物質のバンドモデルにおいて電子が表すエネルギーは、エネルギー準位と呼ばれます。これらの準位（電子殻とも呼ばれます）は、原子核から一定の距離にある電子が存在できる場所です。電子は、原子核の周りを回る、負に帯電した小さな粒子です。階段の段はエネルギー準位を表しています。階段の上に立つことはできますが、段と段の間には立つことができません。陽子についても同様です。陽子は一方のエネルギー準位には存在できますが、段と段の間の空間には存在できません。
エネルギー準位Iの電子（エネルギー準位Kの電子とも呼ばれる）は、最もエネルギー量が少ない。原子核から離れるにつれて、より高いエネルギー準位の電子はより多くのエネルギーを持ち、そのエネルギーは一定の離散的な量だけ増加する。電子がこの量のエネルギーを吸収すると、あるエネルギー準位から次のエネルギー準位へと遷移することができる。電子が高いエネルギー準位から低いエネルギー準位へと遷移すると、エネルギーを放出する。この放出されたエネルギーは、多くの場合、光の形をとる。これが、上の写真に写っている花火の現象を説明するものである。花火が爆発するとき、電子はエネルギーを獲得し、より高いエネルギー準位へと遷移する。
通常のエネルギーレベルに戻ると、エネルギーは光として放出されます。原子ごとに電子の配置が異なるため、異なる色の光を発します。
エネルギーレベルと軌道とは何ですか?
水素原子は最も小さな原子です。水素原子は原子1個から構成されています。この1個の原子は最も低いエネルギー準位にあります。原子核が大きいほど、より多くの電子が存在します。電子は常に最も低いエネルギー準位に最初に導入され、そこに最も多くの電子が収容されるまで続きます。その後、電子はより高いエネルギー準位に順次追加され、完全に満たされるまで続きます。
特定のエネルギー準位にはいくつの電子が収容できるでしょうか? エネルギー準位 I には 2 つの電子しか収容できませんが、エネルギー準位 II には最大 8 つの電子を収容できます。最大収容数は、各エネルギー準位の軌道の数によって決まります。軌道とは、原子内で電子が最も収容されやすい領域の体積のことです。ご覧のとおり、軌道の中には球に似ているもの (S 軌道) もあれば、重りに似ているもの(P 軌道)もあります。他の種類の軌道も存在します。
最外層の何が特別なのでしょうか?
原子の最外殻電子は、独特の重要性を持っています。これらの電子は価電子と呼ばれ、原子の多くの性質を決定します。原子は、最外殻電子が保持できる数だけ電子を持っているときに最も安定します。例えば、ヘリウムは第一エネルギー準位に2つの電子を持っています。この準位には2つの電子しか収容できないため、ヘリウムの唯一の準位は電子で満たされています。その結果、ヘリウムは非常に安定した元素となります。つまり、ヘリウム原子は他の元素の原子と反応する可能性が低いのです。
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