コア コンセプト
このチュートリアルでは、電子殻、さまざまなサブシェル、電子が存在する軌道について学びます。
他の記事で取り上げるトピック
- 電子配置の書き方
- 電子軌道と軌道形状
- シグマ ボンドとパイ ボンド
- 原子価結合理論
- 原子のボーア模型
ボーア モデル
ニールス ボーアは 1913 年に原子の初期モデルを開発しました。ボーア モデルによると、電子は原子核の周りの固定された円軌道を占めています。すべての電子殻は異なるエネルギー準位を持っています。原子核に最も近い殻はエネルギーが最も低く、遠くにある殻はエネルギーが高くなります。各シェルと核の間の距離によって、その数が決まります。各量子数には、そのエネルギー準位の後に文字 n が与えられます。量子数は 1 から始まり、エネルギー準位ごとに 1 ずつ増加します。たとえば、原子核に最も近いエネルギー レベルは 1n です。
ボーア模型は、特定の瞬間における電子の位置を正確に表したものではありません。このアプローチは単純であるため、今でも教えられています。
*原子核または原子の中心には、陽子と中性子が含まれていることに注意してください。
電子殻
簡単に言えば、電子殻は原子核を取り囲む原子の外側の部分です。シェルは、原子核の周りの電子がたどる軌道経路です。化学のすべてと同様に、電子は抵抗が最も少ない経路をたどるのが好きです。これは、通常、電子が原子の殻を内側から外側に満たすことを意味します。最低のエネルギーレベルから始めて、その道を進んでいきます。各殻には、保持できる電子の最大量があります。たとえば、シェル 1n は 2 個の電子を保持でき、シェル 2n は 8 個の電子を保持でき、シェル 3n は 18 個の電子を保持できます。各殻が保持できる電子の数を計算する規則は 2n です。例えば。最初のシェルは 2(1) で、2 つの電子が得られます。
上の図では、エネルギー レベルが原子核の周りのリングとして描かれています。
電子の最外層は、その原子価殻として知られています。価電子殻電子は、結合する要素の親和性を決定します。原子価殻がいっぱいになっている場合、これは通常、電子が安定していることを示す良い指標です。原子価殻に関するマジック ナンバーは 8 です。ほとんどの元素はオクテット規則に従います。つまり、元素が安定するためには、最も外側のエネルギー準位に 8 つの電子が必要です。
*オクテット規則は、周期表のすべての元素に当てはまるわけではないことに注意してください。
サブシェル
エネルギー レベルはサブシェルに分割されます。各エネルギーレベルには、特定の数のサブシェルが含まれています。サブシェルは、各電子シェル内の小さな部分です。最も一般的な最初の 4 つのサブシェルは、s、p、d、および f です。
主量子数が増加すると、各電子殻には独自のエネルギー準位があることがわかっているため、殻のエネルギー準位が増加します。これは、シェル内の各サブシェルで同じです。サブシェル f は、d、p、および s よりも高いエネルギー レベルを持ちます。電子殻の 1 つの中の各サブシェルは、その上の殻よりも低いエネルギー レベルを持ちます。したがって、エネルギー レベル 3 のサブシェルは、エネルギー レベル 4 のサブシェルよりもエネルギーが低くなります。
軌道
ボーア模型の欠点の 1 つは、完全な円軌道で原子核の周りを移動する電子の描写です。電子は、いつでも電子雲内のどこにでも存在できます。軌道にはさまざまな形があります:s、p、d、f。これらの軌道はそれぞれ異なる形をしており、電子が原子核の周りを浮遊する様子を表しています。
*軌道の定義は、電子が 95% の確率で見つかる空間の定義された領域であることに注意してください。
上記のように、S 軌道には 1 つの球状軌道があるかもしれませんが、p サブシェルには 3 つのダンベル型軌道があります。
電子配置
電子配置と呼ばれるものを使用して、電子が分子または原子のどこにあるかを表すことができます。電子配置は、どのエネルギー レベル、サブシェル、およびそのサブシェルを占める電子の数を示します。
上の写真の電子配置は、電子が 2 つの電子だけで s サブシェルのエネルギー レベル 1 に収容されていることを示しています。
