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電子配置について
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1電子系では軌道のエネルギーは主量子数 n のみに依存しますが, 多電子系では方位量子数 m にも依存し, n が同じなら m が大きいほど (平均的に原子核から離れるため) エネルギーが高くなります. その結果, 3d と 4s のエネルギーがほぼ等しい (か 4s の方がむしろ低いくらい) ため, K, Ca では先に 4s がつまることになります. 4p よりは 3d の方がエネルギーが低いため, その後 Sc, ..., Cu で 3d がつまっていきます. これが「遷移元素」です. なお, 3d と 4s でエネルギーがほぼ等しいため, 3d へのつまりかたは単調ではありません. とくに 3d5, 3d10 になる配置は安定化される傾向が強く, その結果 Cr や Cu では 4s 電子が 1個になっています. あと, s と p の間のエネルギーギャップを反映して, 最外殻に 2個の電子を持つ場合にも安定になる可能性があります. 例えば Be は Ne と同じく 2原子分子が観測されていない (第2周期で等核 2原子分子が観測されていないのはこの 2つだけ) ですし, 工夫をすれば 1族の Na や K などは陰イオンを作ることも可能です. もちろん 2族元素は 2価の陽イオンになりやすいので, この安定性はなかなか見出しにくいんですが....
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8個というのは希ガスの電子配置であり、s軌道とp軌道が満たされた状態ということになります、 ２ｎ×ｎというのは、量子数nの軌道に収容される電子の最大数です。 しかし、軌道の安定性は必ずしも主量子数のみで決まるのではなく、方位量子数も関係してきます。 結果的に、3s軌道の次に安定なのは3p軌道であり、その次が3d軌道ではなく、4s軌道になっています。そのため、3d軌道よりも、4s軌道が先に満たされることになり、結果的に、周期表では第４周期から遷移元素が現れることになります。
>最外殻電子が２ｎ×ｎのときに最も安定 これはどういう計算でしょうか？ 八電子のオクテット則はｓ軌道二電子p軌道六電子で結合性軌道が埋まるからです。これ以上入れると反結合性軌道に電子を入れなければならず、酸素分子が三重結合の強さに及ばない例の如く不安定化されてしまいます。
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回答ありがとうございます。 とてもわかりやすかったです！！ 質問についてですが、 主量子数ｎのときｎ番目の殻に収容できる電子の最大数は２ｎ×ｎなので、そのときに安定ではないのかな？と考えました。