目次
９－１ 水素原子のボーアモデル
1913年にデンマークの物理学者ニールス・ボーアは水素原子の発光スペクトルの測定値を説明するために，電子は原子核の周囲にある，飛び飛びのエネルギーの値をもつ軌道を回っているという模型を提案した。そして，電子の軌道間の遷移が発光スペクトルとなると考えた。
長岡の模型(1903) トムソンの模型(1904)
図 初期の原子模型
トムソンの模型では正電荷は球内に一様に分布している。
長岡の模型は土星型の模型である。
電子殻……電子が存在しうる，核をとりまく同心円状の軌道。
内側から順に，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，…殻という。（エネルギーは順に 大きくなる。）
基底状態…最もエネルギーの低い殻に電子が存在する状態。水素原子ではＫ殻 に電子が１個存在する状態。
励起状態…原子が熱や光を吸収して外側のよりエネルギーの高い電子殻に電子 が存在するようになった状態。
発光スペクトル……励起状態に存在する電子がエネルギーの低い状態に移ると き，そのエネルギー差に相当する波長の光を発生する。これを発光 スペクトルという。
Ｅ2－Ｅ1＝ｈν
Ｅ2，Ｅ1は状態２と状態１のもっているエネルギー
ｈはプランク定数，νは振動数
(cm-1)
図 水素の原子スペクトル
表 水素の原子スペクトルにおける系列
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
n1 n2 系列 領域
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
1 2,3,4…… Lyman 紫外
2 3,4,5…… Balmer 可視
3 4,5,6…… Paschen 近赤外
4 5,6,7…… Brackett 遠赤外
5 6,7,8…… Pfund 遠赤外
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
９－２ 水素原子以外の原子の電子配置
電子配置
原子番号がふえるにつれて，核外電子の数もふえていく。これらの電子はエネルギーの低いＫ殻から順にＬ殻，Ｍ殻……と詰まっていく。それぞれの電子殻にはいることのできる電子の最大数は２ｎ2 である。
したがって原子番号11のNaでは次のようになる。
電子殻 Ｋ Ｌ Ｍ Ｎ
（ 1 2 3 4 ｎ……主量子数 ）
最大数 2 8 18 32 ＝２ｎ2
11Na 2 8 1 0
このように水素以外の原子においても，その電子をＫ殻から順に配置することができる。このような電子の配列を電子配置という。
閉殻……希ガス型の電子配置を閉殻であるという。
最外殻（その原子の電子配置でもっとも外側の電子殻）に最大数の電子 を配置している。アルゴンのように最外殻に８個であれば，閉殻と考え る。
問い１ 原子番号17の塩素原子17Clの電子配置は，Ｋ，Ｌ，Ｍ殻の順に2,8,7と 示される。次の各原子の電子配置を同様に示せ。
Ｋ Ｌ Ｍ
8O
12Mg
16S
表 原子番号と原子の電子配置
原子番号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
元素記号 H He Li Be B C N O F Ne
Ｋ殻 １ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２
電 Ｌ殻 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８
子 Ｍ殻
Ｎ殻
原子番号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
