電子殻のソースを表示

{{読み仮名|'''電子殻'''|でんしかく|{{lang-en-short|electron shell}}}}は、[[ボーアの原子模型]]において、[[原子核]]を取り巻く[[電子軌道]]の集まりをいう。言わば[[電子]]の収容[[場]]所のことで、それにいかに電子が入っているかを示すのが[[電子配置]]である。実際の電子軌道は必ずしも球状ではなく、このモデルも厳密には正確ではない。しかし、原子に束縛された電子の状態を理解する上で重要な[[モデル (自然科学)|モデル]]である。

== 概要 ==
電子殻は[[主量子数]] <math> n = 1, 2, 3, \cdots </math> ごとに複数の層を構成しているとみなされ、[[エネルギー準位]]の低い方から'''K殻・L殻・M殻・N殻・O殻・P殻'''…と呼ばれている。電子殻それぞれに入ることのできる[[電子]]の数は <math>2 n^2</math> 個に等しい。ここで示す電子収容数はあくまで計算値であり、各電子殻上で32個より多く電子をもつ原子は発見されていない。

電子殻は一つ以上の「小軌道<ref>{{Cite web|和書|url=http://www2.yamamura.ac.jp/chemistry/chapter1/lecture5/lect1051.html|title=楽しい高校化学「電子殻の構造」|accessdate=2012-09-23|archiveurl=https://web.archive.org/web/20121005110313/http://www2.yamamura.ac.jp/chemistry/chapter1/lecture5/lect1051.html|archivedate=2012-10-05|url-status=dead|url-status-date=2021-03}}</ref>」(electron subshell) より構成され、各小軌道での電子収容数の和がその電子殻での収容数となる。次節参照。

電子は、量子数の小さい電子殻から順に入ることになっている。このため電子殻の数は、[[元素]]によってそれぞれ異なり、[[元素の周期]]を決定する要素となる。それぞれの原子の最も外側の電子殻の電子を'''最外殻電子'''ともいい、[[希ガス]]を除きしばしば[[価電子]]の役割をする。

* 電子殻の[[アルファベット]]がKから始まるのは、発見当初はまだこれより小さい殻があると考えられていたため、10個分の予約を確保し、11個目のKがあてられた。しかし、K殻よりも小さい殻は発見されなかった。

* 英版（英語圏）では電子殻を数字で表示し、[[ローマ字]]表示もされると記述されている。（"1 shell"（K殻）、 "2 shell"（L殻）、 "3 shell"（M殻）、・・・。）

{| class="wikitable" style="text-align:center; margin:1em auto;"
|+ 計算上で電子殻に収納可能な電子数
! style="width:3em;"|殻
! style="width:6em;"|主量子数　''n''
! style="width:6em;"|電子数 2''n''<sup>2</sup>
! 小軌道
|-
| K殻 || 1 || 2 || 1s<br />(2)
|-
| L殻 || 2 || 8 || 2s+2p<br />(2+6)
|-
| M殻 || 3 || 18 || 3s+3p+3d<br />(2+6+10)
|-
| N殻 || 4 || 32 || 4s+4p+4d+4f<br />(2+6+10+14)
|-
| O殻 || 5 || 50 || 5s+5p+5d+5f+5g<br />(2+6+10+14+18)
|-
| P殻 || 6 || 72 || 6s+6p+6d+6f+6g+6h<br />(2+6+10+14+18+22)
|-
| Q殻 || 7 || 98 || 7s+7p+7d+7f+7g+7h+7i<br />(2+6+10+14+18+22+26)
|}

しかし、実際に[[周期表]]としてまとめられている[[元素]]の[[電子配置]]においては、電子殻内の電子数は、以下のような形でしか確認されていない。

（'''太字'''（[[d軌道]]、[[f軌道]]）は、余剰部分として、電子の充填が後の周期へと後回しにされる軌道。d軌道は1周期後、f軌道は2周期後に充填される。d軌道は主に1周期後の[[Dブロック元素]]（[[遷移元素]]）の部分を、f軌道は主に2周期後の[[Fブロック元素]]（[[ランタノイド]]・[[アクチノイド]]）の部分を担う。）

