第 2回

自然科学入門（化学） 第2回
2-1
第 2章 原子の構造
第 1 節 原子を構成する粒子
電 子
=
粒 子
電荷
質量(g)
陽 子
+1
1.673 x 10-24
中性子
0
1.675 x 10-24
電 子
-1
9.109 x 10-28
原子構成粒子の大きさ
中性子
原子核
原子
2 ～ 3 x 10-10 m
=
1 x 10-15～10-14 m
大きさ：原子の ～1/100000
重さ：原子の99.99%以上
（陽子、中性子はクオークからなる）
陽 子
ー原子の構造ー
原子番号と質量数
原子番号 (atomic number) ： 陽子の数に等しい
質量数 (mass number) ： 陽子の数と中性子の数の和
質量数
1
1
原子番号
陽子 ： 1
中性子 ： 0
水素
H
2
1
H
陽子 ： 1
中性子 ： 1
（二）重水素
安定同位体
3
1
4
2
H
陽子 ： 1
中性子 ： 2
陽子 ： 2
中性子 ： 2
4
2
He
16
8
陽子 ： 8
中性子 ： 8
三重水素
放射性同位体
同位体
＊原子番号が異なれば性質が異なる（元素）
＊質量数が異なっても性質は同じ（同位体）
2-1
＊放射性同位体の崩壊による放射線の生成
電子
電子軌道変化によるエネルギー放出
Ｘ線
中性子の崩壊により生成 +, -
プラスチックで遮断
電
β線
137
55
子
軌
2-3
原子核
Cs 
γ線
鉛で遮断
60
27 Co

60 Ni
28
137
56
Ba  
 
道
2＋
α線
放射能関連単位
紙で遮断
238 U
92

234 Ba
90
Bq （ベクレル） 1秒間に１個壊変 ＝ １ Bq
Gy （グレイ）物質が放射線から与えられるエネルギー J/kg = 1 Gy
Sv（シーベルト）放射線種類、受ける組織の影響を係数化し、 Sv = 係数 x Gy
  ( 42 He 2  )
第 2 節 原子の電子配置
2-4
電子殻（K, L, M ・・・)
電子軌道（s, p, d, f)
電子殻(n)
O N M L K
古典的な電子の軌道
電子数 (2 x n2)
電子軌道
K (1)
2
s
L (2)
8
s, p
M (3)
18
s, p, d
N (4)
32
s, p, d, f
O (5)
P (6)
Q (7)
32 (50)
10 (72)
2 (98)
s, p, d, f
s, p, d
s
電子雲
（電子の存在確率）
★ 電子殻 K, L, M,・・・は、 n = 1, 2, 3,…と番号がある（主量子数）
電子殻には、2n 個の電子が存在可能 ( n : 主量子数)
電子が存在する最も外側の殻を最外殻 ( 性質が決まる)、最外殻の電子を価電子という。
★ 電子の戸籍は主量子数 (n)、方位量子数 (ℓ = 0, 1, ・・・= s, p, d, f)
磁気量子数 (m : 軌道の形)、スピン量子数 ( ±1/2)で決まる。
★ 電子軌道は s, p, d, f の４種類があり、それぞれ、1, 3, 5, 7種類の軌道を持つ
一つの軌道には最大 2個が入り、低い方から順に入る。
電子はどのように存在するか
電子は特定の空間に存在する（電子軌道） ー ー ー
量子数で住所が決まる
主量子数 (n = 1, 2, 3,・・ ⇒ K, L, M, N ・・ に対応) ：電子数（2n2個）
K 殻：2個、L 殻: 8個、M 殻: 18個、N 殻: 32個、O 殻: 50個、P 殻: 72個
方位量子数 (l = 0, 1, 2・・・n-1 ⇒ s, p, d, f ・・に対応）: 電子軌道の形
s : 2個、 p : 6個、 d : 10個、 f : 14個
sharp, principal, diffuse, fundamental
磁気量子数 ( m = -l, -1, +1 ・・・ 0, 1, ・・・・l) : 電子軌道の広がる方向
重なることはない
パウリの排他律
p : px, py, pz、 d : dxy, dxz, dyz, dx2-y2, dx2 X, Y, Zの三次元空間
スピン量子数( ms = +1/2, -1/2) ：電子スピンの向き
左回りか、右回りか
方位量子数
(s, p, d,--)
磁気量子数
（x, y, z, xy,---)
スピン
主量子数(n=1,2,3,-- = K,L, M--)
2-5
電子軌道の名づけ方
・・・
s
2-6
d
p
f
--- 32 個
n = 4 (N)
---18 個
n = 3 (M)
--- 8 個
n = 2 (L)
n = 1 (K)
35
17
--- 2 個
2p6
Cl
31
15
主量子数
方位量子数（軌道）
4f2
軌道を占める電子数
P
23
11
Na
先に一つづつ
フントの規則
3
3
2
2
1
1
同一エネルギー軌道が
複数ある場合には最多
の軌道を使用するよう
に電子が配置
3
2
1
1s22s22p63s23p5
1s22s22p63s23p3
(2+2+6+2+5=17)
(2+2+6+2+3=15)
エネルギー
レベルがあります。
1s22s22p63s1
(2+2+6+1=11)
典型元素と遷移元素
・
・
4f
2-7
Q殻 (7s)
57
★ 電子軌道に電子が入る順番は
6s
P殻(6s,6p,6d)
p
s
5p
d
電子軌道のエネルギー
39
4d
O殻
(5s,5p,5d,5f)
5s
典型元素
4p
21
★ エネルギー差により電子軌道の順番が変化
3d
N殻
(4s,4p,4d,4f)
4s
s
p
d
3p
M 殻(3s,3p,3d)
3s
2p
2s
1s
L 殻 (2s,2p)
K 殻 ( 1s)
逆転
s
f
遷移元素
d
＊アクチノイド
ランタノイド
第 3 節 希ガス
2-8
★ 最外殻に入るべき電子数が、満たされている元素 （第 18 族）
★ 最外殻が満たされているため（閉殻）、電子の授受が起こらない
最外殻に2又は8個の電子が入ると安定
反応性が無い（他の原子と結合しない）⇒単原子分子
原子
記号
元素名
電 子 殻
K
L
M
N
O
ヘリウム
He
1s2
ネオン
Ne
1s2
2s2,2p6
アルゴン
Ar
1s2
2s2,2p6
3s2,3p6
キセノン
Xe
1s2
2s2,2p6
3s2,3p6,3d10
4s2,4p6
ラドン
Rn
1s2
2s2,2p6
3s2,3p6,3d10
4s2,4p6,4d10
沸点
（℃）
用途
K (n=1) : 2
-269
超電動冷却、気
球
L (n=2) : 8
-246
M (n=3) : 8
-186
N (n=4) : 8
-152
O (n=5) : 8
-108
O
N
M
L
K
He
5s2,5p6
最外殻
電子数
Ne
Ar
Xe
Rn
放電管充填ガス