元素記号 Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca
Ｋ殻 ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２ ２
電 Ｌ殻 ８ ８ ８ ８ ８ ８ ８ ８ ８ ８
子 Ｍ殻 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ８ ８
Ｎ殻 １ ２
図 Ar原子の電子密度分布の実測値
電子が原子核から距離ｒだけ離れた球殻の
中に存在する確率を縦軸にとってある。矢
印はAr原子のファンデルワールス半径の実
測値の1.88 を示す。
９－３ 価電子
価電子……化学結合に関与する電子を価電子という。
一般の原子では最外殻の電子が価電子である。
希ガスのように最外殻が閉殻の電子は価電子を０とする。
価電子は，原子の性質と関係が深く，価電子の数が同じ原子は互いに よく似た性質を示す。
電子式……元素記号に最外殻の電子を点でかき加えたものを電子式という。
問い２ 次の各原子の組み合わせで，価電子の数が等しいものはどれか。
ヘリウム－ベリリウム フッ素－マグネシウム
水素－ナトリウム リン－アルゴン
問い３ マグネシウム原子と硫黄原子の電子式を示せ。
９－４ イオンの電子配置
原子－電子→陽イオン ………閉殻となる。
原子＋電子→陰イオン ………閉殻となる。
価電子の少ない原子は，電子を放出して陽イオンになりやすく陽性元素とよばれ，価電子の多い原子は，電子を取り入れて陰イオンになりやすいので陰性元素とよばれる。
問い４ Li+ ，O2-，Al3+の各イオンと同じ電子配置をもつ原子は何か。
●●● 実験15 マグネシウムの燃焼 ●●●
目的 酸化還元反応の例としてマグネシウムの燃焼を観察する。
準備 マグネシウム，マッチ，ピンセット
蒸発皿，カス入れ，雑巾
方法
1. マグネシウムをピンセットでつまみ，マッチで点火する。点火しないようだ ったらガスバーナーを用いてもよい。
2. 燃焼中は蒸発皿の上で観察し生成物を蒸発皿の上に集める。
3. 生成物に水道水を少量加えたときどのような臭いがする観察してから蒸発皿 とピンセットを洗う。
考察
1. 方法 3. の臭いからどのようなことが考えられるか。
片付け カス入れの中のゴミはゴミ箱に捨ててから，カス入れを教卓に返す。
雑巾は洗ったのちよく絞ってから教卓に返す。
９－５ イオン化エネルギーと電子親和力
イオン化エネルギー
陽イオンになるのに必要な最少のエネルギーをイオン化エネルギーという。
イオン化エネルギーが小さい原子ほど陽イオンになりやすい。
Ｍ → Ｍ+ ＋ ｅ- のとき必要なエネルギーが第１イオン化エネルギー。 Ｍ+ → Ｍ2+ ＋ ｅ- のとき必要なエネルギーが第２イオン化エネルギー。 Ｍ2+ → Ｍ3+ ＋ ｅ-のとき必要なエネルギーが第３イオン化エネルギー。
表 第１イオン化エネルギー（kcal/mol）
H He
314 566
Li Be B C N O F Ne
124 215 191 260 335 314 402 497
Na Mg Al Si P S Cl Ar
118 176 138 188 242 239 300 363
K Ca
100 141
アルカリ金属原子では第１イオン化エネルギーは小さい。
原子番号が大きくなるにつれて大きくなる。
表 第１，２，３，４ イオン化エネルギー（kcal/mol）
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・ ・ I1 ・ I2 ・ I3 ・ I4 ・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・ Ne ・ 497 ・ 947 ・ 1464 ・ 2240 ・
