外殻電子の方がエネルギーが大きい理由？

質問

K殻L殻M殻の電子雲を持つ原子で考えてみました。

太陽系の惑星の軌道速度は、内側の惑星の方が速いそうです。原子内でも内側の軌道（K殻）電子の方が、原子核からのクーロン引力で落ち込まないよう軌道速度が最速なはずですよね。

でも外殻電子の方がエネルギー準位が高いので、やはりK殻よりもL殻、L殻よりもM殻の電子の周回軌道速度がより速いのでしょう。原因としては、

A. より外側の軌道（M殻）電子からのクーロン斥力に対抗するため。
B. 両隣やご近所の原子に属する電子からのクーロン斥力に対抗するため。
C. より多く電磁波エネルギーを受けられるため。
D. その他。？？？

電子は周回しているというより不規則的に移動しているようです。私も不規則的に引っ越ししたりします。

回答No.3

Nakay702 · ベストアンサー

統計的な裏付けなどがあるわけではありませんが、以下のとおりお答えします。

＞外殻電子の方がエネルギーが大きい理由
⇒私の考えは、D. その他です。
前回からの続きで、あることにこだわっています。

①K殻（２個）、L殻（８個）、M殻（18個）の電子を「ひとまとめ」にして考えていませんか？ 私は１個１個の電子を単位としてエネルギーを考えています。（少なくとも、そこを明確にしておかないと「議論の意味が支離滅裂」になります。）

②外郭ほど個々の電子はフラフラしている、という様子が見て取れますね。つまり、それだけ「独自の特有のエネルギーは少ない」ということだと思います。そして、その極みがイオン化に関わる電子だったり、自由電子だったりするわけです。私はそう考えます。自由電子の「自由」とは、外部の「言いなり」という意味と解しました。そう考えないと矛盾が説明できません。

以上、帰納法と背理法の手法で考えました。

お礼

ご指摘をありがとうございます。電子軌道に入れる電子の数も考慮する必要があるのですね。内側の電子は外側の電子に囲まれて、脱出が難しそうですね。私は知識が浅いので、考えを頻繁に変更してしまいます。解説に感謝いたします。

回答No.4

Nakay702

お礼をありがとうございました。

＞電子軌道に入れる電子の数も考慮する必要があるのですね。
⇒「一人一人は微力でも、大勢集まれば強い」ですからね。
また、「赤信号、みんなで渡れば怖くない」とも…。おっと、これはあきまへん。

＞私は知識が浅いので、考えを頻繁に変更してしまいます。
⇒私も、よく考えを変えます。お互い、似ているかも知れませんね。
ま、《過ちて改めざる。これを過ちという》を避けるため、ということにしときましょうか。

ところで、２，３週間ほど前の「ブラックホールの作られ方」は、その後の進展ありませんか。新しい情報、奇抜な見解などに出会いたいですね。

回答No.2

Tacochin

>>外殻電子の方がエネルギーが大きい理由？

>>A. より外側の軌道（M殻）電子からのクーロン斥力に対抗するため。
>>B. 両隣やご近所の原子に属する電子からのクーロン斥力に対抗するため。
>>C. より多く電磁波エネルギーを受けられるため。
>>D. その他。？？？

「Ｄ. その他」です。

収容電子数と安定性（変化のし難さ）です。

電子の収容数が内殻よりも外殻へ行くに従って多くなります。内側の方が空間的に狭くなるので、クーロン斥力の影響もあり、少なくなるのは当然です。よって、外側の方が収容電子数が多くなり内側よりもエネルギーが高くなります。

また、電子同士のクーロン斥力や、陽子からのクーロン引力によってバランスを取り安定しようとします。外側ほど陽子からの引力が弱く、かつ外部原子（電子）からの斥力を受けやすく不安定で、エネルギーが高くなります。反対に内側ほど、陽子との引力で結束力強く、かつ外部原子（電子）からの斥力を受け難く安定し、エネルギーが低くなります。

そういう意味では、選択肢Ｂも正解だと思います。「クーロン斥力に対抗するため」というよりも「クーロン斥力に影響されるため」と言い換えると良いかも知れません。

まとめると以下のとおりです。

外側の電子殻ほど・・・
①電子数が多い
②外部原子に影響されやすく、陽子との引力が結束弱く、不安定
→エネルギーが高い

内側の電子殻ほど・・・
①電子数が少ない
②外部原子に影響されにくく、陽子との引力で結束強く安定している。
→エネルギーが低い

②は一言でいうと、「内側よりも外側の電子の方が剥がしやすい」ということです。「剥がしやすい」→「変化しやすい」→「エネルギーが高い」です。

参考サイト：
https://www.jikkyo.co.jp/material/pdf/web_ni_link/pel_chemistry/2/2_web_ni_link.pdf

>>電子の周回軌道速度

量子力学の観点から言うと、電子の存在が位置の不確定な電子雲であり、周回速度のことは余り関係ないのかも知れません。

回答No.1

maskoto

電子の軌道とか、速度と言う考え方は
実は古い考え方で
電子サイズの世界、つまり量子の世界においては適用できません
量子の世界は、我々が暮らす世界の常識が通用しない世界です
ざっくりと、になりますが
量子力学では、
電子は原子核の周りを飛び回っているのではなく、ただ、原子核の周りに存在している
としています
そして、電子がどこに存在しているか
特定できず、確率でしか表せない
としているのです
これがあるために、電子雲、などと言う言葉で言い表されるわけです