原子の電子構造

原子は、電子、陽子、中性子の3つの亜原子粒子でできています。正に帯電した陽子と電気的に中性な中性子が原子核を構成し、原子の正電荷と質量の大部分が原子核に存在しています。

電子は、原子核の周りの空隙にある負に帯電した低質量の成分です。原子は、陽子と同じ数の電子を持っている場合、電気的に中性です。

電子は、粒子と波という二重の性質を示します。それらの宇宙における位置とそれらのエネルギーは補完的な特性です。したがって、明確に定義されたエネルギーを持つ電子の場合、その位置は不確実です。

原子の量子力学モデルは、空間の3次元領域で特定のエネルギーの電子を見つける確率は、電子の波状性質を表す波動関数の2乗(電子確率密度とも呼ばれる)から決定できると予測しています。

原子内の特定のエネルギーの電子の推定空間位置を記述する関数は、原子軌道と呼ばれます。

各軌道は、3つの量子数の一意の組み合わせに対応します。主量子数 n は、軌道をエネルギー準位または殻にグループ化します。

角運動量、または方位角の量子数 l は、シェル内の軌道をサブシェルにグループ化します。l の各値は、さまざまな形状の s、p、d、または f 軌道に対応します。

一部の軌道形状には、複数の可能な向きがあり、それぞれが磁気量子数 m_l に関連付けられています。特定のサブシェルの向きの数は、2-l に 1 を足した数に等しくなります。

4番目の量子数(スピン量子数m₎は、軌道を占める電子に関連付けられており、「プラス1/2」と「マイナス2分の1」の2つの可能な値しかありません。これにより、原子内の 2 つの電子が 4 つの量子数すべてに対して同じ値を持つことがなくなります。

軌道を互いに重ね合わせると、原子核を囲む電子の「雲」のような、ほぼ球形になります。これが、原子が一般的に球として表される理由です。