電子配置の表は、数字が並んでいてややこしい感じがしますよね。
表自体を試験で書けと言われることは多くはありませんが、表を理解していないと解けない問題は結構見かけます。

この記事では、電子配列のルールをマスターし、表を自分で再現できるようになることが目標です。

実際には、大きな紙を用意して、N殻あたりまで書き出す練習をすることで、自然と身につけていきます。

殻ごとの電子数には規則性があるため、何度か練習すれば暗記ではなくパターンとして理解でき、試験でも迷わず書けるようになりますよ。

理解のベースは量子数

この記事は量子数を把握してから読んだ方が何倍も理解が深まります。

量子数ってなんだっけ？

という場合はA22：量子数とは？4種類の意味とパウリの排他原理をご参照ください。

軌道電子の配置表を書けるようになろう

電子がどの殻にどれだけ入るのか――これは「とにかく暗記しなきゃ」と思われがちですが、きちんとしたルールがあります。殻の番号を n としたとき、その殻に収容できる最大の電子数は 2n² で表されます。
※ここでの n は主量子数のことです。覚えてましたよね？

• K殻（n＝1） → 2×1²＝2個
• L殻（n＝2） → 2×2²＝8個
• M殻（n＝3） → 2×3²＝18個
• N殻（n＝4） → 2×4²＝32個

このように「2、8、18、32…」と順番に増えていきます。
ここまで理解しておけば、電子配置の表を自分の力で再現する土台ができます。

殻ごとの収容数を整理する

ここ、覚えにくくてかなわんわぁ。
なんか良い方法ないんか？

牛助

たなまる

いきなり殻に収容される最大数を覚えようとするからだよ。
規則性を紐解いていこう。

この表を見てみると、1ｓ軌道には2個、2ｓ軌道には2個で2ｐ軌道には6個、同様に3ｓ軌道は2個・3ｐ軌道は6個・3ｄ軌道には10個の軌道電子が収容されていくことが分かりますよね。

ｓ軌道、ｐ軌道、ｄ軌道と副殻が増えていくにつれ、収容される軌道電子の数は4個ずつ増えていくようになっています。

それには、磁気量子数が関わっています。

ｓ軌道の磁気量子数は0の1種類だけだから軌道電子は2個、ｐ軌道は磁気量子数が-1・0・1の3種類に分かれるから6個、ｄ軌道は磁気量子数が-2・-1・0・1・2の5種類に分かれるから10個になります。

つまり、方位量子数が1増えるごとに磁気量子数は2つ増えるから、収容される軌道電子は4個増えることになります。

この表も参考にしてみてください。

ｓ軌道はＫ殻だろうがＬ殻だろうがＭ殻だろうが絶対に2個までしか入らない。
ｐ軌道も同様に最大で6個。ｄ軌道も何殻だろうが10個までしか入らない。

たなまる

どうかな？
気付いてしまえば簡単な法則でしょう？

N殻までしっかり練習してみよう

N殻（最大32個）は国家試験レベルではフルに問われることは少ないですが、K殻からN殻までしっかり書けると理解度がぐっと深まります。

練習のときは大きめの紙にK殻から順に並べて、「外側にいくほど収容数が急に増える」 ことを視覚的に確認すると覚えやすいです。

書いて覚えると何が見えるようになる？

表を繰り返し手で書いていくと、「ただの暗記」から一歩進んで、周期表とのつながりが見えてきます。

• 第2周期 → L殻までで原子番号10（ネオン）まで
• 第3周期 → M殻が関わって原子番号18（アルゴン）まで
• 第4周期以降 → N殻が登場

このように、電子配置を理解することは周期表の並びを理解することにもつながります。
つまり「表を書ける」こと自体が、周期表を理解するためにも一役買っていることになります。

試験に出る！軌道電子配置の重要ポイント

軌道電子の配置は、国家試験でもかなり高確率で出題されるテーマです。
単に「表を書けるかどうか」を問うだけでなく、周期表や元素の性質とからめて出題されることも多いので、しっかり押さえておく必要があります。

覚えるだけじゃなく「規則性」を意識する

試験問題では「3d軌道には最大で何個の電子が入るか」や「ある元素の最外殻電子の数はいくつか」といった問いがよく出ます。
ここで大事なのは、ただ丸暗記した数字を並べるのではなく、2n²則や軌道の収容数のルールを理解しておくことです。

