電子殻でんしかく英 electron shell はボーアの原子模型において原子核を取り巻く電子軌道の集まりをいう言わば電子の収容場所のことでそれにいかに電子が入っているかを示すのが電子配置である実際の電子軌道は必ずしも球状で

電子殻（でんしかく、（英: electron shell）は、ボーアの原子模型において、原子核を取り巻く電子軌道の集まりをいう。言わば電子の収容場所のことで、それにいかに電子が入っているかを示すのが電子配置である。実際の電子軌道は必ずしも球状ではなく、このモデルも厳密には正確ではない。しかし、原子に束縛された電子の状態を理解する上で重要なモデルである。

概要

電子殻は主量子数 $n=1,2,3,\cdots$ ごとに複数の層を構成しているとみなされ、エネルギー準位の低い方からK殻・L殻・M殻・N殻・O殻・P殻…と呼ばれている。電子殻それぞれに入ることのできる電子の数は $2n^{2}$ 個に等しい。ここで示す電子収容数はあくまで計算値であり、各電子殻上で32個より多く電子をもつ原子は発見されていない。

電子殻は一つ以上の「小軌道」(electron subshell) より構成され、各小軌道での電子収容数の和がその電子殻での収容数となる。次節参照。

電子は、量子数の小さい電子殻から順に入ることになっている。このため電子殻の数は、元素によってそれぞれ異なり、元素の周期を決定する要素となる。それぞれの原子の最も外側の電子殻の電子を最外殻電子ともいい、希ガスを除きしばしば価電子の役割をする。

電子殻のアルファベットがKから始まるのは、発見当初はまだこれより小さい殻があると考えられていたため、10個分の予約を確保し、11個目のKがあてられた。しかし、K殻よりも小さい殻は発見されなかった。

英版（英語圏）では電子殻を数字で表示し、ローマ字表示もされると記述されている。（"1 shell"（K殻）、 "2 shell"（L殻）、 "3 shell"（M殻）、・・・。）

計算上で電子殻に収納可能な電子数
殻	主量子数　n	電子数 2n²	小軌道
K殻	1	2	1s (2)
L殻	2	8	2s+2p (2+6)
M殻	3	18	3s+3p+3d (2+6+10)
N殻	4	32	4s+4p+4d+4f (2+6+10+14)
O殻	5	50	5s+5p+5d+5f+5g (2+6+10+14+18)
P殻	6	72	6s+6p+6d+6f+6g+6h (2+6+10+14+18+22)
Q殻	7	98	7s+7p+7d+7f+7g+7h+7i (2+6+10+14+18+22+26)

しかし、実際に周期表としてまとめられている元素の電子配置においては、電子殻内の電子数は、以下のような形でしか確認されていない。

（太字（d軌道、f軌道）は、余剰部分として、電子の充填が後の周期へと後回しにされる軌道。d軌道は1周期後、f軌道は2周期後に充填される。d軌道は主に1周期後のDブロック元素（遷移元素）の部分を、f軌道は主に2周期後のFブロック元素（ランタノイド・アクチノイド）の部分を担う。）

実際上の電子殻に収納可能な電子数
周期	殻	電子数	小軌道
第1周期	K殻	2	1s (2)
第2周期	L殻	8	2s+2p (2+6)
第3周期	M殻	18	3s+3p+3d (2+6+10)
第4周期	N殻	32	4s+4p+4d+4f (2+6+10+14)
第5周期	O殻	32	5s+5p+5d+5f (2+6+10+14)
第6周期	P殻	18	6s+6p+6d (2+6+10)
第7周期	Q殻	8	7s+7p (2+6)

小軌道

英語でelectron subshellといい、「小軌道」、「副電子殻」、「亜殻」と言われる。ここでは本項目である「電子殻」と区別しやすくするため「小軌道」と表記する。小軌道は電子殻を構成する電子軌道の集まりで、エネルギー準位の低い内側のs軌道から始まり、p、d、f、g軌道と続く。各小軌道の電子容量の和がその電子殻の電子容量となる。K殻ではs軌道の2個のみ、L殻ではs軌道の2個とp軌道の6個の計8個、M殻ではs軌道の2個、p軌道の6個、d軌道の10個の合計の18個となる。

小軌道に収納可能な電子数
小軌道	方位量子数	電子数	名前の由来
s軌道	0	2	sharp
p軌道	1	6	principal
d軌道	2	10	diffuse
f軌道	3	14	fundamental
g軌道	4	18	fの次
h軌道	5	22	gの次
i軌道	6	26	hの次

電子の収容順

増成原理（Aufbau principle）電子の各電子殻の各軌道への収容順。上からK(=1)、L(=2)、M(=3)、N(=4)、O(=5)、P(=6)殻

高位の「電子殻」の低位の「小軌道」のエネルギー準位は、低位の「電子殻」の高位の「小軌道」より低くなっており、そちらへ先に電子が収容される。これを構造原理という。右図の3行目のM殻ではp軌道（3p）に電子が入ると、次はd軌道（3d）では無くN殻のs軌道（4s）へ電子が入る。その後でM殻のd軌道（3d）へ戻る。以降 3d - 4p - 5s - 4d - 5p - 6sと続いていく。ただし第4周期以降では例外もある。詳細は電子配置を参照。

例えるなら、近くの建物の3階へ引っ越すより、遠い建物の1階へ入居するほうが簡単という事である。これがO殻、P殻に32個より多くの電子を持つ元素が見つかっていない理由でもある。

2012年の時点で発見が報告されている（未公認を含む）元素は、右図の小軌道6dおよび7sを満たし、7pに電子を収容している元素である。

脚注

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注釈

^ 7sは6pの後に既に満たされている。

出典

^ “楽しい高校化学「電子殻の構造」”. 2012年10月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年9月23日閲覧。
^ weblio sub-electron shell
^ Jue, T. (2009). “Quantum Mechanic Basic to Biophysical Methods”. Fundamental Concepts in Biophysics. Berlin: Springer. p. 33. ISBN 1-58829-973-2

概要

小軌道

電子の収容順

脚注

注釈

出典

関連項目