・ Na ・ 118 ・ 1091 ・ 1652 ・ 2280 ・
・ Mg ・ 176 ・ 347 ・ 1848 ・ 2530 ・
・ Al ・ 136 ・ 435 ・ 659 ・ 2770 ・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
電子親和力
陰イオンになるときに放出されるエネルギー。
電子親和力の大きい原子は陰イオンになりやすい。
電子親和力の例 （kcal/mol）
Ｈ 17.2 Ｓ 47.8
Ｃ 30.0 Cl 85.1
Ｏ 34.1 Br 77.5
Ｆ 79.5 Ｉ 70.7
問い５ マグネシウム原子から２価の陽イオンをつくるときに必要なエネルギーは何kcal/molか。
９－６ 練習問題
練習１ （ ）には数値，語句を，［ ］には化学式を入れよ。 アルミニウム原子27Alは，原子核に陽子を（ア ）個もっている。また最も内側の電子殻に（イ ）個，次の電子殻に8個，最外殻に相当する（ウ ）殻に（エ ）個の電子が配置されている。したがって，その電子式は［オ ］と表される。アルミニウム原子が最外殻の電子をすべて放出すると［カ ］と表されるイオンを生じる。このイオンの電子配置は（キ ）原子と同じ閉殻である。このイオンと酸化物イオンO2-からでき た化合物の化学式は［ク ］と表される。
練習２ ～ は元素名で， は数字を記入せよ。
最外殻であるＬ殻が電子8個で満たされている原子は何か。（ ） 最外殻であるＫ殻が電子2個で満たされている原子は何か。（ ） Ｌ殻に電子1個が存在している原子は何か。 （ ） ケイ素原子はＭ殻に何個の電子を持っているか。 （ ） 塩素原子はＬ殻に何個の電子を持っているか。 （ ）
練習３ 次の原子の価電子の数を（ ）内に記し，電子式を記せ。
Li （ ） B （ ）
N （ ） F （ ）
S （ ） Mg （ ）
練習４ 次の文の（ ）内に適当な語，数などを記しなさい。
価電子が1個か2個の原子は,それらを失って安定な希ガス型の電子配置となる｡したがって,1個失えば（①）価の（②）になり,2個失えば（③）価の（④）となる。また価電子が6個か7個の原子は，電子を2個か1個他からもらって，安定な希ガス型の電子配置となる。したがって,2個もらえば，（⑤）価の（⑥）になり，1個もらえば，（⑦）価の（⑧）になる。
（① ）（② ）（③ ）（④ ）
（⑤ ）（⑥ ）（⑦ ）（⑧ ）
練習５ 次の文中の（ ）内に適当な数値を入れよ。
原子番号17の塩素には質量数35のものがある。その原子核の陽子の数は（①）
個，中性子の数は（②）個，原子核のまわりの全電子数は（③）個である。それらの電子はＫ殻に（④）個，Ｌ殻に（⑤）個，Ｍ殻に（⑥）個がそれぞれ配置されている。塩素原子が1価の陰イオンになったとき，最外殻の電子数は（⑦）個 となる。塩素と同じ周期のナトリウム，ケイ素および硫黄の最外殻の電子数は，それぞれ（⑧），（⑨）および（⑩）個である。
（① ）（② ）（③ ）（④ ）（⑤ ）
（⑥ ）（⑦ ）（⑧ ）（⑨ ）（⑩ ）
９－７ オービタル（参考）
ボーアのＫＬＭ…殻の説明が成功した後に，電子殻はさらに細かく分かれていることがわかった。
それぞれの殻は主量子数の数だけのさらに細分化された軌道をもっている。これを軌道（オービタル，軌道関数）という。
Ｋ Ｌ Ｍ Ｎ
主量子数ｎ １ ２ ３ ４
軌道の数 １ ２ ３ ４
軌道名 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
最大電子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14