3d軌道は最大いくつか

軌道にはそれぞれ収容できる電子の上限があります。

• s軌道：2個
• p軌道：6個
• d軌道：10個
• f軌道：14個

したがって「3d軌道」には 最大10個 の電子が入ります。
これは「d軌道には5つの部屋（磁気量子数の違い）があり、それぞれに2個ずつ入る」と考えると覚えやすいです。

最外殻電子の数はいくつか

元素の性質を決めるのは最外殻にある電子の数です。
例えばカルシウム（原子番号20）の場合は K殻から順に、2、 8、 8、 2 という配置になり、最外殻電子はN殻に2個。
ここからカルシウムが周期表の第2族（アルカリ土類金属）に属することが理解できます。

このように、単なる暗記ではなく「軌道の種類ごとの上限」と「最外殻電子数」に注目することで、出題形式が少し変わっても慌てずに対応できるようになります。

確かに過去問で2ｐ軌道の電子数を聞かれてた記憶あんで。

牛助

たなまる

牛助、よく覚えてたね。
少し古い問題だけど、確かに出てるんだ。
後で紹介しようね。

配置と周期表・化学的性質のつながり

電子配置は「ただの数字」ではなく、周期表の並び方や元素の性質を理解するカギになります。

周期表の横の並び（周期）

原子番号が1つ進むごとに電子が1つ増え、外殻に順番に入っていきます。たとえば第2周期なら、リチウム（2,1）から始まり、ベリリウム（2,2）、…と進んで、ネオン（2,8）で殻がいっぱいになる。この「横に進むと最外殻電子が増えていく」流れが周期の正体です。

周期表の縦の並び（族）

縦に並ぶ元素は「最外殻電子の数」が共通しています。ナトリウム（2,8,1）もカリウム（2,8,8,1）も最外殻電子は1個なので、同じアルカリ金属に分類され、似たような性質（反応性が強い、イオンになりやすい）を示します。

医療系のつながり

元素の性質を決める最外殻電子は、放射線との相互作用にも関係します。
X線撮影で「造影剤にヨウ素が使われる理由」も、ヨウ素の電子配置によって光電効果を起こしやすい殻構造を持っているからです。
このように電子配置を知っていると、周期表や化学だけでなく医療現場での実際の現象にも説明がつくようにいなります。

実際の問題を見ていきましょう

ちょっと古いけどスタンダードな問題をご紹介しましょう。

第65回　2013年　問42
基底状態にある ${}_{10}\mathrm{Ne}$ の2ｐ軌道に配置される電子数はどれか。

1. 2
2. 4
3. 6
4. 8
5. 10

医療現場での関わり

電子配置の細かい数字を、医療現場でそのまま使うことはほとんどありません。
けれども、電子がどう配置されているかを理解することは、放射線や薬剤が物質にどう作用するのかを考えるうえで基礎になります。

• 放射線と電子殻
  X線撮影やCTで重要になるのは、光電効果やコンプトン散乱といった相互作用です。これらは「どの殻の電子がはじき出されるか」で強さが決まります。たとえば内殻電子が関与すると、特性X線が放出され、画像コントラストに影響を与えます。
• 造影剤の働き
  ヨウ素やバリウムのように「原子番号が大きい元素」が造影剤に使われるのも、電子配置の影響です。内殻に多くの電子を持つことで、X線を吸収しやすく、血管や消化管をはっきり描出できます。
• 原子番号と安定性
  最外殻電子の数は、元素の安定性や化学的性質を決めます。これが薬剤の結合や代謝に影響するため、電子配置の理解は「化学の基礎を知っているかどうか」に直結しています。

つまり、電子配置を自分で書ける力は直接現場で使う道具ではありませんが、放射線の相互作用や造影剤の働きを理解する下地として欠かせない知識なのです。

まとめ

軌道電子の配置は、最初は「数字を覚えるだけの作業」に見えるかもしれません。ですが、2n²則に基づく規則性を意識すれば、ただの暗記ではなく「なぜそうなるのか」を理解できるようになります。

