スペクトル表記は原子の原子核の周りの電子エネルギー準位の配置です。古いボーア原子モデルによれば、電子は、原子核に最も近い最初のシェルKから、原子核から最も遠い7番目のシェルQまで、原子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、各軌道は1組の電子のみで占有されます。
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。
原子の最外殻の電子が何らかのエネルギーを受け取ると、それらはより高いエネルギーの層に移動します。したがって、Kシェルの電子は、より高いエネルギー状態にあるときにLシェルに移動します。
電子が基底状態に戻ると、電磁スペクトル（光）を放出して吸収したエネルギーを放出します。各原子には特定の電子配置があるため、吸収（または放出）スペクトルと呼ばれる特定のスペクトルも持っています。
このため、スペクトル表記という用語は、電子配置を指すために使用されます。
スペクトル表記を決定する方法：量子数
合計4つの量子数を使用して、原子内の各電子の運動と軌道を完全に記述します。
原子内のすべての電子のすべての量子数の組み合わせは、シュレディンガー方程式を満たす波動関数によって記述されます。原子内の各電子には、一意の量子数のセットがあります。
パウリの排他原理によれば、2つの電子が4つの量子数の同じ組み合わせを共有することはできません。
量子数は、原子の電子配置および原子内の電子のありそうな位置を決定するために使用できるため、重要です。
量子数は、イオン化エネルギーや原子半径など、原子の他の特性を決定するためにも使用されます。
量子数は、特定のシェル、サブシェル、軌道、および電子のスピンを指定します。
これは、それらが原子内の電子の特性を完全に説明すること、つまり、原子内の電子のシュレディンガー方程式または波動関数の一意の解をそれぞれ説明することを意味します。
合計4つの量子数があります。主量子数（n）、軌道角運動量量子数（l）、磁気量子数（ml）、および電子スピン量子数（ms）です。
主量子数nnは、電子のエネルギーと、核からの電子の最もありそうな距離を表します。つまり、軌道のサイズと電子が置かれるエネルギー準位を指します。
サブシェルの数、つまりllは、軌道の形状を表します。角度ノードの数を決定するためにも使用できます。
磁気量子数mlはサブシェルのエネルギーレベルを表し、msは電子のスピンを指します。
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。本質的には、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ています。
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入力します。
アウフバウの原理は、1つの原子に2つのフェルミ粒子（電子など）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、電子配置の問題です。
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軌道はエネルギーまたはn値が最も低く、レイヤー3s。
図2：電子配置の充填のモラー図。
さいわい、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軌道であり、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。
フンドのルール
Aufbauのセクションでは、電子が最初に最低エネルギー軌道を満たし、次に最低エネルギー軌道がいっぱいになった後でのみ最高エネルギー軌道に移動する方法について説明しました。
ただし、このルールには問題があります。確かに、1s軌道はnの値が小さいため、エネルギーが低いため、1s軌道は2s軌道の前に満たす必要があります。
そして3つの異なる2p軌道は？それらはどの順序で満たされるべきですか？この質問への答えはフンドの法則を含みます。
フントの法則は次のように述べています：
-サブレベルの各軌道は、軌道が二重に占有される前に個別に占有されます。
-個別に占有された軌道のすべての電子は同じスピンを持っています（総スピンを最大にするため）。
電子が軌道に割り当てられると、電子は最初にすべての軌道を同様のエネルギー（縮退軌道とも呼ばれます）で満たそうとします。その後、ハーフフル軌道で別の電子とペアになります。
基底状態の原子は、不対電子をできるだけ多く持つ傾向があります。このプロセスを視覚化する際には、電子が接触した場合に、電子が磁石の同じ極と同じ振る舞いを示すことを考慮してください。
負に帯電した電子が軌道を埋めるとき、それらはペアリングする必要がある前に、まずお互いから可能な限り離れようとします。
参考文献
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