電子軌道に入る電子の数について。

質問

なぜ、
Ｋ殻には２個、Ｌ殻には８個、Ｍ殻には１８個、Ｎ殻には３２個

なのですか？

これは明らかに、
軌道のr^2と関係しているワケですが。

Ｍ殻には１６個ではなく１８個入るのも謎です。

この謎、解けていますか？

それと、２，４，８，１６，３２
となってもよさそうなのに、そうなっていないのは何か理由がありますか？

数式を交えて解説してくださると嬉しいです。（私は数式が分からないので数式への説明もよろしくお願いします）。

それと、電子軌道がどんどん大きくなっていくのは、電子同士の反発力と見ていいですね？

８個入る軌道に、
電子が１個のときと２個のときと８個のときでは、電子の速度や質量、エネルギー等違いますか？

徹底的に教えて下さい。
コレは興味深いテーマです。

電子専門家の皆様の降臨お待ちしています。

回答No.8

Tacosan

....
#6 の方から:
「N＝軌道半径という前提」の根拠は? まさか「N=軌道半径とおくとその球の表面積が N^2 に比例する」ということではないですよね?
ちなみに, 「1電子系うんぬん」については, 「数式で厳密に表現できるのがそれしかない」という以外に意味はありません. 基本的に, 軽い元素については L殻電子の平均距離は K殻電子より大きい (K殻電子による核電荷の遮蔽効果があるため, 2倍より確実に大きくなる) はずです... 少なくとも直感的には. ちなみに思い元素になると相対論効果を考慮する必要があるのでもっと複雑.
で #7 の方:
「なぜ周期律表の第3周期には 8個しか元素がないのか」とか「第2周期の各元素からなる等核2原子分子の結合」について「意味がわからない」と書かれていますが, どこが「意味がわからない」んですか? 特に前者なんか, 書いてある文章の意味がわからないことはありえないはずです. で, なぜこんなのを持ち出したかというと「あなたの説だと各電子殻に含まれる電子は全て等価なように見えるが, 現実世界では等価ではない」ことを言いたいだけです. 「周期律表」とか「周期」, 「等核2原子分子」などは自分で調べてください.

回答No.7

Tacosan

そうそう, 言い忘れてたんだけど「各軌道に入る電子の数」を説明できるだけじゃほとんど無意味です. もっというと「各軌道に入る電子の数」というものはある意味どうでもよくって, 「現実 (実験結果) が説明できること」が重要です. そのことは意識されてますか?
電子軌道というのは元素の性質 (さらには周期律) を説明するという目的もあるわけで, これが説明できないようであれば検討する余地もありません. 例えば, 「なぜ周期律表の第3周期には 8個しか元素がないのか」ということに対する合理的な説明が要求されますし, 「第2周期の各元素からなる等核2原子分子の結合」についても現実との整合性が必要です.
これらは, (量子力学に基づく) 現在の説で説明することができます. あなたの説で説明できますか?
ちなみに量子力学に基づく説明では, 主量子数 n の電子軌道に 2n^2個の電子が入るのは
・球面調和関数から現れる「方位量子数」+「磁気量子数」の組合せで n^2
・スピン量子数が各組合せに対し 2通りある
ということで説明できています. まあ, 電子軌道について新たな説を唱えるくらいなのでこの辺は当然十分に理解しているはずだと思いますが.

補足

＞「なぜ周期律表の第3周期には 8個しか元素がないのか」

意味が分からないので詳しく説明して下さい。

＞「第2周期の各元素からなる等核2原子分子の結合」

これも同様です。

現象を理解した後に
１、私のシンプルな考え方一本で説明する
２、私のシンプルな考え方に、量子論を組み込んで説明する（この場合は、数年掛かるでしょう。）
３、私の理論の根本定数の高度な発展・応用・組み立てによって説明する
４、白旗

このどれかのリアクションを示します。
私はまだ、
「量子論」と
「実在論」について認識を確かに学んでいませんから、現在のところはまだ答えを保留させていただいています。

量子論を実数として扱えるか否かについては、まだ検討中で
「考えた事もない」ので
研究開始までお待ち下さい。

＞ちなみに量子力学に基づく説明では, 主量子数 n の電子軌道に 2n^2個の電子が入るのは
・球面調和関数から現れる「方位量子数」+「磁気量子数」の組合せで n^2
・スピン量子数が各組合せに対し 2通りある

