電子配置と電子数について

質問

K殻には電子2個が入ります。L殻には電子が8個入ります。M殻には・・・。
今まで教科書に書いてあることをそのまま覚えていたのですが、少し疑問を持ち始めたので、質問させてください。
極端な話、「K殻が8個、L殻が8個、M殻が・・・」といった形を取れない理由はなんなんでしょうか？
原子核近くだとp軌道やｄ軌道、f軌道が出来ないのは、空間的に狭いために電子同士が作用してしまう、という解釈で良いのでしょうか？

回答No.2

noname#45185 · ベストアンサー

結論からいうとK殻（１ｓ軌道）には2個の電子しか入らない理由は以下のように考えられています。

パウリが排他原理「原子の電子軌道には同じ量子状態のものが2つ入れない」という仮定を見つけました。
又、量子状態のひとつとして、電子はスピンという量子状態を持っていることが分かりました。
このパウリの排他原理に従うと、原子の水素のK殻（1ｓ軌道）には１つの量子状態しかなく、上向きのスピンと下向きのスピンの2個しか入れないことになります。
ひとつの軌道に、たくさんの電子が入ることができないのです。直感的な説明を以下に見つけましたので、参考にしてください。
（書かれている絵は感覚的に理解してください。現実の電子の振る舞いをあらわしているわけではありませんので。）
http://homepage2.nifty.com/einstein/contents/relativity/contents/relativity223.html

電子の性質を説明する、量子力学では、電子は波として捉えられています。このため、原子核に近い軌道では、狭くて入らないというわけではありません。（視覚的に説明することが難しい問題です。）この波を、シュレーディンガー方程式と呼ばれる式で表し、これを使ってご質問の水素原子の電子状態を計算することができます。但しきわめて難解なので、紹介するのはやめておきます。

この問題の物理的な説明は、量子力学の先生が答えてくれるのを待ちましょう。もし回答がなかったら、本屋さんで、「良く分かる」、「かんたん」とか書かれた量子力学の本を立ち読みしてみてください。

この世界は、すごく面白い世界です。最近は物理も、活発な世界もいろいろでてきていると思います。その中で量子力学は少し古い分野かもしれませんが、ひとつの体系として、かなり分ってきていますから、勉強していくと昔の物理学者が、何を悩んで、そして何を発見してきたかがわかって面白いと思います。（アインシュタインは最後まで、量子力学の基礎である”確率”の考え方を認めなかったようですが・・・）

お礼

なかなか難しそうですね・・・。
もう少し・・・いや大分、勉強せねばいけないようです。
イマイチ要領を得ない質問をしてしまいましたが、ご回答ありがとうございました。

回答No.1

Ichitsubo

いいえ。
電子のとりえる量子数のためです。

電子殻を決める主量子数nに対して、軌道を決める方位量子数lは0からn-1までしか許されません。主量子数nが1であるK殻に対しては、方位量子数lは0のみしかとりえませんので、l=0のs軌道のみ2個の電子を収容することになります。
L殻は主量子数が2なので、とりえる方位量子数は0または1。l=0のs軌道とl=1のp軌道とが存在します。

このあたりの話は、化学系の大学生が1年次に非常に苦労するところです。私もこの程度の定性的理解しかできませんでした。

参考URL：

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E5%AD%90%E9%85%8D%E7%BD%AE

お礼

今までの電子配置の考え方では難しいのかも、と思いました。
量子力学について勉強する必要があるみたいですね・・・。
ありがとうございました。