質問 4 （６．２００２）
電子配置の閉殻構造は安定ということで、Naは電子が１個とれて、1s22s22p6の閉殻構造のNa+になりやすい。Mgは２個の電子がとれて閉殻構造のMg2+になる。Clでは、逆に電子を１個受け取って、1s22s22p63ｓ23ｐ6の閉殻構造のCl-となるということでした。鉄のイオンとしてFe2+とFe3+の二つがあるのですが、電子配置の閉殻構造の安定性から、どのように説明されるのですか？
回答
鉄の原子番号は26で、Fe原子の２６個の電子の電子配置は1s22s22p63s23p64s23d6であることは講義でお話しをしました。Fe2+の電子配置は４ｓ電子の2つの電子がとれて1s22s22p63s23p63d6となります。Fe3+の場合は、Fe2+の電子配置からさらに３ｄ電子が1個とれて、1s22s22p63s23p5となります。どうして４ｓ電子が先にとれるのだろう。３ｄ軌道のエネルギーが高いのだから、よりとれやすいのは３ｄ電子のはずではないか。という疑問が浮かび上がってきます。これはクロム（原子番号24）と銅（原子番号29）の原子の電子配置（Cr；1s22s22p63s23p64s13d5、Cu；1s22s22p63s23p64s13d10）のところで出て来た不規則性に関係があります。４ｓ軌道と３ｄ軌道の順番は原則的には４ｓ＜３ｄですが、そのエネルギー差は小さいのです。３ｄ電子の配置による安定さによって、むしろ４ｓ軌道のほうがエネルギー的に高く（不安定に）なってしまうことがあります。Fe2+とFe3+を比較しますと、Fe3+のほうが安定です。Fe2+は放っておくとFe3+に変化しますが、その逆はありません。これはFe3+の電子配置が３ｄ５になっている、つまり５つの３ｄ軌道に1個ずつ5個の電子が入っている状態はここちよさ（エネルギー的安定）をもたらすからです。
基礎化学の講義ですので、できるだけ単純化して説明をしました。でも、実際はいろいろ複雑な面倒なこと（不規則的、例外的なこと）も起こっているわけです。