化学入門

Terms

• quantization 連続信号を離散記号または整数値の集合で近似する処理。
• 頻度単位時間当たりの繰り返し事象の発生数。

原子軌道における電子のエネルギー

原子の中心構造は原子核で、陽子と中性子を含んでいます。 この原子核の周りを電子が取り囲んでいます。 この電子はすべて同じ電荷と同じ質量を持っていますが、原子の中の電子はそれぞれ異なるエネルギーを持っています。 エネルギーが最も低い電子は、原子核に最も近く、正電荷を帯びた原子核の引力が最も大きい場所に存在します。 5380>

エネルギーの量子化

原子のエネルギーが増加すると（たとえば、物質が加熱されると）、原子内の電子のエネルギーも増加する。 励起された電子が元のエネルギー、つまり基底状態に戻るには、エネルギーを放出する必要がある。 電子がエネルギーを放出する方法のひとつに、光を発することがあります。

これは階段を上るようなものだと考えるとよいでしょう。 足を十分に上げないと段差にぶつかってしまい、地面の高さから動けなくなってしまいます。 足を段差の高さまで上げないと先に進めないのです。 電子も同じで、持てるエネルギーの量は決まっています。 このように電子をエネルギー単位に分けることをエネルギーの量子化といいますが、これは原子の中で電子が持つことのできるエネルギー量が決まっているためです。

電子の殻

原子のまわりの電子の配置を示す非常に簡単な方法から始めましょう。 ここでは、原子の原子核のまわりに電子がエネルギー準位（殻）ごとに配置されています。 最初のエネルギー準位（エネルギーレベル1）にある電子は原子核に最も近く、最も低いエネルギーを持つことになります。 原子核から遠く離れた電子は、より高いエネルギーを持つ。 原子の電子殻には2n2個の電子を入れることができ、nはエネルギー準位である。 例えば、第1殻には2×(1)2個の電子を入れることができます。 5380>

例えば、フッ素（F）の原子番号は9で、中性のフッ素原子には9個の電子があることになります。 5380>

原子軌道

電子は原子核の周りを環状に回っていると簡単に表現できますが、実際にはもっと複雑な経路をたどって動いています。 このような経路を原子軌道、あるいは副殻と呼びます。 軌道の形には、s、p、d、f などの種類がありますが、ここでは主に s と p の軌道に注目します。 第一エネルギー準位にはs軌道が1つだけ、第二エネルギー準位にはs軌道が1つとp軌道が3つ、第三エネルギー準位にはs軌道が1つとp軌道が3つ、d軌道が5つ含まれています。 5380>

軌道図は、元素の電子配置を決定するのに役立つ。 元素の電子配置とは、殻の中の電子の配置のことです。 5380>

• 各軌道は2つの電子しか保持できません。
• 電子は常に最もエネルギーの低い軌道に入ろうとします。
• 電子は単独で軌道を占有することもできますが、より高いエネルギーの軌道を占有する前に、他の電子とともにより低いエネルギーの軌道を占有する方がよいでしょう。 言い換えれば、1 つのエネルギー レベル内で、電子は p 軌道を埋め始める前に s 軌道を埋めます。
• s サブシェルは 2 個の電子を保持できます。
• p サブシェルは 6 個の電子を保持できます。

電子配置は無機および有機化学の両方で化学特性を合理化するために使用することができます。 また、元素や化合物から放出される光のエネルギーを測定するために使用される方法である、原子スペクトルの解釈にも使用されます。