問1
★
電子配置
ナトリウム原子（原子番号11）の電子配置で、M殻に入っている電子は何個か。
答えを見る
答え1個
K殻に2個、L殻に8個入り、残りがM殻に入る。
高校化学基礎
Unit 03 ・ 単元2「物質の構成粒子」2/3ページ
電子配置とイオン
電子は原子の中でどのように配置されている？NaがNa⁺になるのはなぜ？
電子殻とイオン生成の仕組みを、はじめての人から難関大志望者まで使えるレベルで理解しよう。
🔢 電子殻➕ 陽イオン➖ 陰イオン
📍 単元2「物質の構成粒子」2/3ページ:① 原子の構造 → ② 電子配置とイオン(このページ) → ③ 周期表と元素の性質
1
電子殻と電子配置
マンションの部屋割りをイメージしてみよう。原子核の周りにある電子の「部屋」は内側から順に埋まっていき、1階(K殻)には2部屋、2階(L殻)には8部屋しかない。電子はこの部屋割りのルールに従って、内側の階から順番に入っていく。
一番外側の階にいる電子(価電子)が、その原子の"性格"——他の原子とどうくっつきやすいか——を決める、いちばん重要な電子になる。
電子は核の周りにある電子殻(K, L, M, …)に内側から順に入る。最外殻の電子数(価電子)が元素の化学的性質を支配する。
🔢 各電子殻の収容定員と主な元素の電子配置
| 元素 | 原子番号 | K殻(最大2) | L殻(最大8) | M殻(最大8*) | 価電子数 |
|---|---|---|---|---|---|
| H | 1 | 1 | — | — | 1 |
| He | 2 | 2 | — | — | 0(貴ガス) |
| Li | 3 | 2 | 1 | — | 1 |
| C | 6 | 2 | 4 | — | 4 |
| N | 7 | 2 | 5 | — | 5 |
| O | 8 | 2 | 6 | — | 6 |
| Ne | 10 | 2 | 8 | — | 0(貴ガス) |
| Na | 11 | 2 | 8 | 1 | 1 |
| Cl | 17 | 2 | 8 | 7 | 7 |
| Ar | 18 | 2 | 8 | 8 | 0(貴ガス) |
*M殻は最大18個収容できるが、第3周期元素では最大8個入った段階で次の殻へ移る
❌ よくある誤解
誤:電子殻の数(周期)が多いほど原子は安定する
正:安定性を決めるのは殻の数ではなく、最外殻が「満員(閉殻)」になっているかどうか
電子殻がいくつあっても、最外殻に空きがあれば不安定。貴ガスのように最外殻がきっちり埋まっている状態が最も安定。
誤:価電子の数が多い原子ほど反応しやすい
正:反応しやすさを決めるのは「貴ガス配置にどれだけ近いか」であって、価電子の数の大小そのものではない
貴ガス(He以外は最外殻電子が8個)は最外殻の電子が多いのに最も反応しにくい(価電子は0と数える)。価電子1個のアルカリ金属も、価電子7個のハロゲンも、どちらも反応性が高いのは「電子を1個やり取りすれば貴ガス配置に到達できるから」という共通の理由による。
💡 貴ガス(He, Ne, Ar…)は、最外殻が満員(閉殻:He, Ne)、または最外殻電子が8個(Ar以降)の安定な電子配置をもつ。他の元素はこの構造に近づこうとして結合する。
💡 なぜ最外殻が満員だと安定なのか?
電子はできるだけエネルギーの低い(安定な)状態を取ろうとする。最外殻が電子でちょうど埋まった状態は、原子どうしが電子をやり取りしなくても済む、エネルギー的に落ち着いた状態になる。逆に電子が余っていたり足りなかったりすると、他の原子と電子をやり取りしてこの安定状態に近づこうとする——これが化学結合の出発点。
ここまでの電子殻(K, L, M…)による説明は、高校化学で使う簡略化されたモデルである。実際には電子は「軌道(s軌道・p軌道・d軌道…)」という、より細かく区分けされたエネルギー準位に入る。例えばM殻は本来18個まで電子が入れるが、第3周期の元素ではM殻のd軌道にはまだ電子が入らず、先にN殻(第4周期のs軌道)に電子が入り始める。この「軌道」に基づく詳しい電子配置の考え方は化学(専門科目)・大学の範囲で学ぶ。大学範囲
🎯 入試での問われ方
原子番号から電子配置(K, L, M殻の電子数)を書かせる問題や、価電子数からその元素が何族に属するかを推測させる問題が頻出。第4周期以降で電子配置が単純な「殻に順番に詰める」ルールから外れ始める(遷移元素)ことも、発展的な設問で問われることがある。
2
イオンの生成
食卓塩(塩化ナトリウム)は、ナトリウム原子が電子を1個手放し、塩素原子がその電子を1個受け取ることで、それぞれ電気を帯びた粒(イオン)になってできている。プラスの電気を帯びた粒とマイナスの電気を帯びた粒が、磁石のS極とN極のように引き合ってくっついているイメージだ。
