電子殻とは？

電子殻：電子の層

原子核のまわりの電子は、エネルギー準位ともよばれる電子殻に存在し、これは建物の階のようなものです。第1殻は原子核にいちばん近くエネルギーが最も低く、その後の殻ほど外側にあってエネルギーが高くなります。

電子殻には原子核から外側へ1、2、3と番号がつけられ、最初の4つにはK、L、M、Nという文字の名前もあります。元素の周期の番号は、その原子が使っている電子殻の数を示すので、第3周期のナトリウムは3つの殻に電子をもっています。

各殻に入る電子の数

各殻には入ることのできる電子の最大数があり、2n²という式で表されます（nは殻の番号）。第1殻は 2 × 1² = 2、第2殻は 2 × 2² = 8、第3殻は 2 × 3² = 18、第4殻は 2 × 4² = 32です。

電子はエネルギーが最も低い殻から順に満たされ、殻が満杯になると、次の電子はさらに外側の新しい殻に入ります。ヘリウムの2個の電子が第1殻を満たすので、リチウムの3個目の電子は第2殻に入り、配置は2、1になります。

最初の20元素の2-8-8パターン

最初の20元素では、簡単なルールひとつで電子配置がわかります。第1殻に2個、第2殻に最大8個、第3殻に最大8個を入れ、残りは第4殻に入れます。炭素（電子6個）は2、4、ナトリウム（11）は2、8、1、塩素（17）は2、8、7、アルゴン（18）は2、8、8です。

第3殻は18個入れるはずですが、カリウム（19）は2、8、8、1、カルシウム（20）は2、8、8、2です。これは、第4殻の最初の部分が、第3殻の残りの部分よりもわずかにエネルギーが低いためです。スカンジウム（21）からは、電子は再び第3殻を満たしていくので、2-8-8のルールはカルシウムまでしか使えません。

ボーア図の描き方

ボーア図は、原子の電子殻をさっと描いた図です。中に元素記号を入れた小さな円を原子核として描き、殻ごとに1本のリングを描いて、リングの上に電子を点として置きます。

例題：ナトリウム。原子番号は11なので、中性のナトリウム原子には電子が11個あります。第1リングに2個置くと、9個残ります。第2リングに8個置くと、1個残り、その最後の電子が第3リングに1個だけ置かれます。図は2、8、1を示します。

最外殻が大切な理由

最外殻の電子、つまり価電子が、原子の反応のしかたを決めます。ネオン（2、8）やアルゴン（2、8、8）のように最外殻が満杯の原子は、ほとんど反応しません。リチウム（2、1）、ナトリウム（2、8、1）、カリウム（2、8、8、1）はそれぞれ外側の電子が1個で、それを簡単に失うため、3つとも反応性の高い金属です。

ボーアモデルとその限界

デンマークの物理学者ニールス・ボーアは、1913年にこのモデルを提案しました。電子は決まったエネルギーをもつ決まった軌道を回り、高い軌道から低い軌道に移るときに光を出すと考えたのです。これは、光る水素ガスの光の正確な色を説明し、当時は大きな成功でした。

しかし、このモデルには限界があります。水素などの電子が1個の原子の光しか正しく予測できず、電子は実際には惑星が太陽のまわりを回るように原子核のまわりを回っているわけではありません。現代の量子モデルでは、各電子は、見つかりやすい領域である軌道（オービタル）を占め、各殻はs、p、d、fとよばれる副殻に分かれます。単純化されたものだと覚えておく限り、電子を数えるためには今も便利な道具です。