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電子配置計算ツール

ステップ 1 / 3 電子配置計算ツール

Fe などの元素記号、iron などの英語名、または 1 から 118 の原子番号を入力してください。

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電子配置とは、原子の電子がどの副殻に入っているかを示したものです。たとえば鉄は 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s² と表します。元素記号（Fe）、英語名（iron）、原子番号（26）のいずれかを入力すると、このツールはマーデルングの規則（構成原理）に従って基底状態の電子配置を組み立てます。実測の基底状態がこの順序から外れる元素については補正も行います。あわせて、貴ガス表記、価電子の数、周期、最後に入る副殻の軌道図も確認できます。

電子配置の調べ方

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    元素を入力します

    Cu のような元素記号、copper のような英語名、または1〜118の原子番号を入力してください。大文字と小文字は区別しません。

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    副殻の並び順を選びます

    殻ごとに書く方法（教科書でおなじみの 3d の次に 4s）か、電子が入る順に書く方法（マーデルングの規則で埋まる順の 4s の次に 3d）を選べます。

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    結果を確認します

    最初に完全な電子配置が表示され、続いて貴ガス表記、価電子の数、周期、最後の副殻の軌道図が表示されます。

電子が副殻に入る仕組み

電子は、空きのある副殻のうちエネルギーが最も低いものから順に入ります（構成原理）。その順序を与えるのがマーデルングの規則です。副殻は n + l の値が小さいものから埋まり、n + l が等しいときは n の小さいほうが先に埋まります。ここで s、p、d、f はそれぞれ l = 0、1、2、3 に対応します。1つの副殻に入れる電子は最大 2(2l + 1) 個で、s は2個、p は6個、d は10個、f は14個です。

埋まる順序は次のとおりです：1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p。

貴ガス表記

原子の内側の電子は直前の貴ガスの電子配置と同じなので、その貴ガスの元素記号を角括弧で囲んで置き換えられます。鉄は 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s² の代わりに [Ar] 3d⁶ 4s² と書けます。水素とヘリウムはその前に貴ガスがないため、貴ガス表記はありません。

マーデルングの規則から外れる元素

約20の元素では、d 副殻や f 副殻が半分または完全に満たされた状態がわずかに安定なため、実測の基底状態が単純な規則と異なります。このツールでは、これらの元素に実測の電子配置を用いています。

元素 単純なマーデルングの規則 実測の基底状態
Cr (24) [Ar] 3d⁴ 4s² [Ar] 3d⁵ 4s¹
Cu (29) [Ar] 3d⁹ 4s² [Ar] 3d¹⁰ 4s¹
Pd (46) [Kr] 4d⁸ 5s² [Kr] 4d¹⁰
Ag (47) [Kr] 4d⁹ 5s² [Kr] 4d¹⁰ 5s¹
La (57) [Xe] 4f¹ 6s² [Xe] 5d¹ 6s²
Gd (64) [Xe] 4f⁸ 6s² [Xe] 4f⁷ 5d¹ 6s²
Au (79) [Xe] 4f¹⁴ 5d⁹ 6s² [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹
U (92) [Rn] 5f⁴ 7s² [Rn] 5f³ 6d¹ 7s²

このツールが扱う元素の全リストは、Cr、Cu、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、La、Ce、Gd、Pt、Au、Ac、Th、Pa、U、Np、Cm、Lr です。104番から118番の元素は基底状態が実測されていないため、単純なマーデルングの順序を当てはめ、その旨を結果ページに表示します。

価電子

s ブロックと p ブロックの元素では、最外殻の s 電子と p 電子が価電子です。ナトリウムは1個、酸素は6個、ネオンは8個です。3〜12族で最外殻に p 電子がない元素と f ブロックの元素では、一つ内側の殻の d 電子も数えます。鉄は8個（3d⁶ 4s²）、銅は11個、亜鉛は12個です。内側の f 電子は数えません。遷移元素の扱いは教科書によって異なるため、お使いの授業や教科書の定義を確認してください。

軌道図

軌道図には、電子が入る順で最後の副殻を、軌道1つにつき1つの箱として横に並べて表示します（s は1、p は3、d は5、f は7）。フントの規則により、どの軌道にも逆向きの2本目の矢印が入る前に、各軌道へ上向きの矢印が1本ずつ入ります。

よくある質問

どちらも同じ原子を表しています。電子が入る順の表記はマーデルングの規則で埋まる順に副殻を並べるため、4s が 3d より前に来ます。殻ごとの表記はエネルギー準位 n でまとめるため、3d が 4s より前に来ます。ステップ2でどちらの書き方も選べ、電子の内訳は同じです。

いいえ。中性原子の基底状態の電子配置のみを表示します。陽イオンを手計算で書くには、殻ごとに書いた中性原子の電子配置から、n が最も大きい殻の電子を先に取り除きます。Fe は [Ar] 3d⁶ 4s² で、Fe²⁺ は [Ar] 3d⁶ になります。

元素記号、英語名、原子番号のいずれかを使ってください。aluminium、sulphur、caesium といった別の綴りにも対応しています。日本語の元素名など他の言語の名前は認識されませんが、元素記号と原子番号は世界共通です。

104番から118番の元素は一度に数個の原子しか作れず、すぐに崩壊するため、基底状態が実測されていません。このツールでは単純なマーデルングの順序に従っており、相対論的計算では異なる元素がいくつかある可能性も示されています。

入力した元素は結果を計算するためにサーバーへ送信され、ステップを進める際にページのリンクにも付加されるので、結果をブックマークしたり共有したりできます。アカウントやプロフィールには保存されません。

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