• 殻ごとの収容数（2, 8, 18, 32…）を整理して覚える
• 軌道の種類（s, p, d, f）ごとの上限（2, 6, 10, 14）を押さえる
• 周期表や化学的性質とのつながりを意識する

この3つをセットで理解すれば、試験問題にもスムーズに対応できるはずです。

たなまる

表を丸暗記するんじゃなくて、規則性を理解するのが大事だよ。
自分で書けるようになるまで練習すれば、自然と頭に残るから安心してね。

次に読むならコレ！電爺的おすすめ内部リンク

電爺

ほれ、ここまで読んだんなら、次はこのあたりを見ておくとえぇぞい。

• A22：量子数とは？4種類の意味とパウリの排他原理
• 第76回　国家試験　解説

たなまる

第76回のPM70の解説をぜひご一読ください。
手前味噌ですが、分かりやすいですよ。

自分で言うんかいっ！

牛助

もっと知りたい方へ！たまのすけおすすめ外部リンク

たまのすけ

ここまで読んできた皆さんなら、もう一歩踏み込んだ知識に触れてみたくなるはずです。そんな方におすすめの外部リンクを紹介しますね。

• 原子の電子配置表

The post A23　軌道電子の配置を自分で書けるようになろう first appeared on 勉強嫌いの放物.

原子とは何か？中には何が入ってるのか？
陽子とか電子とか、なんとなく聞いたことはあるけど、
いざ説明となると「はて？どう説明すれば良いんだ？」となる人も多いはず。

この記事では、原子の基本構造から、原子核の中身、
さらには核力や安定性の話まで、順を追って解説していきます。

読み終えるころには、
「原子＝よくわからん小さいやつ」から、
「原子＝超基本でめっちゃ大事なやつ」へと印象が変わること、間違いなしです。

まずは基本のおさらい

まず、初めて学習する方はここを注意しましょう。

「原子」と「原子核」はまったくの別物！

「原子」と「原子核」は似てはいますが、別物です。
一文字あるかないかで全然違うものです。
まずはそこをしっかりと認識してください。

文章を読むときも、「原子」なのか「原子核」なのか注意してみてください。
ちょっと理解が深まるはずです。

「核」この1文字が大事なんだ
「ある」と「なし」で全然意味が違うんだよ。

原子とは？構造を図でざっくり理解しよう

私たちの身の回りにあるすべての物質は、「原子」という粒からできています。
原子はあまりにも小さくて、目で見ることはできませんが、構造自体はとてもシンプルです。

まずはこちらの図をご覧ください。

原子は大きく分けて、中心にある「原子核」と、そのまわりを回っている「（軌道）電子」からできています。

• 原子核の中には、陽子（＋eの電気をもつ）と中性子（電気をもたない）がギュッと集まっています。
• 電子（－eの電気をもつ）は、その原子核のまわりをぐるぐる回っています。
• 「e」は素電荷といって、電荷の最小量を表すものです。その電荷は $\color{#B22222}{\pmb{1.6\times10^{-19}}} $ [C] です。

原子全体を見たときに、電気的な偏りのない原子を中性原子といい、
陽子と軌道電子の数が等しくなります。
※電気的な偏りが生じるとイオンになります。

また、原子核は球体のかたちをしていると考えられていて、
その体積は、球の体積と同じように計算できます。

原子核の大きさは$\color{#B22222}{\pmb{10^{-15}}}$m程度で、
その半径は質量数の$\color{#B22222}{\pmb{\frac{1}{3}}}$乗に比例します。

したがって、原子核の体積は質量数に比例することになります。
詳細な式変形は後ほどご紹介しましょう。

原子の大きさは$\color{#B22222}{\pmb{10^{-10}}}$m程度であり、これは約1[Å（オングストローム）]となる。

「原子」とは何か？言葉の定義を確認しよう

「原子」というのは全体のことを指しています。
その原子の中心にあるのが「原子核」です。
原子核の周りには「軌道電子」が存在します。
「原子核」と「軌道電子」を合わせて「原子」となります。