総電子数2n2 2 8 18 32
ｓオービタルは球形，ｐオービタルは亜鈴形，ｄオービタルは複雑な形。
sｵｰﾋﾞﾀﾙﾉ 1sｵｰﾋﾞﾀﾙ 2sｵｰﾋﾞﾀﾙ 3sｵｰﾋﾞﾀﾙ
はｓオービタルの表面を， ～ は球の中心を通っての断面図を 表す。
図 ｓオービタルの形状
ｐXオービタル ｐyオービタル ｐZオービタル
ｐオービタルは原子核を含んだ一平面だけには電子が分布していない。例 えば，ｐXオービタルではｙ－ｚ平面には電子は分布していない。
図 ｐオービタルの形状
エネルギー準位energy level ……それぞれ電子軌道のもつエネルギーの値
１ｓ 低 ２ｓ ２ｐ ３ｓ ３ｐ ３ｄ ４ｓ ４ｐ ４ｄ ４ｆ ５ｓ ５ｐ ５ｄ ５ｆ ５ｇ 高
１９００ Ｍａｘ Ｐｌａｎｃｋ（1858－1947） エネルギー量子 １９１３ Ｎ．Ｂｏｈｒ １９２４ Ｄｅ Ｂｒｏｇｌｉｅ 電子の波動説 １９２５ Ｅ．Ｓｈｒｏｄｉｎｇｅｒ 波動力学 １９２５ Ｗ．Ｈｅｉｓｅｎｂｅｒｇ 行列力学
１．次の文の（ ）の中に適当な語句，元素記号または数字を記せ。
２個の水素原子の間に力がはたらいて水素分子ができるときの様子を考えてみる。２個の水素原子がしだいに接近してくると，ついには電子殻どうしに重なりができる。そのとき，それぞれの原子の電子は重なりの部分で両原子核に引き付けられる。すなわち，２個の電子が対となって両方の原子に（①）されることになり，２個の水素原子は（②）原子に似た電子配置となる。このように電子を共有することによってできる化学結合を（③）といい，共有されている電子対を（
④）という。完全に満たされていない最外殻にある電子は化学結合に重要な役割を果たしており，（⑤）といわれる。希ガスを除く（⑥）元素では最外殻の電子が（⑤）である。たとえば，水素のそれは１，炭素，窒素，酸素のそれらは（⑦）（⑧）（⑨）である。 （① ）（② ）（③ ）（④ ）
（⑤ ）（⑥ ）（⑦ ）（⑧ ）
（⑨ ）
１．
（① 共有 ）（② ヘリウム ）（③ 共有結合 ）（④ 共有電子対 ）
（⑤ 価電子 ）（⑥ 典型 ）（⑦ ４ ）（⑧ ５ ）
（⑨ ６ ） ①×９＝⑨
９ 電子配置
９－１ （ ）には数値，語句を，［ ］には化学式を入れよ。 アルミニウム原子27Ａｌは，原子核に陽子を（ア ）個もっている。また最も内側の電子殻に（イ ）個，次の電子殻に８個，最外殻に相当する （ウ ）殻に（エ ）個の電子が配置されている。したがって，その電子式は［オ ］と表される。アルミニウム原子が最外殻の電子をすべて放出すると［カ ］と表されるイオンを生じる。このイオンの電子配置は（キ ）原子と同じ閉殻である。このイオンと酸化物イオンＯ2-からできた化合物の化学式は［ク ］と表される。
９－２ ～ は元素名で， は数字を記入せよ。
最外殻であるＬ殻が電子８個で満たされている原子は何か。（ ） 最外殻であるＫ殻が電子２個で満たされている原子は何か。（ ） Ｌ殻に電子１個が存在している原子は何か。 （ ） ケイ素原子はＭ殻に何個の電子を持っているか。 （ ） 塩素原子はＬ殻に何個の電子を持っているか。 （ ）
９－３ 次の原子の価電子の数を（ ）内に記し，電子式を記せ。
Ｌｉ（ ） Ｂ （ ）
Ｎ （ ） Ｆ （ ）
Ｓ （ ） Ｍｇ（ ）
９－４ 次の文の（ ）内に適当な語，数などを記しなさい。
価電子が１個か２個の原子は，それらを失って安定な希ガス型の電子配置となる。したがって，１個失えば（①）価の（②）になり，２個失えば（③）価の（④）となる。また価電子が６個か７個の原子は，電子を２個か１個他からもらって，安定な希ガス型の電子配置となる。したがって，２個もらえば，（⑤）価の（⑥）になり，１個もらえば，（⑦）価の（⑧）になる。
