最外殻電子の数

初歩の化学を学習しております。最外殻電子の数は８個までしか入らないそうですが、原子番号２１のスカンジウムはＭ殻に９個入るとテキストに書いてありました。このあたり、理解がイマイチできません。ご指導をよろしくお願いいたします。

No.1 回答者： tengenseki 回答日時： 2012/10/04 21:39

Ｍ殻へは最大１８個（ｓ軌道２個、ｐ軌道６個、ｄ軌道１０個）入ります。

　

この回答へのお礼

最大１８個ですか……。あの最外殻電子数８個がというのが、わからないのですが……　　とにかく、ありがとうございました。

お礼日時：2012/10/05 11:01

No.2 回答者： bgm38489 回答日時： 2012/10/04 21:41

K核には２個、L核には８個、M核には１８個の電子が入ります。

２＾ｎですね。だから、原子番号２１のスカンジウムは最外殻のM核に９個の電子が入るのです。
…という風に、高校までの数学では習いますが、実際、周期律表を見てみると、最外殻に入る電子の数で縦に並んでいるのですが、K核に２個、L核に８個、M核に８個、N核に１８個、後、１８、３２、３２、ではないか、と思われます。上から２段目と３段目には、８個の原子しか並んでませんもの。
正確に言うと、電子は、中から順に埋まっていくとは限らない。K核、L核は問題ないのですが、M核がいっぱいにならないうちに、N核に入ることもある。詳しくは、電子配置の以下サイト。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E5%AD%90% …
高校生レベルでは、ここまで理解する必要はないが、疑問は解決しておいた方がいい。

この回答へのお礼

M核がいっぱいにならないうちに、N核に入ることもある、ということは、やはり最外殻電子数は８個なんですね。「原則として」８個かもしれませんね。ありがとうございました。参考になりました。

お礼日時：2012/10/05 11:03

No.3 ベストアンサー 回答者： aries_1 回答日時： 2012/10/04 23:21

まず、最外殻に入る電子の最大数は周期数(言い換えれば原子核の周りにある電子軌道の本数)をnとすると2n`2と表されます。

なので、
例えば、M殻はn=3となるので2×3`2=18個の電子が入ると満杯になります。
つまり、最外殻電子は8個とは限りません。

しかし、希ガス原子(He～Rn)の最外殻電子数はHeを除いて必ず8個になります。
HeはK殻(n=1)に最大数電子が入った状態なので、2×1=2個の電子しか入りません。
また、各原子が持つ電子の総数は原子番号に等しいので、原子番号が2のHeは2個の電子しか持たない、と言い換えることも出来ます。

ここから本題に入りますが、M殻以降の電子殻には面白い性質があります。
それは、M殻は先程書いたように18個の電子が入るのですが、8個電子が入る(←希ガス元素のアルゴン)と安定な状態になり、まだM殻に空きがあるにも関わらずN殻に電子が入り始めます。
そしてN殻に電子が2個入る(←20番元素カルシウム)と、次のスカンジウムからはM殻の電子が18個になるまで再びM殻に電子が入り始めます。
よって、スカンジウムはM殻に再び電子が入りはじめて最初にある元素ですので、各電子軌道にある電子の個数は次のようになります。
Sc:K2L8M9N2
よってM殻には9個の電子が入っていることになります。

なお、M殻に電子が18個入る(←30番元素亜鉛)と次のガリウムからは、再びN殻に電子入り始め、N殻の電子が8個になる(←希ガス元素のクリプトン)とO殻に電子が入り始めます。
そして、O殻に電子が2個入る(←38番元素ストロンチウム)と、次から再びN殻に電子が満杯になるまで入り…というのを繰り返していきます。

余談ですが、学校で遷移元素と典型元素を習いませんでしたか？
遷移元素は最外殻の電子軌道よりも1つ内側の電子軌道に電子が入るグループで、典型元素は最外殻の電子軌道に電子が入るグループだと思っておいたらいいかと思います。

この回答へのお礼

恐れ入りました。こちらが疑問に思っているポイントをズバリ、詳しく解説していただき、曇天の雲が一気に取り払われて、まるで沖縄の空のように快晴になりました。なるほど、電子の収まり方は、そのようなっているのですね。最外殻電子は8個とは限らないが、安定な希ガス原子(の最外殻電子数はHeを除いて8個になっているのですね。これで、理解が１段階進みました。ありがとうございました。大変参考になりました。

お礼日時：2012/10/05 11:12

No.4 回答者： aries_1 回答日時： 2012/10/04 23:40

No.3です。

すみませんが、余談の部分に訂正があります。(『』の中です)

誤)遷移元素は最外殻の電子軌道よりも『1つ』内側の電子軌道に電子が入るグループで…

正)遷移元素は最外殻の電子軌道よりも『1つ以上』内側の電子軌道に電子が入るグループで…

この回答へのお礼

了解いたしました。ありがとうございました。

お礼日時：2012/10/05 11:13

No.5 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2012/10/04 23:40

K,L,M,N殻は最外殻ではないというだけです。

Wikiの周期表( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%91%A8%E6%9C%9F% … )を見ながら以下の説明を読んでください。
　一周期の元素がK殻の電子軌道に入っているのは良いですね。
　ニ周期の元素はL殻を埋めていきます。これも納得できますよね。
　問題は三周期以降です。三周期では３族から１０族の元素は存在しませんね。いきなり１３族のアルミへ飛びます。これは、電子が次の最外殻に入り始めていることを示しているのです。本来は、Ｍ殻には１８個入るはずなのですが・・・。こうしてAr(アルゴンまで行くと)、さらに外の最外殻に入ります。そしてCaを過ぎると、初めてＭ殻の軌道に電子が入り始めます。そのため、周期表( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%91%A8%E6%9C%9F% … )の３族～12族の部分が一段下がっているのです。
　大雑把に言うと、電子軌道はさらに細分すると、s(2個),p(6個),d(10個),f(14個)です。それぞれ内側から
1s　2個-----K殻

2s　2個-----L殻
2p　6個-----L殻

3s　2個-----M殻
3p　6個-----M殻　ここまで来ると次は4s↓
3d 10個-----M殻　ここ(と4s)がいっぱいになると4p↓

4s　2個-----N殻　ここがいっぱいになると3d↑
4p　6個-----N殻　ここがいっぱいになると5s↓
4d 10個-----N殻　ここ(と5s)がいっぱいになると5p
4f 14個-----N殻

5s　2個-----N殻　ここがいっぱいになると4d↑
5p　6個-----N殻　ここがいっぱいになると6s↓
5d 10個-----N殻　ここ(と6s)がいっぱいになると5p
5f 14個-----N殻

というふうにはいって行きます。
そして何と言っても最外殻に来る軌道はs軌道とp軌道だけなのです。このふたつを加えると8こですね。

軌道と電子対 ( http://ja.wikipedia.org/wiki/F%E8%BB%8C%E9%81%93 … )もあわせて・・

拡張周期表 ( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%8B%A1%E5%BC%B5% … )
も・・・

この回答へのお礼

すいません。ベストアンサーを選んだあとに届いてるのを確認しました。非常に詳しい解説をありがとうございました。Caを過ぎて初めてＭ殻の軌道に電子が入り始める、というのがポイントですね。最外殻に来る軌道はs軌道とp軌道だけなのですか……。また、新しい知識が増えました。ありがとうございました。大変参考になりました。

お礼日時：2012/10/05 11:22