原子＝原子核＋軌道電子

という感じです。

陽子・中性子・電子のちがいを確認！

このように、原子を構成する3つの粒子は、
「どこにあるか」「電気の性質」「質量」で大きな違いがあります。

それでは、原子の中心にある「原子核」に注目して見ていきましょう。

原子核の構造とその特徴

原子核の中には、陽子と中性子が詰まっています。
この2つはまとめて「核子（かくし）」と呼ばれます。

また、原子核は球体のかたちをしていると考えられていて、
その体積は、球の体積と同じように計算できます。

陽子の数は軌道電子の数と同じです。
つまり、「原子核の陽子数＝原子の電気的な性質を決めるもの」でもあるんです。

国家試験でのポイント：主任者向けに覚えておきたい式

放射線主任者試験などでは、原子核の体積と質量数の関係式が問われることがあります。
そのときに使うのが、こちらの式です。

$$\color{#B22222}{
\pmb{
\begin{aligned}
r&=r_0 A^{\frac{1}{3}}\\[12pt]
V&=\frac{4}{3} πr^3\\[12pt]
&=\frac{4}{3} π(r_0 A^{\frac{1}{3}})^3\\[12pt]
&=\frac{4}{3} π{r_0}^3 A^{\frac{3}{3}}\\[12pt]
&=\frac{4}{3} π{r_0}^3 A\\[12pt]
\end{aligned}
}}$$

• ｒ：原子核の半径
• ｒ₀：定数　（1.2～1.4）×10^-10　ｍ
• V：原子核の体積
• A：質量数

原子核の半径は質量数の1/3乗に比例する。
これは国家試験の常連枝です。

そして、原子核の体積は質量数に比例します。
こちらも最近問われ出しています。

このあたり、国家試験でも出題されることが増えていて、特に放射線主任者試験では定番の内容です。
「原子核の体積 ∝ 質量数」や「半径 ∝ 質量数の3乗根」の関係は、式とあわせてしっかり押さえておきましょう。

実際の問題を見ていきましょう

2012年に実施された第64回からの１問をご紹介しましょう。

第64回　2012年　問42
正しいのはどれか。

1. 原子番号は陽子数と等しい。
2. 鉛の同位体は2種類である。
3. M殻の最大電子数は8個である。
4. 中性子の質量は陽子よりも小さい。
5. 天然に存在する元素は106種類である。

医療現場での関わり

病院で使われるX線やCT、PET、放射線治療などは、
一見すると「放射線」の話に思えるかもしれません。

しかし、その土台になっているのは、今回学んだ原子や原子核の構造です。

放射線が原子とどのように相互作用するのか、
放射性同位元素がどのように放射線を放出するのかなどは、
すべて原子の構造を理解していることが出発点になります。

つまり、原子の構造は放射線物理学の「最初の一歩」となる重要な知識なのです。

まとめ

この記事では、原子の基本構造と、原子核・軌道電子の役割について見てきました。

最後にポイントを振り返ってみましょう。

• 原子は原子核と軌道電子からできている
• 原子核には陽子と中性子が存在する
• 中性原子では、陽子数と軌道電子数が等しくなる
• 原子核の大きさは約 10^－15 m、原子の大きさは約 10^－10 mである
• 原子核の半径は質量数の1/3乗に比例し、体積は質量数に比例する

原子の構造は、放射線物理学を学ぶうえで最初の土台になる知識です。
ここをしっかり押さえておけば、この先の内容も理解しやすくなりますよ。

次に読むならコレ！レントゲン博士のおすすめ内部リンク

次はこの辺りも参考になるかもよ。

• A18：核力ってなに？荷電独立性までやさしく解説
• A12：原子核の構造と核子・質量数の違いをやさしく解説【原子番号・同位体も整理】

この記事を書いた人

たなまる
詳しいプロフィールはこちら

診療放射線技師・医療系専門学校専任教員。

都内大学病院で9年間勤務後、
2015年より医療系専門学校の専任教員として
放射線物理学・核医学・医用工学・放射線計測学・放射化学
などの講義を担当しています。

国家試験対策用ワークブックの制作や学習支援サイト「勉強嫌いの放物」の運営を行っています。

保有資格：
・診療放射線技師
・第1種放射線取扱主任者
・作業環境測定士
・衛生工学衛生管理者
ほか、放射線関連国家資格を保有

The post A11　原子の構造をみてみよう！ first appeared on 勉強嫌いの放物.