【化学】電子殻と電子配置について

原子のつくり

原子は、中心にある原子核とその周りを動く電子から成っています。原子のつくりは以下のようになっています。

電子は適当な場所に散らばっている訳ではなく、上のイラストにあるように、規則に沿って配置されています（イラストは平面になっていますが、実際は立体的な構造になっています）。

また、電子の数は元素によって異なります。元素の周期表から確認することができます。

周期表には、それぞれの元素の枠内の左上に赤丸で数字が入っていますが、これを原子番号といいます。周期表は原子番号の順番に並んでいます。この原子番号が電子の数と関係があるのです。

よって、以下のようにまとめることができます。

原子番号 ＝ 陽子の数 ＝ 電子の数

電子殻とは

電子殻でん し かくとは、原子核のまわりを動く電子が運動する層状の領域のことです。層は１つではなく、複数の層から成っています。イラストだと円のように描かれていますが、実際は平面ではなく、立体的な構造になっています。

電子殻は、内側からＫ殻、Ｌ殻、Ｍ殻、Ｎ殻、Ｏ殻、Ｐ殻、Ｑ殻があります(イラストではＭ殻までしか描かれていません)。また、アルファベット順に名称が付いています。

電子殻にはそれぞれ定員(最大数)が決まっています。「２ × ２^ｎ」と計算します。「ｎ」には、内側のＫ殻から順に１，２，３と数字が入ります。

殻の名称	収容電子数	計算の仕方	合計数
Ｋ殻	２個	２ × ２１	２個
Ｌ殻	８個	２ × ２２	１０個
Ｍ殻	１８個	２ × ２３	２８個
Ｎ殻	３２個	２ × ２４	６０個
Ｏ殻	５０個	２ × ２５	１１０個
Ｐ殻	７２個	２ × ２６	１８２個
Ｑ殻	９８個	２ × ２７	２８２個

収容電子数はあくまでも理論上の計算した値になります。現在、各電子殻上では３２個よりも多い数の電子を持つ原子は発見されていません。

各元素の電子配置

原子番号１～２０までの電子配置を周期表の順にしたものです。

原子番号①の水素を先頭にして、原子番号が増えるたびに、電子が１個ずつ増えていることが分かります。一番の内側の電子殻であるＫ殻から順に電子が配置されていきます。Ｋ殻は定員が２個なので、そこが埋まったら、次のＬ殻に配置されていきます。

Ｌ殻は定員が８個なので、そこまでが埋まった時点で合計１０個(Ｋ殻２個＋Ｌ殻８個)になっているはずです。原子番号⑩のネオンがそのような配置になっています。次の原子番号⑪からＭ殻に配置されます。

Ｍ殻の定員は本来なら１８個ですが、まだ空きがあるにもかかわらず、８個になった時点で、次のＮ殻に配置されていることが分かります。

原子番号⑲のカリウムは電子が１９個なので、Ｋ殻に２個、Ｌ殻に８個、Ｍ殻に８個、Ｎ殻に１個の合計１９個が配置されています。一番の外側の電子殻に８個の方だと最も安定した状態となるので、カリウムとカルシウムに関しては、このようなイレギュラーな配置になります。

ちなみに、原子番号21のスカンジウムから、再びＭ殻に戻って配置されていきます。

最外殻電子と価電子の違い

最外殻電子さいがいかくでんし … 最も外側の電子殻にある電子のことです。
価電子かでんし … 最外殻にありますが、化学反応に直接関係してくる電子のことです。

上の定義から分かるように、基本的には最外殻電子＝価電子と考えることができます。しかし、１８族の元素つまり「貴ガス」については例外です(周期表の一番右側の縦列)。周期表でいうと、ヘリウム・ネオン・アルゴンなどがあたります。これらの貴ガスは、最外殻が定員まで埋まっていて、これ以上化学変化をする必要がないからです。このために価電子がありません。

基本的には「最外殻電子 ＝ 価電子」と考える。
しかし、貴ガスについては例外で、価電子は存在しない。

貴ガスのように、内側から外側までの電子殻が電子で満杯になって、安定した状態を「閉殻へいかく」といいます。また最外殻に電子が８個入っている状態のことを「オクテット」といいます。これらの配置になると、エネルギーが低く非常に安定した状態になります。

また、同族どうし(縦列)の元素は、最外殻電子の数は等しくなります。これにより同族元素は似たような性質になります。