電子配置の書き方をステップごとに解説

表記の意味

電子配置の各部分は3つの要素でできています。2p⁴ では、2が電子殻（主エネルギー準位）、文字 p が副殻の種類、右上の4がその副殻にある電子の数です。右上の数字の合計はつねに電子の総数になり、中性の原子では原子番号に等しくなります。

副殻には4つの種類があり、それぞれ収容できる数が決まっています。s は2個（軌道1つ）、p は6個（軌道3つ）、d は10個（軌道5つ）、f は14個（軌道7つ）です。軌道1つには最大2個の電子が入ります。

構成原理の順序

電子は、エネルギーが最も低い副殻から順に満たされます。これが構成原理で、ドイツ語の「積み上げ」を意味する言葉（aufbau）に由来します。満たす順序は 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p です。

4s が 3d より先に、6s が 4f より先に満たされることに注目してください。これは n + l の規則で説明できます。殻の番号 n に l（s は0、p は1、d は2、f は3）を足し、合計が小さいものから順に満たします。合計が同じ場合は、n が小さいほうが先です。多くの学生は、代わりに副殻の斜めの図を描き、矢印をたどります。

周期表も同じ順序を示しています。周期を横切ると、sブロック（第1〜2族）、dブロック（第3〜12族、殻が1つ下）、pブロック（第13〜18族）を通り、fブロック（殻が2つ下）は第6周期と第7周期に収まります。

例題：酸素

酸素の原子番号は8なので、入れる電子は8個です。1s に2個（残り6個）、2s に2個（残り4個）、最後の4個を、最大6個入る2p に入れます。結果は 1s² 2s² 2p⁴ です。確認：2 + 2 + 4 = 8。

最も大きい殻は2で、そこには 2 + 4 = 6個の電子があるので、酸素の価電子は6個です。2p 副殻の中では、フントの規則により、電子は3つのp軌道に1個ずつ入ってから対をつくるので、酸素原子には不対電子が2個あります。

例題：鉄

鉄の原子番号は26なので、電子は26個です。構成原理の順に満たします。1s²（2個入った）、2s²（4）、2p⁶（10）、3s²（12）、3p⁶（18）、4s²（20）、残りの6個は 3d に入ります。完全な電子配置は 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶ です。

多くの教科書やこのサイトでは、代わりに副殻を殻の番号の順に並べて 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s² と書きます。どちらも同じ原子を表しています。鉄がイオンになるときは、まず 4s の電子を失うので、Fe²⁺ は [Ar] 3d⁶、Fe³⁺ は [Ar] 3d⁵ です。

貴ガス表記

重い原子では、すべての副殻を書くと長くなるので、化学者は内側の電子を、角かっこに入れた直前の貴ガスの元素記号に置き換えます。[He] は 1s²、[Ne] は 1s² 2s² 2p⁶、[Ar] は 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ を表します。さらに重い内殻は、[Kr]（電子36個）、[Xe]（54個）、[Rn]（86個）です。

使うには、直前の貴ガスを角かっこで書き、それより後の電子だけを足します。酸素は [He] 2s² 2p⁴、ナトリウムは [Ne] 3s¹、鉄は [Ar] 3d⁶ 4s² になります。

例外：クロムと銅

構成原理の順に正確には従わない元素が少しあります。クロム（電子24個）は [Ar] 3d⁴ 4s² と予想されますが、実際の電子配置は [Ar] 3d⁵ 4s¹ です。銅（電子29個）は [Ar] 3d⁹ 4s² と予想されますが、実際には [Ar] 3d¹⁰ 4s¹ です。

どちらの場合も、4s の電子1個が 3d に移っています。4s と 3d 副殻はエネルギーがとても近く、半分満たされた（d⁵）か完全に満たされた（d¹⁰）d副殻は特に安定だからです。より重い元素にも同じようなものがあり、モリブデンは [Kr] 4d⁵ 5s¹、銀は [Kr] 4d¹⁰ 5s¹、金は [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹ です。dブロックとfブロックのおよそ20元素は不規則な電子配置をもつので、重い元素は信頼できる表で確認しましょう。