パウリの排他原理とフントの規則とは？違いを図解で3分【化学】

電子配置で最初につまずきやすいのが「パウリの排他原理」と「フントの規則」です。

どちらも電子の入り方のルールですが、パウリは1つの軌道の中、フントは同じエネルギーの軌道どうしと、決めている範囲が違います。

この規則は、原子の中の電子がどうやって配置されるかを教えてくれるものです。重要な規則なのですが、最初は難しく感じます。

この記事では、具体例で2つのルールの違いを整理します。

パウリの排他原理とフントの規則の違い【早見表】

2つの規則は「どの範囲のことを決めているか」が違います。先に表で押さえてから、下の図解で確認してください。

	パウリの排他原理	フントの規則
決めていること	1つの軌道に入れる電子の数と向き	同じエネルギーの複数の軌道への入り方
内容	2個まで。2個入るならスピンは逆向き	まず1個ずつ別の軌道に。スピンはそろえる
図で言うと	↑↓ はOK、↑↑ はNG	p軌道3つに ↑ ↑ ↑ と入れてから ↑↓ ↑ ↑
代表例	He（1s に ↑↓）	C（2p に ↑ ↑ と1個ずつ）、N（2p に ↑ ↑ ↑）
破るとどうなる	同じ状態の電子が2個になり、量子力学的にあり得ない	エネルギーが高い（不安定な）配置になる
よくある間違い	↑↑ と同じ向きで2個入れる	2p の1つ目の軌道に ↑↓ と先に2個入れる

「排他律」「排他原理」「禁制原理」は表記が違うだけで同じ法則

検索すると「パウリの排他律」「パウリの排他原理」「パウリの禁制原理」という複数の表記が出てきて混乱しますが、すべて同じ法則を指しています（英語ではPauli exclusion principle）。

電子軌道を理解しよう！

まずは高校化学の復習から！

高校化学で、電子殻について学習したことを覚えていますでしょうか。高校の時に習った内容を簡単にまとめると

ここでは、「それぞれの殻のなかに何個の電子が入るのか」ということしか言及されていませんでした。

しかしこれから登場する「電子軌道」という考え方を用いることで、電子がどこに存在していそうか、という議論をすることができます。

電子軌道とは？

電子は、どこに存在しているかを正確に特定することができません。そこで、電子が存在してそうな場所を数学的に明らかにしました。

それがs軌道,p軌道,d軌道,f軌道…というものです。

この軌道の大きなルールを以下にまとめます。

これらのルールに則ると、高校化学の「殻」と「軌道」は以下のようにリンクしますね。

どういう順番で電子は収容されていく？

s,p,d…軌道にそれぞれ２つずつ電子は入っていくことは分かりましたが、ではどういう順番で入っていくのかを次にご紹介します。これは分かりやすい図があるので、参考にしてください。

上記の図のように、①から順番に左斜め上に見ていきます。するとそれが電子が入っていく順番になっています。

具体的には、1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d…という順番になっていますね。4p の次は 4d ではなく 5sです。

ここを飛ばすと、それ以降がすべてずれます。

ではちょっと具体例で練習してみましょう。

練習問題①：₁₈Arの電子配置を書いてみましょう。

練習問題②：₃₄Seの電子配置を書いてみましょう。

この順番の決まりが「構成原理」：エネルギーの低い軌道から入る

ここまでの「1s→2s→2p→3s…の順に、1つの軌道に2個まで電子を入れていく」という決まりには名前があり、構成原理（英語で aufbau principle）と呼ばれます。

公式の用語集での構成原理の定義

IUPAC（国際純正・応用化学連合）の用語集は、構成原理を「原子や分子の電子配置を組み立てるための規則で、軌道エネルギーの低い順に、1つの軌道に最大2個ずつ電子を入れる。エネルギーの低い軌道が埋まってから、高い軌道に電子が入る」という意味の文で定義しています。