スピン量子数はよく分かりましたが、
方位量子数と磁気量子数の組み合わせでN^2

失礼ですが、意味が分かりません。
ウィキペディアのページ見た限りでは、
方位量子数と磁気量子数の組み合わせでN^2というのが導き出されている様には思えませんよ？

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8F%E5%AD%90%E6%95%B0

これの一番下の式の意味が分かりません。
これって、数学的にちゃんと成立しているんですか？
それと、仮に成立しているとしたって、きちんと現実の現象を記述している保障あるんですか？

コレについてきちんと解説願います。

まさか、

Σ（２L＋１）＝N^2
これが「経験的にわかっているだけ」なんて言いませんよね？
私は数学は中３の２学期で止まってますからご教示願います。
式の意味から教えて下さい。

方位量子数と磁気量子数という概念は否定も肯定も（現時点では）しませんが、

何れにしても
「量子論」の結果が
「非量子論」の計算と
「結果的に一致している」事が不思議ではありませんか？

私は、ココに超大統一の鍵が隠されていると思っています。

量子論でも電子軌道他の説明がなされているという事は、
量子論と相対論、非量子論、
「スーパーボール」の総合的枠組み理解に向けて力強いことだと思いますよ。

量子論の重ね合わせと
「現実」が見事にピタリと一致するんですから。

断言します。
もうじき、
科学は終わります。

只、それは
「新しい季節の始まり」でもあります。

あと、
化学については応用として色々「今後」説明していく予定です。

私の理論が完成すれば、
「化学・医学・工学・情報学・生命工学・その他」あらゆる分野への理論利用が可能です。

楽しみに待っていてください。

回答No.6

Tacosan

「s1」とか「s2」って何?
ちなみになんだけど, 1電子系 (水素原子など) では平均半径 (原子核からの距離) は主量子数の 2乗に「だいたい」比例します. 従って, その距離を半径に持つ球の表面積は主量子数の 4乗に比例します. この時点で破綻してる.
「じゃあ各電子の影響範囲が主量子数の 2乗に比例すれば...」というのも, 電子のポテンシャルを考えれば無理筋であることはほとんど自明.
あ, 電子軌道が大きくなるのは「電子同士の反発力」とはあんまり関係ないはず. もちろん H に比べて H^- の方が平均半径が大きい (はず) なので全く関係ないことはないんだけど, 電子同士が反発するはずのない 1電子系でもやはり軌道は大きくなりますから.

補足

軌道が大きくなる事はいいです。
スピンの事とか色々絡んで来るので
又次の機会に考えます。
（具体的には死滅した右脳表面の脳細胞が数年以内に新技術で再生したら。）

＞ちなみになんだけど, 1電子系 (水素原子など) では平均半径 (原子核からの距離) は主量子数の 2乗に「だいたい」比例します. 従って, その距離を半径に持つ球の表面積は主量子数の 4乗に比例します. この時点で破綻してる.

意味が分かりません。
私をからかっているのですか？
１電子系って、
結局のところ水素しかないんですよね？

そこで、
N（主量子数）１の時に、距離が１＾２×スピンの２で、電子が２個入るのはいいとして（多電子というのになる様ですが。）
私は、
「電子の数」が平均半径２乗×２になると言っているだけで、
主量子数が２乗になるとは一言も言っていません。

厳密には、
主量子数（コレってつまり、Nの数ですよね。）＝平均半径、の様な意味を上に書いているわけです。
その上で、
３次元展開するとN=２つまりR=2の時、２（＝４π）２＾２になるので電子は８になるだろう、と書いているだけです。

私は、
N＝軌道半径という前提の下、
電子が存在できるのは３次元展開の球なのでｒ＾２の必要があるといっているだけで（４πは定数。）、
平均半径が主量子数の２乗に比例するなんていってません。

その上でお聞きしますが、
「本当に」
平均半径はNの２乗に比例するなんて事があるんですか？
１電子系ってそもそも水素原子以外にあるとは思えないので、２乗しても１でしょうから私をからかっているのかもしれませんが。

まずそこからお答え下さい。
ケースによっては、あなたの書き込みを通報します。

又、１電子系というのが水素以外にないのなら、
そもそも
２＾４をする意味がなく、
１＾４＝１ということにしかならず検証不可能なので、あなたは私をからかっていることが断定されます。

その上で、もし仮に
本当に水素以外の１電子系（本当にあるなら。）において、
N=2の時に原子核からの平均半径が４になるならば相当高度な数学（球幾何学）を新たに考えなくてはならないでしょう。

