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化学結合と物質の性質
物質が示す固有の性質は，その物質を形成している化学結合の違いによる場合
が多い。
●ハロゲン化銀の沈殿
ハロゲン化物イオンは，F−を除いてAg＋と結合して難溶性のハロゲン化銀を生
成する。AgClは白色，AgBrは淡黄色，AgIは黄色である。ハロゲン化銀には感
光性があり，光が当たると銀が析出して灰色となる。この反応は写真に利用される。
►電子殻
ラザフォードとボーアの原子模型では，原子核の周囲を回る電子が一
定半径の球殻面にあると考えて電子殻と呼んだ。内側からK，L，M，N，……殻
と名づけられているが，これは量子力学における原子模型で，主量子数n＝1，2，
3，4，……に対応する。各電子殻にはそれぞれ電子軌道があり，s，p，d，f，……
と名づけられているが，これは方位量子数l＝0，1，2，3，……に対応する。主量
子数nの電子殻には，lがn−1までのn種類の電子軌道が存在する。また，方位
量子数lの電子軌道は，磁気量子数mlによってさらに2l＋1種類に分かれる。た
とえば，p軌道はl＝1に相当するから3（＝2×1＋1）種類に分かれ，px，py，pzの
ように区別される。そして1個の電子軌道は2個まで電子を収容できる。
したがって，主量子数nに収容できる電子数は次のようになる。
|
方位量子数 |
→ |
磁気量子数による軌動数 |
→ |
収容電子数 |
|
l＝0 |
|
2×0＋1＝1 |
|
1×2＝2 |
|
l＝1 |
2×1＋1＝3 |
3×2＝6 |
||
|
： |
|
： |
|
|
|
l＝n-1 |
|
2×（n-1）+1=2n-1 |
|
（2n-1）×2=4n-2 |
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計n種類 |
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合計 n2 |
|
計 2n2個 |
|
電子殻と電子軌道，および収容電子数 |
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電子殻 |
K |
L |
M |
N |
O |
P |
Q |
|||||||||||||||
|
電子軌道 |
1s
|
2s
|
2p
|
3s
|
3p
|
3d
|
4s
|
4p
|
4d
|
4f
|
5s
|
5p
|
5d
|
5f
|
5g
|
6s
|
6p
|
6d
|
6f
|
6g
|
6h
|
7s
|
|
電子軌道数 |
1 |
1 |
3 |
1 |
3 |
5 |
1 |
3 |
5 |
7 |
1 |
3 |
5 |
7 |
9 |
1 |
3 |
5 |
7 |
9 |
11 |
1 |
|
最大電子数 |
2 |
2 |
6 |
2 |
6 |
10 |
2 |
6 |
10 |
14 |
2 |
6 |
10 |
14 |
18 |
2 |
6 |
10 |
14 |
18 |
22 |
2 |
►電子配置
一般に，原子番号Zの原子にはZ個の電子がある。これらの電子が，原子の各
電子軌道にどのように配置されるかは，次のような法則や原理による。
まず，「1つの電子軌道には，2個の電子しか入ることができない。」これを
パウリの原理という。量子力学によれば，電子のもつスピンに2種類あり，同一
の電子軌道にはスピンの異なる電子が1対しか入れないという原理である。
さらに，「電子はエネルギーの低い電子軌道から順に満たされる。」という法
則がある。一般に，内側にある電子殻の電子軌道ほどエネルギーが低い。同じ電
子殻では，方位量子数lが小さいほどエネルギーが低く，s，p，…の順に電子が
配置される。また，lの値が同じ電子軌道では，電子は異なる電子軌道に順に配置
される。たとえば，N原子の2p軌道の電子配置はpx1py1pz1となる。これは，同一
の電子軌道に入るより電子間の反発が小さいためと考えられる。
次に，電子軌道も考えた1H〜20Caの電子配置の順を示す。
►最外殻電子と原子の性質
元素の化学的性質の類似性は，最外殻電子の配置の類似性から説明できる。す
なわち，反応に関係するのは最外殻電子であり，その配置が似ている元素は同
様の性質を示す。どの元素が類似した性質をもつかを生徒に考えさせ，周期律の
学習の準備としたい。
►原子やイオンのモデル
教科書p.11図7に示したような原子やイオンのモデルを，ボーアの原子模型と
いう。原子核と電子の間には，距離の2乗に反比例する静電気力が働いている。
これは，太陽と惑星の間に働く引力の関係と同じである。したがって，惑星と同
様に電子も原子核の周りを回っていると考えられる。ところが原子の示すスペク
トルを説明するには，この模型では不十分であった。すなわち，古典力学の考え
方では，電子がスペクトルに示す光を放射するとエネルギーを失って速度が遅く
なり，やがて電子と原子核が結合して，安定な原子は存在できなくなる。この矛
盾を解決するため，ボーアは特別の模型を導入した。たとえば，水素原子は，陽
子1個と電子1個からできているが，この電子はある特別の軌道上しか運行せず，
それ以外の軌道はとれないと考えた。原子核に最も近い軌道の半径をrとすると，
その外側にある軌道の半径は，22r，32 r，42 r，……であるとした。電子はこれら
の軌道間を移りかわり，そのとき固有のスペクトルを示すと考え，スペクトルを
定量的に説明した。彼が計算で求めた水素のスペクトルの波長は，実測値と完全
に一致した。この考え方は，その後の量子力学の発達によってさらに発展した。
►イオン化エネルギー
気体状態の単原子または分子の基底状態，すなわち最もエネルギーの低い状態か
ら，電子1個を無限大の距離に引き離して陽イオンにするとき必要なエネルギー
を，原子または分子のイオン化エネルギーという。
このエネルギーを電子ボルト単位(eV)で示して，イオン化ポテンシャルと呼ぶ
こともある。また，これを第一イオン化エネルギーといい，さらに電子を次々に引
き離していくとき必要なエネルギーを，第二イオン化エネルギー，第三イオン化エ
ネルギー，……とよぶ。第一イオン化エネルギーは，元素の周期律を考察するよい
例である。
イオン化エネルギー(eV) 1eV＝23.06036kcal/mol＝96.48455kJ/mol
I，II，…は，第一イオン化エネルギー，第二イオン化エネルギー・・・を示す。
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原子 番号 |
元素 |
I |
II |
III |
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原子 番号 |
元素 |
I |
II |
III |
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1 |
H
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13.598 |