電子殻

ネオン、アルゴン、ヘリウムは、ほとんど何とも反応しません。その理由は電子の並び方にあります。

単純な電子殻のモデルでは、電子は原子核のまわりの殻を順に満たしていきます。最初の20元素では、殻に入る電子は2個、8個、8個、そして残りです。実際の電子はきれいな円の上を回っているわけではありませんが、このモデルで化学の多くのことが予想できます。ニールス・ボーアは1913年に決まったエネルギー準位という考えを導入し、化学者は今もこの図を使って、元素がなぜそのように反応するのかを説明しています。

電子殻を満たす

電子はいちばん内側の殻（K殻）から入ります。そこが最も強く引きつけられる場所だからです。水素は電子が1個、ヘリウムは2個で、これでK殻が満たされます。電子が3個のリチウムは、L殻を使い始めなければなりません。2, 1 です。L殻はネオンの 2, 8 で満杯になります。ナトリウムはM殻を使い始め、アルゴンの 2, 8, 8 でM殻が8個になります。カリウムとカルシウムは、最後の電子をN殻に入れます。

重い原子では、外側の殻に8個より多く入ることもあります。一般に、n番目の殻に入る電子の上限は 2 × n × n で、2、8、18、32 です。ただし最初の20元素では、M殻は8個で止まってからN殻が始まります。このコースではそれだけ知っていれば十分です。

最外殻

反応にかかわるのは、いちばん外側の殻にある電子です。ネオン（2, 8）のように最外殻が満杯の原子は安定しています。ナトリウム（2, 8, 1）はただ一つの最外殻電子をかんたんに手放し、塩素（2, 8, 7）は電子を一つかんたんに受けとります。そのため、この二つは結びついて食塩、つまり塩化ナトリウムになります。ナトリウムは+1のイオン、塩素は−1のイオンになり、異なる電荷が両者を結びつけます。

同じ考え方で、多くのイオンの電荷も予想できます。最外殻電子が一つ、二つ、三つの原子は、それを失って内側の満杯の殻が残りやすくなります。マグネシウム（2, 8, 2）は二つ失って Mg²⁺ になります。満杯まで電子が一つか二つ足りない原子は、電子を受けとりやすくなります。酸素（2, 6）は二つ受けとって O²⁻ になり、塩素は一つ受けとって Cl⁻ になります。最外殻電子を数えれば、調べる前にたいてい電荷を見当づけられます。

電子殻と周期表

電子殻のモデルで、周期表の並び方が説明できます。周期とよばれる各行では、新しい殻が始まります。第1周期の水素とヘリウムは殻を一つ、第2周期のリチウムからネオンまでは二つ、第3周期のナトリウムからアルゴンまでは三つ使います。族とよばれる同じ列の元素は最外殻電子の数が同じなので、性質が似ています。リチウム、ナトリウム、カリウムはどれも最外殻電子が一つで、三つとも水と激しく反応します。ヘリウム、ネオン、アルゴンは最外殻が満杯で最後の列にあり、ほとんど反応しない貴ガスです。