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構造原理(こうぞうげんり、構成原理組み立て原理増成原理とも、: Aufbau principle: Aufbauprinzip)は、原子において、電子エネルギー準位の低い電子軌道から先に占有するとする原理をいう。なお、ドイツ語: Aufbauは「築きあげること」という意味である。

「組み立て」の流れの詳細は原子オービタル関数によって数学的に記述される。電子の振る舞いは、フントの規則パウリの排他原理といったその他の原子物理学の原理によって作り上げられる。フントの規則は、たとえ同じエネルギーの複数のオービタルが利用できるとしても、その他の電子によって占有されたオービタルを再利用する前に、占有されていない軌道をまず埋める、と断言する。しかし、パウリの排他原理によれば、2つの電子が同じオービタルを占有するためには、それら電子は異なるスピン(−1/2および1/2)を持っていなければならない。

殻模型として知られる構造原理の原子核版は、原子核中の陽子中性子の配置を予測するために使われる[1]

概要編集

電子軌道は順にs軌道p軌道d軌道f軌道となっている。そして、それぞれ数字を前におき、1s、2pなどと表す。普通、s、p、d、fの順に満たされていて、1s、2s、2p、3sなどの順と考えられるが、これは間違いである。実際は、1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5sなどの順である。

例外編集

すべてがこの原理に従っているのではなく例外が存在する。以下の通り。ほかに、ランタノイドアクチノイドで例外がたくさん存在する。

  • Cu 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10 (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9 ではない)
  • Cr 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4 ではない)

脚注編集

  1. ^ Cottingham, W. N.; Greenwood, D. A. (1986). “Chapter 5: Ground state properties of nuclei: the shell model”. An introduction to nuclear physics. Cambridge University Press. ISBN 0-521-31960-9.