{| class="wikitable" style="text-align:center; margin:1em auto;"
|+ 実際上の電子殻に収納可能な電子数
! style="width:6em;"|周期
! style="width:3em;"|殻
! style="width:6em;"|電子数
! 小軌道
|-
| [[第1周期元素|第1周期]]
| K殻 
| 2 
| 1s<br />(2)
|-
| [[第2周期元素|第2周期]]
| L殻 
| 8 
| 2s+2p<br />(2+6)
|-
| [[第3周期元素|第3周期]]
| M殻 
| 18 
| 3s+3p+'''3d'''<br />(2+6+10)
|-
| [[第4周期元素|第4周期]]
| N殻 
| 32 
| 4s+4p+'''4d'''+'''4f'''<br />(2+6+10+14)
|-
| [[第5周期元素|第5周期]]
| O殻 
| 32
| 5s+5p+'''5d'''+'''5f'''<br />(2+6+10+14)
|-
| [[第6周期元素|第6周期]]
| P殻 
| 18 
| 6s+6p+'''6d'''<br />(2+6+10)
|-
| [[第7周期元素|第7周期]]
| Q殻 
| 8 
| 7s+7p<br />(2+6)
|}

== 小軌道 ==
英語でelectron subshellといい、「小軌道」、「'''副電子殻'''」<ref>weblio [http://ejje.weblio.jp/content/sub-electron+shell sub-electron shell] </ref>、「'''亜殻'''」と言われる。ここでは本項目である「電子殻」と区別しやすくするため「小軌道」と表記する。小軌道は電子殻を構成する電子軌道の集まりで、エネルギー準位の低い内側のs軌道から始まり、p、d、f、g軌道と続く。各小軌道の電子容量の和がその電子殻の電子容量となる。K殻ではs軌道の2個のみ、L殻ではs軌道の2個とp軌道の6個の計8個、M殻ではs軌道の2個、p軌道の6個、d軌道の10個の合計の18個となる。

{| class="wikitable" style="text-align:center; margin:1em auto;"
|+ 小軌道に収納可能な電子数
|-
! 小軌道 !! [[方位量子数]] !! 電子数 !! 名前の由来
|-
| [[s軌道]] || 0 || 2  || align="left"| &nbsp;'''s'''harp
|-
| [[p軌道]] || 1 || 6  || align="left"| &nbsp;'''p'''rincipal
|-
| [[d軌道]] || 2 || 10 || align="left"| &nbsp;'''d'''iffuse
|-
| [[f軌道]] || 3 || 14 || align="left"| &nbsp;'''f'''undamental
|-
| [[g軌道]] || 4 || 18 || align="left"| fの次<ref>{{cite book |chapterurl=https://books.google.co.jp/books?id=-W1bL7s--igC&pg=PA33&redir_esc=y&hl=ja |chapter=Quantum Mechanic Basic to Biophysical Methods |title=Fundamental Concepts in Biophysics |first=T. |last=Jue |location=Berlin |publisher=Springer |page=33 |isbn=1-58829-973-2 |year=2009 }}</ref>
|-
| [[h軌道]] || 5 || 22 || align="left"| gの次
|-
| [[i軌道]] || 6 || 26 || align="left"| hの次
|}

== 電子の収容順 ==
[[File:Klechkovski rule.svg|thumb|増成原理（Aufbau principle）電子の各電子殻の各軌道への収容順。上からK(=1)、L(=2)、M(=3)、N(=4)、O(=5)、P(=6)殻]]
高位の「電子殻」の低位の「小軌道」のエネルギー準位は、低位の「電子殻」の高位の「小軌道」より低くなっており、そちらへ先に電子が収容される。これを[[構造原理]]という。右図の3行目のM殻ではp軌道（3p）に電子が入ると、次はd軌道（3d）では無くN殻のs軌道（4s）へ電子が入る。その後でM殻のd軌道（3d）へ戻る。以降 3d - 4p - 5s - 4d - 5p - 6sと続いていく。ただし[[第4周期元素|第4周期]]以降では例外もある。詳細は[[電子配置]]を参照。

例えるなら、近くの建物の3階へ引っ越すより、遠い建物の1階へ入居するほうが簡単という事である。これがO殻、P殻に32個より多くの電子を持つ元素が見つかっていない理由でもある。

2012年の時点で発見が報告されている（未公認を含む）元素は、右図の小軌道6dおよび7s<ref group="注釈">7sは6pの後に既に満たされている。</ref>を満たし、7pに電子を収容している元素である。

== 脚注 ==
{{脚注ヘルプ}}
=== 注釈 ===
{{Notelist}}
=== 出典 ===
{{Reflist}}

== 関連項目 ==
* [[ボーアの原子模型]]
* [[原子軌道]]
* [[電子軌道]]
* [[量子条件]]

{{sci-stub}}

{{Normdaten}}
{{DEFAULTSORT:てんしかく}}
[[Category:原子物理学]]
[[Category:原子]]
[[Category:電子]]
[[カテゴリ:化学結合]]
[[カテゴリ:量子力学]]
[[カテゴリ:量子化学]]