原子の電子配置（第4周期まで）と電子軌道のエネルギー準位

希ガスでは、最外殻の電子軌道にすべての電子が入っている。また、VからCr、NiからCuにかけて、それまでの規則性が崩れていることがわかる。

第4周期の電子配置

Arまで、つまり第3周期までは、K殻s軌道、L殻s軌道、L殻d軌道…と順番に電子が配置されるが、Scから電子配置が変則的になる。第4周期だけとりだすと次のようになる。

アルカリ金属のKとアルカリ土類金属のCaは、電子がM殻d軌道ではなく、N殻s軌道に入る。そしてN殻s軌道が埋まると、その後はM殻d軌道に1、2、3と入っていくが、CrとCuで順番が再び逆転する。高校化学でもCrとCuは「特殊な元素」として扱われるが、その特殊性はこの変則的な電子配置が影響している。

第4周期の電子配置の特殊性

• KとCaはM殻d軌道ではなく、N殻に電子が入る
• Sc、Ti、Vまでは電子がM殻d軌道に順番に入る
• CrはN殻s軌道の電子が1個だけM殻d軌道に移る
• Mn、Fe、Co、Niは順番に入る
• CuはN殻s軌道の電子が1個だけM殻d軌道に移る

電子配置が変則的になるScからCuまでを遷移元素という。

1sから5fまでのエネルギー準位

エネルギー準位が高い順

5f
5d
4f
5p
4d
5s
4p
3d
4s
3p
3s
2p
2s
1s

エネルギー準位に応じて電子は入る。3dよりも4sのほうがエネルギー順位が低いことから、KとCaでは価電子が内側の3d（M殻d軌道）でなく、外側の4s（N殻s軌道）に入る。Sc以降は、4pでなく3dに電子が入る。