、および高エネルギー軌道の電子の数が含まれます。
ほとんどの原子特性は、最も外側の電子から原子核への引力の程度、および最も外側の電子シェル内の電子の数、価電子の数に関連しています。
外殻の電子は共有化学結合を形成できるものであり、イオン化して陽イオンまたは陰イオンを形成する能力を持つものであり、化学元素に酸化状態を与えるものです。
彼らはまた、原子半径を決定します。nが大きくなると、原子半径は大きくなります。原子が電子を失うと、原子核の周りの負の電荷が減少するため、原子半径が収縮します。
外殻の電子は、原子価結合理論、結晶場理論、分子軌道理論によって考慮され、分子の特性と結合の混成を得る電子です。
参考文献
- アウフバウの原則。（2015年6月3日）。chem.libretextsから取得：chem.libretexts.org。
- ボーズマンサイエンス。（2013、Agoto 4）。電子配置。YouTubeから取得：youtube.com。
- 電子配置と原子の性質。（SF）。oneonta.eduから取得：oneonta.edu。
- 百科事典ブリタニカ。（2011年9月7日）。電子構成。britannicaから取得：britannica.com。
- Faizi、S.（2016年7月12日）電子構成。chem.libretextsから取得：chem.libretexts.org。
- Helmenstine、T.（2017年3月7日）。アウフバウ原理-電子構造とアウフバウ原理。Thoughtcoからの引用：thoughtco.com。
- カーン・S（2014年6月8日）。価電子と結合。khanacademyから取得：khanacademy.org。