とにかく、
真面目にレスしていい段階かどうか分かりませんから、

１、「１電子系」というのは水素原子以外に存在するか答えてください（特殊なヘリウムとかもアリかな？そうなら詳細書いてください。この件について。）

２、全原子において、
Nの数値と原子核からの平均半径を数式化して下さい

もし、あなたが荒らしでないのなら、真面目に返答させていただきます。

荒らしなら、二度とレスしないで下さい。

回答No.5

Tacosan

もうちょっと他人に通じる表現をした方がいいと思う....
「電子の軌道内の量子数Ｎは、
2R^2に比例するのではないか」
という部分だけ見ても疑問が満載なんだけど.
・「電子の軌道内の量子数」って何?
・「R」は何を表すの?
・普通は「2R^2 に比例する」とは言わないんだけど (「R^2 に比例する」と言えば十分だから), なぜわざわざ 2 を付けるの?
・「比例する」とはどういう意味? 同じ元素での話なのか, それとも異なる元素もまとめて考えてよいの?
ついでに言えば「電子の各軌道ごとの平均半径って、厳密に測定されていますか？」などと書かれてますけど, あなたは一方で「表面積」を持ち出しています. 表面積について議論したいのなら, 当然 (平均) 半径は知っているんですよね? まさか, 「なんか各軌道の電子数が主量子数の 2乗に比例してるからきっと『表面積』に関係するに違いない」と考えているってことはないですよね?
あと, s とか p とか d とか f とか g とかって意識してます?

お礼

ｓ１とかそういうのは分かりますよ。
又考えてきます。

＞表面積

電子軌道が拡大するとき、
素領域が拡大しているのか、
他の現象が起きているのか、今考えている所です。

電子軌道が拡大するのは、
エネルギーを吸収した球が
「膨張するため」ではないかと考えています。

そうすると、
ｓ２以降の最低エネルギーの軌道半径が、
ｓ１より大きくなる事が説明できます。

又色々考えてきます。
練りに練ったレス下さい。

回答No.4

Tacosan

ん～と,
「平均半径であり、
同時に、軌道の内側から数えた順番です。」
というのは, 「平均半径は主量子数に比例する」という主張?

お礼

電子の軌道内の量子数Ｎは、
2R^2に比例するのではないか、の間違いでした。

電子の各軌道ごとの平均半径って、厳密に測定されていますか？

測定されていないなら、
その理由をお願いします。

測定されているなら、
「どの様に測定したか」
と、
「その結果どういう結果・分析が出たか」

を、お願いします。

補足

2N^2に比例すると考えています。
但し、何かほかにデータがあれば色々と考え方を調整させる気はあるので断定はしません。

只、
「何らかの法則」は絶対あると思っています。

私は、（×２はともかく）
Ｎ^2においては、それが球の表面積と比例するからだと考えています。

（この場合、４πが、「絶対定数」です。
　つまり、４π＝１と換算される計算方式で、４π＝電子の軌道計算、量子個数計算における、基礎単位系の１です。電子に関する式の中で４π＝１を自然単位系の様に位置づけるかどうかは、今後の量子力学の研究の結果一致するかどうかですが、万が一諸所の厳密な計算と一致するなら、ハイゼンベルクの不確定性原理の４πと共に、マクロな意味でもミクロな意味でもコレが「１」と認定されることになるでしょう。）

従って、
電子の平均半径（Ｒ）と
その軌道に収まる量子数（Ｎ）の関係は、

Ｒ＾２で、
平均半径＝Ｒ＝１の時は電子は２個、
平均半径＝Ｒ＝２の時は８個、

つまり
Ｎ＝2R^2と考えています。
又、球の表面積４πR^2のうち、
係数の４πが不変定数として、
例えばR=1の時は４πＲ＾２の式に代入するとその式の値は４πになりますから、この４πが１となります。

同時に、
４πの表面積を持つ様な状態の時の電子の平均半径＝１の状態において、
電子が２個軌道内に占めることから、

４π＝２という計算法も出来ると思います。

４π＝１とおいて
その上でなぜR=1の時に
４πの表面積を持った球状の電子の広がりに対して電子が２個軌道を占有するかを説明するか、

２π＝１とおいて説明するか、
コレは理論的に大きな分岐点だと思います。

つまり、
水素原子の電子１個が普遍的な状態と見るか、
ヘリウム原子の電子２個が普遍的な状態と見るか、コレによって量子力学の計算の基礎が大きく変わってくるということです。

