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バナジウムの電子配置：重要な事実
Sep 06,2023
バナジウムの電子配置という魅力的な世界に飛び込みましょう。この記事では、この元素の反応性と安定性を解き明かしていきます。
バナジウムの電子
原子番号23はバナジウムを表しますが、その挙動に関する知識を得るために、電子が原子核の周りをどのように動くかを見てみましょう。1912年、原子軌道に関して画期的な解明を提供したニールス・ボーアに大きな拍手を送ります。
電子が原子核の周りを円形または軌道を描いて回転している様子を想像してください。「n」はそれぞれの軌道を表します。最初の軌道は子供たちのためのK、次にL、M、Nと続きます。軌道が収容できる電子の数は2n²で表されます。バナジウムの電子殻はそれぞれK、L、M、N殻と呼ばれ、それぞれ独自のエネルギーレベルを持っています。
簡単に言うと、Kは2個の電子、Lも2個の電子を収容し、Mは6個の電子を持ちます。Nは2人で共有し、最後の電子はd軌道から3個を共有します。
では、バナジウムが基底状態にあるときの電子配置について説明しましょう。1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d³ 4s²です。3つの対になっていない3d電子がdxy、dyz、dzx軌道で独自の動きをしています。
アウフバウの原理：原子の構成ブロック
ドイツ語で「積み重ねる」という意味のアウフバウは、ここで頼りになるガイドです。これはニールス・ボーアとパウリによって考案され、バナジウムの電子がどのように副エネルギーレベルで配置されるかを理解するのに役立ちます。簡単に言うと、電子は高エネルギーの場所に移る前に、低エネルギーの場所を満たすことを好みます。
詳しく見ていきましょう。
| 軌道 | 軌道（n） | 軌道エネルギー（n + l） |
| 3d | 3 | 5 |
| 4s | 4 | 4 |
4sのエネルギーレベルは3番目よりも少し穏やかです。そのため、4sに空きがある場合、電子は3番目に移動する前にそこに移動することを好みます。
この原理に従う電子の充填式は次のとおりです。1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d。
まず、最初の軌道は元素の最初の2つの電子の居心地の良い住処です。s軌道は2つしか収容できないため、次の電子は2s軌道に移動します。p軌道は6個の電子を収容できるため、残りの6個は2番目の軌道を満たすために2p軌道に移動します。
次に、バナジウムの残りの電子は荷物をまとめて3番目の軌道に向かいます。2つの幸運な電子が3s軌道に陣取り、次の6つは3番目の軌道の満室の後、3p軌道に移動します。
最後に、残りの電子は4s軌道に根を下ろします。最初の2つはそこに場所を確保し、次の3つは3p軌道に滑り込みます。
そして、 voilà！これにより、バナジウムの基底状態での電子配置が得られます。1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d³ 4s²。
バナジウムの電気的な興奮：電子のダンス
では、一段階上げて、 バナジウム について話しましょう。励起状態では、原子エネルギーレベルと電子殻の世界では、s、p、d、fという魅力的な単位である副エネルギーレベルがあります。
バナジウムが電子世界でどのように振る舞っているかを知るために、方位量子数式を見てみましょう。
I = 0～(n – 1)
| 軌道数 | l | 軌道数 | 副殻の数 | 副殻名 | 電子保持容量 | 電子配置 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | 1s | 2 | 1s2 |
| 2 | 0 1 |
1 | 2 | 2s 2p |
2 6 |
2s2 2p6 |
| 3 | 0 1 2 |
3 | 3 | 3s 3p 3d |
2 6 10 |
3s2 3p6 3d10 |
| 4 | 0 1 2 3 |
1 | 4 | 4s 4p 4d 4f |
2 6 10 14 |
4s2 4p6 4d10 4f1 |
バナジウムが励起されると、電子を移動させ始め、一部の電子をエネルギーレベルに送ります。この活発な変換は、通常、バナジウムがエネルギーを吸収したり、元素と相互作用して電子の再配置を引き起こしたりするときに起こります。
では、p副殻について話しましょう。p副殻には、電子のための3つの場所（px、py、pz）があります。これらの場所のそれぞれは、2つの電子を収容できます。
バナジウムの基底状態の電子配置は次のようになります。1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d³ 4s² 3dxy¹ 3dyz¹ 3dzx¹ 4s¹ 4px¹。そして、興味深い点があります。この配置は、バナジウムの原子価に関する情報を提供します。5つの電子が関与しているため、バナジウムは5の原子価を示します。それはまるで個性を持っているようで、時には原子価が3であるかのように、時には原子価が5であるかのように振る舞います。
ただし、この電子配置はバナジウムのもう一つの顔のようなものであることを覚えておいてください。移動した電子は最終的に元の配置に戻ります。
バナジウムの 反応性の解読 Reactivity
さて、なぜこの電子配置が重要なのか疑問に思われるかもしれません。化学や材料科学の世界では、バナジウムがどのように元素と相互作用するかを予測できる設計図を持っていると考えてください。
電子配置を理解することは、バナジウムの反応中の挙動を明らかにする隠された暗号を持っているようなものです。これは、この元素がどのように仲間と調和して相互作用するか、あるいは時折騒ぎを起こすかを理解するためのツールとして役立ちます。
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