９－５ 次の文中の（ ）内に適当な数値を入れよ。
原子番号１７の塩素には質量数３５のものがある。その原子核の陽子の数は（①）個，中性子の数は（②）個，原子核のまわりの全電子数は（③）個である。それらの電子はＫ殻に（④）個，Ｌ殻に（⑤）個，Ｍ殻に（⑥）個がそれぞれ配置されている。塩素原子が１価の陰イオンになったとき，最外殻の電子数は（⑦）個となる。塩素と同じ周期のナトリウム，ケイ素および硫黄の最外殻の電子数は，それぞれ（⑧），（⑨）および（⑩）個である。
７－７ オービタル（参考）
ボーアのＫＬＭ…殻の説明が成功した後に，電子殻はさらに細かく分かれていることがわかった。
それぞれの殻は主量子数の数だけのさらに細分化された軌道をもっている。これを軌道（オービタル，軌道関数）という。
Ｋ Ｌ Ｍ Ｎ
主量子数ｎ １ ２ ３ ４
軌道の数 １ ２ ３ ４
軌道名 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
最大電子数 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14
総電子数2n2 2 8 18 32
ｓオービタルは球形，ｐオービタルは亜鈴形，ｄオービタルは複雑な形。
sｵｰﾋﾞﾀﾙﾉ 1sｵｰﾋﾞﾀﾙ 2sｵｰﾋﾞﾀﾙ 3sｵｰﾋﾞﾀﾙ
はｓオービタルの表面を， ～ は球の中心を通っての断面図を 表す。
図 ｓオービタルの形状
ｐXオービタル ｐyオービタル ｐZオービタル
ｐオービタルは原子核を含んだ一平面だけには電子が分布していない。例 えば，ｐXオービタルではｙ－ｚ平面には電子は分布していない。
図 ｐオービタルの形状
９ 電子配置
９－１ ‥
ア 13 イ 2 ウ Ｍ エ 3 オ Al カ Al3+ キ ネオン ク Al2O3
９－２
ネオン ヘリウム リチウム 4 8
９－３
1, Li 3, B 5, N 7,:F 6, S 2,Mg
９－４
① 1 ② 陽イオン ③ 2 ④ 陽イオン ⑤ 2 ⑥ 陰イオン
⑦ 2 ⑧ 陰イオン
９－５
① 17 ② 18 ③ 17 ④ 2 ⑤ 8 ⑥ 7 ⑦ 8 ⑧ 1 ⑨ 4 ⑩ 6
７－７ オービタル（参考）
ボーアのＫＬＭ…殻の説明が成功した後に，電子殻はさらに細かく分かれていることがわかった。
それぞれの殻は主量子数の数だけのさらに細分化された軌道をもっている。これを軌道（オービタル，軌道関数）という。
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・ ・Ｋ・ Ｌ ・ Ｍ ・ Ｎ ・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・主量子数ｎ ・１・ ２ ・ ３ ・ ４ ・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・軌道の数 ・１・ ２ ・ ３ ・ ４ ・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・軌道名 ・1s・2s 2p・3s 3p 3d ・4s 4p 4d 4f ・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・最大電子数 ・ 2・ 2 6 ・ 2 6 10 ・2 6 10 14 ・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・総電子数2n2 ・ 2・ 8 ・ 18 ・ 32 ・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
ｓオービタルは球形，ｐオービタルは亜鈴形，ｄオービタルは複雑な形。