（その際には、陽子や中性子等を構成するクォークレベル、ゲージ粒子等からの厳密な計算が必要とされると思います。）

いずれにせよ、
この２πもしくは４πが、
不確定性原理の数式の２π　４πと一致するのはほぼ間違いないと考えています。

只、
電子の軌道に占める量子数が、
「球の表面積」と関係してくる事は明白です。

私は、世界は恐らく
「表面積による計算」で出来ていると考えています。

情報の充填方法として、
「体積」という形は取っていないと思っています。
そして、その上で
「球と球の重ね合わせを、球の大小によって考える幾何学」が今後人類の最重要課題になると考えています。

電子と球について、又平均半径と量子数について、学術専門家のご意見お待ちしています。

回答No.3

Tacosan

えっと....
「軌道のr^2と関係している」の r が何を表しているのか, 全然わからないんですけど.... まさか平均半径ってことはないですよねぇ.

補足

平均半径であり、
同時に、軌道の内側から数えた順番です。

レスどうも。

回答No.2

noname#46899

勘違いしているところがいくつかあるようですが、量子論を知らないと話になりませんし、説明しだすときりがありませんので、とりあえずこちらを参照してください。
http://www.wdic.org/w/SCI/%E9%9B%BB%E5%AD%90%E9%9B%B2

中には説明できる人もいるかもしれませんが、私は専門家ではないし字数制限のあるこんな回答欄で書けるほど簡単な内容では無いと思います。
徹底的に知りたいなら、量子力学関係の専門書を読むか、大学で専攻してください。その前にブルーバックスなどで概略を理解しておいた方がいいと思いますけど。

補足

ありがとうございます。
私の考えていた事と量子論がピッタリ一致していたので、超大統一は比較的カンタンに出来そうです。

電子が整数倍の軌道にしか存在できないこと等、私の理論を補完する心強いデータです。

又、
電子が３２、３２、の後１８、８と減っていく理由を探っていきたいと思います。

私は、
高校時代
こんな法則を覚えさせられていたら、もっと科学が嫌いになっていたと思います。

一流の研究者程、
「なぜ、この法則が成り立つのか」を暗記以前に徹底的に考えないといけないと思います。
（それも、考えが柔軟な中学・高校生・大学生のうちに。）

私は、
「理由」を考える（つまり、探求・研究をする）事が禁止されている
中学入学以降の

「押し付け科学」「強制勉強」は大嫌いで少しも楽しくありませんでした。
こんなことをやっている様では、人類の科学は本当にその内行き詰ってしまいます。

もっと、
「根本原理」を考えさせるべきです。
技術屋も必要ですが、理論屋も社会には必要です。

科学革新を担う理論家を育てるためには、もっと
「なぜこうなるのだろう？」といった疑問に常日頃立ち向かう”戦士”勇者を育てていかなくてはならないと思います。

ＴＯＥに迫る前に
「電子」の謎を全て徹底解析したいと思っています。

（それは、あらゆることの「理論転用・応用」に繋がって、人類の暮らしをよくする様々な発見に寄与する事が予測されるからです。）

幸い、電子は球の周りをクルクル回る珍しい物質です。
徹底追及する甲斐があるし、研究対象として、可能性に満ち溢れています。

近い内に、
わたし達は
「量子論」を只の
存在確率としてではなく、
「実体」を持った
諸所の物理定数として実際に扱える様になるでしょう。

軌道エネルギーと一致した光子しか吸収しない、
波長の整数倍の軌道にしかＮをとらない，など改めて
「今まで知らなかったこと」を知ることが出来ました。
Ｈ．Ｐ貼っていただきありがとうございます。

私の理論は、又しても補完されて
どんどん真理に近くなっています。

本当にありがとうございます。

私は、まだ
「世界の一線でやれる」。そう感じています。

数式なんかはカンタンだし、
理１入学後２，３年で全部終わらせて
５年以内位に論文書きますので、

ＴＯＥ解いたら東大の博士号と修士号、記念とプレゼントに下さい。

私、真面目にＴＯＥ解けると思っていますよ。
もう確信めいたモノがあるんです。
ご期待を。

予定では、
院はいる前に骨格作って、
院在学中に「ＴＯＥ」全部解いて、
博士号もらう前に
「あらゆることの応用・ＵＦＯ製作」とかやります。

その頃には、
人格もマトモになって
人類のリーダーとなっていると思いますので、どうかご応援・ご指導のほどよろしくお願いします。

必ず私がＴＯＥ解きます。
ですから、私の人生で最大の難関は、
東大入学後でも院に入ってからの研究でも何でもなく、

「理１に１年半後～２年後に入れるか」という事一点のみです。

それが最大の試練です。
理１受かるためにアドバイスほしいです。
よかったらメール下さい。
（又、研究者としての将来の僕を応援してくれる皆さんとも交流を持ちたいです。）

