大学の化学の授業で扱うTi³⁺（チタンイオン）の電子配置について、多くの学生がその解釈に戸惑うことがあります。特に、「なぜTi³⁺の電子配置は〔Ar〕(3d)¹となり、〔Ar〕(4s)¹にはならないのか？」という疑問が生じることが多いです。この記事では、Ti³⁺の電子配置がなぜそのようになっているのか、またその背後にある物理的な原理について解説します。
Ti³⁺の電子配置とは？
まず、Ti³⁺の電子配置を理解するために、Ti（チタン）の原子番号について説明します。チタンの原子番号は22であり、その電子配置は次のようになります。
〔Ar〕 4s² 3d²
ここで、Ti³⁺になると、3つの電子が失われます。電子は最初に最もエネルギーの高い軌道から放出されるため、4s軌道から2つ、次に3d軌道から1つの電子が失われます。結果として、Ti³⁺の電子配置は次のようになります。
〔Ar〕 3d¹
なぜ〔Ar〕(4s)¹ にならないのか？
質問者が提起したように、Ti³⁺の電子配置が〔Ar〕(4s)¹ になる理由を考えるとき、物理的な要素を考慮する必要があります。確かに、4s軌道は3d軌道よりもエネルギーが高いものの、原子の内側に近い軌道（例えば4s軌道）は、電子が失われやすくなります。したがって、電子が最初に4s軌道から失われるのです。
さらに、Ti³⁺における3d¹の配置は、3d軌道がより安定した状態であり、4s軌道よりも低エネルギーになった結果、3d軌道に電子が1つ残るのです。
K（カリウム）との違い
質問者が懸念している点である「Kの電子配置が〔Ar〕(4s)¹である理由」についても触れておきましょう。K（カリウム）は原子番号19であり、電子配置は次のようになります。
〔Ar〕 4s¹
Kの場合、4s軌道に1つの電子を持つため、エネルギー的に安定しています。しかし、チタン（Ti）とカリウム（K）の電子配置が異なる理由は、原子の構造や電子配置におけるエネルギー差に関連しています。
まとめ
Ti³⁺の電子配置が〔Ar〕(3d)¹となる理由は、最初に4s軌道から電子が失われ、その後、3d軌道に1つの電子が残るためです。これにより、Ti³⁺はエネルギー的に安定した状態になります。K（カリウム）の場合は、4s軌道に1つの電子が残るため、異なる配置になります。物質の電子配置は、エネルギー的安定性や電子の配置順序に基づく物理的な法則に従っています。
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