7.14:
アウフバウの原理とフント則
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アウフバウの原理とフント則
特定の原子の電子配置を決定するために、原子番号順に構造を構築していくことができます。水素から始まり、周期表の周期をまたがり、一度に1つの陽子を原子核に加え、1つの電子を適切な小軌道に加えて、すべての元素の電子配置を記述します。この方法は、ドイツ語の「アウフバウ（積み上げる）」から「アウフバウの原理」と呼ばれています。追加された電子は、パウリの排他原理により許容される量子数の制限を受けながら、最もエネルギーの低い小軌道を占めます。電子がより高いエネルギーの小軌道に入るのは、低いエネルギーの小軌道がいっぱいになった後です。図1は、原子軌道の充填順序を覚えるための伝統的な方法を示したものです。
図 1この図は原子軌道のエネルギー順を表したもので、基底状態の電子配置を導き出すのに役立ちます。
原子番号6の元素である炭素の電子配置を書くことを考えてみましょう。4つの電子が1sと2sの軌道を占めています。残りの2つの電子は、2p小軌道を占めています。ここで、2p軌道の1つを埋めて電子を対にするか、電子を対にしないで2つの異なるが縮退したp軌道に残すかを選択することになります。縮退した軌道の中に電子を持つ原子の最もエネルギーの低い配置は、最大数の不対電子を持つ配置であるというフントの法則に従って、軌道が埋められます。したがって、炭素の2p軌道にある2つの電子は、n、l、msの量子数が同じで、 mlの量子数が異なります（パウリの排除原理に合致する）。電子配置が1s22s21p2である炭素の軌道図は次のようになります。
窒素（原子番号7）は、フント則に従い、1sおよび2s小軌道を満たし、3つの2p軌道にそれぞれ1つの電子を持っています。この3つの電子は不対スピンを持っています。酸素（原子番号8）は、2p軌道のいずれか1つに一対の電子を持ち（電子のスピンは逆）、他の2つの軌道にはそれぞれ1つの電子を持ちます。フッ素（原子番号9）は、不対電子を含む2p軌道を1つだけ持っています。希ガスであるネオン（原子番号10）の電子はすべて対になっていて、n=1とn=2の殻のすべての軌道が満たされています。
この文章は 、 Openstax, Chemistry 2e, Section 6.4: Electronic Structure of atoms から引用したものです。