白と藍色の駒場祭
化学部の部誌を読むための光速高校化学 ～第二章～
藍色の聖騎士
城南 かがな
東京大学教養学部化学部に所属する14歳の中学2年生。きのこ派。
藍上 たくと
東京大学教養学部化学部に所属する14歳の中学2年生。たけのこ派。
ミスリー・ラヴァケット
東京大学教養学部化学部に所属する15歳の高校1年生。小枝派。
（画像出典：Waifu Labs https://waifulabs.com/）
かがな
「ふぅ……
まさか本当に警察が来るとはね～」
たくと
「いや～、こっそり五千円渡したら帰ってくれるかな～と思ったんだけどな」
かがな
「一番ダメでしょ！！
それのせいだよ！！」
ミスリー
「ごめんなさいね。本当に履いてるとは思わなかったわ」
たくと
「僕、普段どんな奴だと思われてるんだろう」
かがな
「たまに変なこと言うけど、変態だなんて思ってないよ……
そ、そうだ！ところで、電子を詳しく見てみるんでしたよね？」
ミスリー
「そうだったわね。
原子核の周囲の電子には、それぞれ決められた軌道があるわ。
こんな風に、内側から順にK殻、L殻、M殻……と並んでいるわね」
図3：ボーアモデルにおける電子の軌道図（出典：http://kagakumania.seesaa.net/article/414632984.html）
たくと
「どうしてアルファベットがKから始まってるんだろう？」
かがな
「もしかして、発見した時点の一番内側をA殻にしちゃうと
後でもっと内側の軌道が見つかったときに困るから、
わざと真ん中あたりの文字から始めただけだったりして……」
ミスリー
「その通りよ。
アルファベットのKには『真ん中あたり』以上の意味はないわ」
かがな
「えぇ…………」
ミスリー
「さあ、どんどんいくわね。
この図は周期表でいう第3周期までにある原子の電子軌道の表よ」
図4：第3周期までの元素とその電子配置図（出典：http://kagakumania.seesaa.net/article/414632984.html）
かがな
「内側の殻から、順番に埋まっていくんですね」
ミスリー
「あとで励起の話をするときに詳しく話すけど、
基本的には内側から埋まっていくと思って問題ないわ。
外側の軌道に入るには、エネルギーが必要なの」
たくと
「周期表の真ん中がへこんだ形は、
電子の埋まり方に従って元素を整理した結果なんですね」
ミスリー
「そうね。もっとも内側のK殻には2つまで電子を収めることができて、
3番目の原子のリチウムの3つ目の電子はそれより外側のL殻に入るから、
リチウムは水素やヘリウムよりも1段下の第2周期に書かれているわね」
かがな
「じゃあ同じようにL殼には8つまで電子が収まって、
11番目のナトリウムではさらに外側のM殼に電子が1つ入る、
ってことですね！」
ミスリー
「その通り。正解よ。
で、M殻には18個まで電子を収容できるんだけど……」
たくと
「周期表だと、M殻に電子が8個のアルゴンで折り返しですね」
ミスリー
「そうなの。19番目のカリウムはM殻の電子が8つのまま
外側のL殻に電子が1つ入っているわ」
図5：カリウムの電子配置図（出典：Wikipedia「カリウム」）
たくと
「その場合はさっきとは逆に、
外側の軌道にいる方が電子の持つエネルギーが小さい、
ってことですか？」
ミスリー
「そういうことになるわ。実は……
M殻に電子を9つ以上入れようとするとL殻よりエネルギーが大きくなってしまう理由は、高校化学では説明できないの。
大学で習う『シュレーディンガー方程式』という式を解くと出てくるんだけど、この解の導出はとても長くて複雑で、中学生のみんなにここでさくっと教えるのには向かないわ。
どうしても気になったら、書店の物理化学や量子化学のコーナーに行ったり、インターネットで調べたりすることをお勧めするわ。
書籍なら、真船文隆『量子化学 基礎からのアプローチ』がとても詳しいわね」
かがな
「う～ん……
とにかく電子の持つエネルギーが小さい形のほうが安定、
ってことですね！」
ミスリー
「そうね。結果としては第2周期と第3周期の元素に関して、
『最外殻の電子殼は電子8つで安定する』という規則が成り立つわ。
『オクテット則』とか呼んだりするわね」
かがな
「うぅ……
なんか……眠くなってきちゃいました……」
ミスリー
「あら、じゃあちょっとコンビニでも飲みましょうか」
たくと
「実験室は飲食禁止ですよ！」
かがな
「ええええええ！？いやいやいやいや！！
そもそもコンビニは飲めないよ！！」
第三章へ続く……