鉄Feの電子配置：1s22s22p63s23p63d64s2が成立する理由

鉄（Fe）の電子配置は、1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s² という形で表されます。この電子配置がなぜこのようになっているのか、そしてなぜ1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁸の配置ではないのかについて詳しく解説します。

鉄（Fe）の電子配置とは？

鉄（Fe）は原子番号26の元素で、26個の電子を持っています。電子配置とは、これらの電子がどのように原子内の軌道に配置されるかを示したものです。鉄の電子配置は、原子核に最も近い1s軌道から始まり、2s、2p、3s、3p、3d、4sと続きます。

鉄の電子配置は、1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s²という形で、最もエネルギーが低い軌道から順番に電子が配置されます。この配置は、最も安定した状態を表しています。

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁸ではない理由

質問で触れられた「1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁸」の配置が成立しない理由について説明します。これは、電子がどの軌道に配置されるかを決定する「エネルギー順序」に関係しています。具体的には、電子は最もエネルギーが低い軌道から順番に配置されるため、3d軌道は4s軌道よりも高いエネルギーを持ちます。

そのため、鉄のような元素では、4s軌道に電子が2つ配置され、次に3d軌道に6つの電子が配置されます。この配置の方が、エネルギー的に安定しているため、3d⁶ 4s²という形が採用されます。

エネルギー準位と軌道の順序

電子の配置におけるエネルギー準位は、軌道の種類（s, p, d, f）によって異なり、同じエネルギー準位でもその中で優先される順番があります。一般的に、s軌道は最もエネルギーが低く、次にp軌道、d軌道、f軌道という順番でエネルギーが高くなります。

例えば、3d軌道と4s軌道は非常に近いエネルギーを持っていますが、4s軌道がわずかに低いため、最初に電子は4s軌道に配置され、その後に3d軌道に電子が入ります。この順番に従うことで、全体のエネルギーを最小化し、原子は安定した状態になります。

鉄の電子配置と化学的性質

鉄（Fe）の電子配置は、化学的な性質にも大きな影響を与えます。特に、鉄は+2および+3の酸化状態を取ることができ、これは3d軌道の電子が関与しています。電子配置によって、鉄が他の元素とどのように反応するか、またその物理的・化学的な特性が決まります。

鉄はその電子配置により、強い金属的な性質を持ち、さまざまな化学反応において重要な役割を果たします。特に、鉄は多くの化学反応で電子を供給する能力を持つため、触媒としても使用されることがあります。

まとめ

鉄（Fe）の電子配置が1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s²である理由は、電子が最もエネルギーの低い軌道から順番に配置されるためです。3d軌道は4s軌道よりもエネルギーが高く、したがって最初に4s軌道に電子が配置され、その後に3d軌道に電子が配置されます。このエネルギー順序によって、鉄は最も安定した電子配置を維持します。