銅線を乾電池に繋いで閉回路を作る場合の電子の動き

質問

A. 銅原子核の周回電子は周回を続け、方向がバラバラだった自由電子は一方向への流れとして電流を構成する。
B. 銅原子核の周回電子の一部が励起し、自由電子として電流を構成する。
C. 銅原子核の周回電子全てが励起し、自由電子として電流を構成する。
D. その他。

回答No.1

Tacochin · ベストアンサー

回答はＢですね。

電流の発生が学術的に「励起」と呼べるか微妙ですが、外殻の自由電子のみ一方向へ流れ、内殻の電子は原子核に束縛されたまま周回します。

原子配列と自由電子（画像）
https://physnotes.jp/images/FreeElectron.svg

参照元サイト：
https://physnotes.jp/em/electric-current/

回答No.2

Tacochin

＃１です。補足と一部訂正です。

≪補足≫
先に結論として以下（１）と（２）を挙げておきます。
--------------

（１）開回路：非通電状態
①外殻側の共有電子：
⇒隣接する原子核に共有されて周回している。
（金属結合による共有）

※軌道に束縛されているが、束縛電子とは言わない。
→個々の原子に束縛されておらず、結晶全体に共有された自由電子とみなせるため

Wikipedia「束縛電子」
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%9D%9F%E7%B8%9B%E9%9B%BB%E5%AD%90

②内殻側の電子：
⇒個々の原子核に束縛されている（束縛電子）。
--------------

（２）閉回路：通電状態
①外殻側の共有電子：
⇒部分的に周回軌道へ乗りながらも自由電子として一定方向に動く。

②内殻側の電子：
⇒個々の原子核に束縛されている（束縛電子）。
------------------------------

≪訂正≫
＃１で提示した図は無視してください。
--------------

■＃１で提示した図：
回答Ａが正解ではないのかと、誤解を招くような図でした。この図は一旦無視してください。軌道から逸脱し浮遊しているような自由電子が示され、金属結合とはかけ離れたような図でした。参照元のサイトが間違っているのではなく、図を選定した私のミスでした。申し訳ございません。
ｍ（＿）ｍ

＃１で提示した図（★無視願います！）
↓
原子配列と自由電子の画像
https://physnotes.jp/images/FreeElectron.svg

--------------
■別スレッドで提示した図（図右側●）：
内殻側が束縛電子になっていることについては触れていません。分かりやすくするため、他原子と金属結合されている外殻の共有電子に限定して、示しているものと思われます。

開回路の状態（図左側）と閉回路の状態（図右側●）
https://hugkum.sho.jp/wp-content/uploads/2023/12/ff2bfd9f2b0f5b084cccb848f875aad2-1024x540.jpg

別スレッド
「乾電池に繋がっていない銅線の陽子と電子」
https://okwave.jp/qa/q10288164/a28491404.html
------------------------------

「金属結合」について学ばれると、より深い理解が得られるでしょう。

【簡単解説】金属結合とは？自由電子の役割や金属結晶について
https://www.tokkin.co.jp/media/technicalcolumn/2304070

質問主さんの場合、クイズ形式（選択肢）が多いですね。
しかし、質問主さんの、きめ細かい探求心には脱帽です（＾＾;