電子を失うとプラスの電気を帯びた「陽イオン」に、電子を受け取るとマイナスの電気を帯びた「陰イオン」になる。
原子が電子を失うと陽イオン(正の電荷)、電子を得ると陰イオン(負の電荷)になる。いずれも貴ガスと同じ電子配置になることで安定化する。
図1:Na が電子を1個失って Na⁺(Ne と同じ配置)に、Cl が電子1個を得て Cl⁻(Ar と同じ配置)になる。
🔬 多原子イオンの例
| イオン式 | 名称 | イオン式 | 名称 |
|---|---|---|---|
| OH⁻ | 水酸化物イオン | NH₄⁺ | アンモニウムイオン |
| SO₄²⁻ | 硫酸イオン | NO₃⁻ | 硝酸イオン |
| CO₃²⁻ | 炭酸イオン | HCO₃⁻ | 炭酸水素イオン |
❌ よくある誤解
誤:イオンになると質量が大きく変わる(陽イオンは軽くなる、陰イオンは重くなる)
正:電子の質量は原子核に比べて無視できるほど小さいため、イオン化による質量変化は事実上ゼロ
イオン化で変わるのは主に電荷と大きさ(半径)。陽イオンは電子を失って原子より小さくなり、陰イオンは電子を得て原子より大きくなる。
誤:すべてのイオンは貴ガスと同じ電子配置になる
正:典型元素(1,2,13〜18族)の多くはそうなるが、鉄(Fe²⁺)や銅(Cu²⁺)などの遷移金属イオンは貴ガス配置にならないことが多い
「イオン化で貴ガス配置に近づく」のは大きな傾向としては正しいが、絶対的なルールではない点に注意(遷移金属は発展的な内容)。
💡 なぜNaはNa²⁺やNa⁻ではなく、もっぱらNa⁺になるのか?
Na⁺になると電子配置は貴ガスのNeと同じ、安定な閉殻構造になる。もしさらに電子を1個失ってNa²⁺になろうとすると、すでに閉じたNe配置の内側の殻を壊すことになり、桁違いに大きなエネルギーが必要になる。だからNaは1個だけ電子を失ったNa⁺で止まる。
イオン化に必要なエネルギーは「イオン化エネルギー」と呼ばれ、原子から電子を1個ずつ取り去るたびに段階的に測定できる(第一イオン化エネルギー、第二イオン化エネルギー…)。閉殻構造を壊す段階で必要なエネルギーが急激に跳ね上がることが実験的にも確認されており、これが「Naはなぜ+2価にならないか」の実測的な裏付けになっている。イオン化エネルギーの詳しい傾向は次のページ(周期表と元素の性質)で扱う。
🎯 入試での問われ方
イオンの化学式・名称(特に多原子イオン)の暗記は基本問題として頻出。電子配置からイオンの価数を予測させる問題(例:「原子番号12のMgは何価の陽イオンになりやすいか」)も定番。遷移金属イオン(Fe²⁺/Fe³⁺など複数の価数を取る例)は発展的な設問で扱われることがある。
🎯 練習問題
まず自分で解いてから、「答えを見る」を押して確かめよう。
問2
★
価電子
塩素原子（原子番号17）の価電子は何個か。
答えを見る
答え7個
電子配置は K殻2・L殻8・M殻7。最外殻の電子が価電子。
問3
★★
電子配置
硫黄原子（原子番号16）の電子配置で、M殻に入っている電子は何個か。
答えを見る
答え6個
K殻に2個、L殻に8個入り、残りがM殻に入る。
問4
★★
イオンの電子配置
ナトリウムイオン Na⁺ と同じ電子配置をもつ貴ガスは何か。元素名で答えよ。
答えを見る
答えネオン
Na⁺ の電子配置は K殻2・L殻8 で、Ne と同じ。
問5
★★
イオンの電子の数
塩化物イオン Cl⁻（塩素の原子番号は17）がもつ電子は、全部で何個か。
答えを見る
答え18個
電子を1個受け取るので、17 + 1。Ar と同じ電子配置になる。
問6
★★★
イオンの価数
マグネシウム原子（原子番号12）が、貴ガスと同じ電子配置のイオンになるとき、失う電子は何個か。
答えを見る
答え2個
電子配置は K殻2・L殻8・M殻2。M殻の2個を失って Mg²⁺ になる。
✅ この単元のまとめ
- 電子殻 K→L→M の順に内側から電子が入る(K:2, L:8, M:最大8で次の殻へ)
- 最外殻の電子数 = 価電子数(貴ガスは0と数える)。安定性は殻の数ではなく最外殻が満員かどうかで決まる
- 陽イオン:電子を失う(Na → Na⁺);陰イオン:電子を得る(Cl → Cl⁻)。質量はほぼ変化しない
- イオン化で貴ガスと同じ電子配置になり安定化する(典型元素の場合)
- 多原子イオン:OH⁻, SO₄²⁻, NH₄⁺ など複数原子が結合したイオン
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