3d,4s,4f,5p,6sの軌道をエネルギーの小さい順に並べよ

導入

軌道をエネルギーの小さい順に並べるには、まず軌道のエネルギー順位を理解する必要があります。

原子の電子配置において、軌道のエネルギー順位は主量子数 (n) と方位量子数 (l) によって決まります。

一般的には、エネルギーは主量子数が小さい方が低く、同じ主量子数ならば方位量子数が小さい方が低くなります。

解説

以下のルールを用います

1. エネルギーが低い順に並べるには、(n + l) の値が小さい方がエネルギーが低い。
2. (n + l) が同じ場合は、n が小さい方がエネルギーが低い。

これを基にして与えられた軌道をエネルギーの小さい順に並べます。

• 3d軌道: n = 3, l = 2 → n + l = 5
• 4s軌道: n = 4, l = 0 → n + l = 4
• 4f軌道: n = 4, l = 3 → n + l = 7
• 5p軌道: n = 5, l = 1 → n + l = 6
• 6s軌道: n = 6, l = 0 → n + l = 6

これらの軌道を (n + l) の値が小さい順に並べると

1. 4s: n + l = 4
2. 3d: n + l = 5
3. 5p: n + l = 6
4. 6s: n + l = 6
5. 4f: n + l = 7

(n + l) の値が同じ場合は、n が小さい方がエネルギーが低いので、5pが6sよりエネルギーが低いです。

したがって、エネルギーの小さい順に並べると

4s < 3d < 5p < 6s < 4f

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