sｵｰﾋﾞﾀﾙﾉ 1sｵｰﾋﾞﾀﾙ 2sｵｰﾋﾞﾀﾙ 3sｵｰﾋﾞﾀﾙ
はｓオービタルの表面を， ～ は球の中心を通っての断面図を 表す。
図 ｓオービタルの形状
ｐXオービタル ｐyオービタル ｐZオービタル
ｐオービタルは原子核を含んだ一平面だけには電子が分布していない。例 えば，ｐXオービタルではｙ－ｚ平面には電子は分布していない。
図 ｐオービタルの形状
エネルギー準位energy level ……それぞれ電子軌道のもつエネルギーの値
１ｓ 低 ２ｓ ２ｐ ３ｓ ３ｐ ３ｄ ４ｓ ４ｐ ４ｄ ４ｆ ５ｓ ５ｐ ５ｄ ５ｆ ５ｇ 高
１９００ Ｍａｘ Ｐｌａｎｃｋ（1858－1947） エネルギー量子 １９１３ Ｎ．Ｂｏｈｒ １９２４ Ｄｅ Ｂｒｏｇｌｉｅ 電子の波動説 １９２５ Ｅ．Ｓｈｒｏｄｉｎｇｅｒ 波動力学 １９２５ Ｗ．Ｈｅｉｓｅｎｂｅｒｇ 行列力学
１．次の文の（ ）の中に適当な語句，元素記号または数字を記せ。
２個の水素原子の間に力がはたらいて水素分子ができるときの様子を考えてみる。２個の水素原子がしだいに接近してくると，ついには電子殻どうしに重なりができる。そのとき，それぞれの原子の電子は重なりの部分で両原子核に引き付けられる。すなわち，２個の電子が対となって両方の原子に（①）されることになり，２個の水素原子は（②）原子に似た電子配置となる。このように電子を共有することによってできる化学結合を（③）といい，共有されている電子対を（
④）という。完全に満たされていない最外殻にある電子は化学結合に重要な役割を果たしており，（⑤）といわれる。希ガスを除く（⑥）元素では最外殻の電子が（⑤）である。たとえば，水素のそれは１，炭素，窒素，酸素のそれらは（⑦）（⑧）（⑨）である。 （① ）（② ）（③ ）（④ ）
（⑤ ）（⑥ ）（⑦ ）（⑧ ）
（⑨ ）
１．
（① 共有 ）（② ヘリウム ）（③ 共有結合 ）（④ 共有電子対 ）
（⑤ 価電子 ）（⑥ 典型 ）（⑦ ４ ）（⑧ ５ ）
（⑨ ６ ） ①×９＝⑨
エネルギー準位energy level ……それぞれ電子軌道のもつエネルギーの値
１ｓ 低 ２ｓ ２ｐ ３ｓ ３ｐ ３ｄ ４ｓ ４ｐ ４ｄ ４ｆ ５ｓ ５ｐ ５ｄ ５ｆ ５ｇ 高
１９００ Ｍａｘ Ｐｌａｎｃｋ（1858－1947） エネルギー量子 １９１３ Ｎ．Ｂｏｈｒ １９２４ Ｄｅ Ｂｒｏｇｌｉｅ 電子の波動説 １９２５ Ｅ．Ｓｈｒｏｄｉｎｇｅｒ 波動力学 １９２５ Ｗ．Ｈｅｉｓｅｎｂｅｒｇ 行列力学
１．次の文の（ ）の中に適当な語句，元素記号または数字を記せ。
２個の水素原子の間に力がはたらいて水素分子ができるときの様子を考えてみる。２個の水素原子がしだいに接近してくると，ついには電子殻どうしに重なりができる。そのとき，それぞれの原子の電子は重なりの部分で両原子核に引き付けられる。すなわち，２個の電子が対となって両方の原子に（①）されることになり，２個の水素原子は（②）原子に似た電子配置となる。このように電子を共有することによってできる化学結合を（③）といい，共有されている電子対を（
④）という。完全に満たされていない最外殻にある電子は化学結合に重要な役割を果たしており，（⑤）といわれる。希ガスを除く（⑥）元素では最外殻の電子が（⑤）である。たとえば，水素のそれは１，炭素，窒素，酸素のそれらは（⑦）（⑧）（⑨）である。 （① ）（② ）（③ ）（④ ）
（⑤ ）（⑥ ）（⑦ ）（⑧ ）
（⑨ ）
１．
（① 共有 ）（② ヘリウム ）（③ 共有結合 ）（④ 共有電子対 ）
（⑤ 価電子 ）（⑥ 典型 ）（⑦ ４ ）（⑧ ５ ）
（⑨ ６ ） ①×９＝⑨
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