レスお待ちしています。

回答No.1

erehwon

Ｋ／Ｌ／Ｍ／Ｎ殻の定数ですが、こう考えたらどうですか?
Ｋ→１×１×２＝２
Ｌ→２×２×２＝８
Ｍ→３×３×２＝１８
Ｎ→４×４×２＝３２
最後になぜ２を掛けるのか理由はわかりませんが、ご質問により改めて考えると、調べてみたくなりました。
がんばってみます。

お礼

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E5%AD%90%E9%85%8D%E7%BD%AE

32個以降の軌道の最大電子収容数はどうなるのか、学会ではまだデータが取れてないとみていいのでしょうか？

ＲＮの８６個以降はどうなるのか、教えて下さい。
（細かくお願いします）

１つ１つの軌道ごとと、
その軌道を足した奴と。

普通に考えたら、３２の次は
５０、次は７２ですけどね。

超ウラン元素等で、
電子配列がどうなっているかなど観測されていましたらいろいろ研究結果等報告したＨＰなどと一緒に教えて下さると大変嬉しいです。

よろしくお願いします。

只、とにかく
「半径の２乗」に比例して大きくなっていくということから、
電子の占有可能数までもが

「球の性質」と直接関わっている事が分かって大変嬉しいです。

この事から、
電子の波動関数の２乗に関しては
「球の式の２乗と直接関わりを持っている」ことが分かりましたし、
他の素粒子の存在確率の算出方法の波動関数２乗に関しても、

「素領域」の「球」の表面（積）に応じて「幾何学的に分布している」ということが分かりました。

今日は又一つ、ＴＯＥに迫れました。

理１在学中～院卒業までに
物理の常識全部変えて一気に超大統一なしとげて、
ついでに

「応用」分野にもすさまじい功績残しますので、どうかご期待下さい。

尚、関心頂いた方とメール交換いたしたいので、興味のある方名乗り出ていただければ嬉しいです。
研究がんばるのでサポートお願いします。（＾＾

補足

やっぱりココにも
r^2が出てくるんですねえ。
これらの議論、
学会で研究されたことありますか？
まずそこから答えてください。

レスありがとうございます。

×２する理由は、カンタンだと思いますよ。

電子の斥力の問題で、
二次関数みたいに座標を４分割すると、
１倍ではなく２倍以上電子が入ってやっと斥力が生じるんですね。

意味を考える価値はあると思いますが、
今のところ
「電子同士の斥力が臨海に達する定数が、×２なんだ」と解釈しています。
（詳細は又考えて見ます。）

とりあえず、
ココでも
2(r^2)
が成立しているという事でよろしいですか？

×２しているのは、単に
「電子同士に斥力を生じさせるには、１つでは足りないから」だと思いますよ。

これは高エネ研のデータ元に
計算すれば、多分すぐに解けますね。

そして、
この事から

4πr^2（半径１）の球軌道の上には、
２つしか電子が存在できないということが証明されたので、

電子軌道s1=電子１＾２×２（個）
＝4πｒ＾２

電子軌道s2=電子２＾２×２（個）
＝4π2^2＝１６π

という事が分かりました。

ＴＯＥの完成に一歩近付く発想をいただきまして、まことにありがとうございます。

ちなみに、一つお聞きしますが
電子軌道の数は、
半径＾２×２、というのは世界中の科学者たちはみんな一応知っているのですか？そうであるならば、いつ誰がどこの国でどの様に発見したのか、教えて下さると幸いです。

とにかく、
「電子」が
「球の周りを自由に周ることを許された唯一の素粒子」であるということを改めて確認できたので、

コレから加速器のデータ等いただきながら
「電子の正体」に１０年掛けて迫っていこうと思います。

２年以内に理１絶対合格しますので、どうか応援して下さい。

とにかく、ココでも

r^2が出てきましたね。

電子の軌道占有ですら、
「球の公式」と関与している事を教えていただいて、まことにありがとうございました。