電子配置を決める3つの決まり

電子配置を決める3つの決まりは、それぞれ答えている問いが違います。

• 構成原理：どの軌道から入れるか（エネルギーの低い順）
• パウリの排他原理：1つの軌道に何個まで入るか（2個まで・スピンは逆向き）
• フントの規則（Hund の規則）：エネルギーの等しい軌道が複数あるとき、どう入るか（1個ずつ・スピンをそろえる）

パウリの排他原理とフントの規則は、このあとの節で1つずつ説明します。

出典：IUPAC Compendium of Chemical Terminology（Gold Book）第5版「aufbau principle」doi:10.1351/goldbook.AT06996（出典元 Pure and Applied Chemistry 1999年71巻「Glossary of terms used in theoretical organic chemistry」）（2026年10月13日確認）

ここまで理解できたでしょうか。次に「電子のスピン」をご紹介しますね。

電子のスピンを理解しよう！

多くの実験から、電子はまるで自転しているかのような性質を持っていることが分かりました。

詳しくは省略しますが、電子には、上向き（アップスピン）と下向き（ダウンスピン）の2つの状態があることを覚えておいてください。

電子のスピンはこれくらいで大丈夫です。次に「パウリの排他原理（パウリの排他律）」をご紹介します。ここで離脱する方が多いですが、頑張って読んでみてください！

パウリの排他原理とは？1つの軌道に電子は2個まで・逆向き

パウリの排他原理は分かりやすく一言で表すと、

同じ原子内の同じ軌道（エネルギー準位）にある2つの電子は、同じスピン状態（量子状態）を持つことができない。

という規則のことです。もう少し噛み砕いて言うと、同じ軌道に2つの電子が入る場合、必ずスピンが逆向きでなければならないということです。

例えば、ヘリウム原子（He）は2つの電子を持っていますね。先ほど、1つの軌道には、2つしか電子が入らないと説明しましたが、ヘリウムの電子はパウリの排他原理に従うと、2つの電子は次のように配置されます。

　１つの軌道には、２つの異なるスピン状態電子が入るということを理解していただけたと思います。これでどんな原子でも、電子配置が書ける…と思いきや、もう１つの超重要なルールがあります。

それが「フントの規則」です。以下にご紹介します。

正式な定義：4つの量子数がすべて同じ電子は、2個存在できない

大学の教科書では、パウリの排他原理を「1つの原子の中で、4つの量子数がすべて同じ電子は2個以上存在できない」と説明します。量子数は、電子の状態を表す4つの番号です。

量子数	記号	表しているもの
主量子数	n	どの殻か（1＝K殻、2＝L殻…）
方位量子数	l	軌道の形（s・p・d・f）
磁気量子数	m	同じ形の軌道のどれか（pならpx・py・pzのどれか）
スピン量子数	s	スピンの向き（↑か↓の2通り）

1つの軌道は、n・l・mの3つで決まります。残るスピンは↑と↓の2通りしかないので、1つの軌道に入れる電子は2個まで、2個入るなら向きは逆になります。

上の早見表の「2個まで・逆向き」は、この定義から出てくる結論です。

フントの規則（フントの法則）とは？同じエネルギーの軌道に1個ずつ入る

フントの規則も分かりやすく一言で表すと、

エネルギーが等しい軌道が複数あるときは、まずは別々の軌道に、スピンの向きをそろえて入っていく

という規則のことです。ドイツの物理学者フリードリッヒ・フントが発見したものなのですが、これだけだと分かりにくいので、具体例を出して説明します。

フントの規則はなぜ成り立つのか

電子はどれもマイナスの電気を持っているので、互いに反発します。同じ軌道に2個詰めるより、別々の軌道に分かれて入ったほうが反発が小さく、エネルギーが低い（安定な）状態になります。

さらに、別々の軌道に入った電子は、スピンの向きをそろえたほうがエネルギーが低くなることが分かっています（交換相互作用と呼ばれる量子力学の効果です）。

そのため、同じエネルギーの軌道には「1個ずつ・同じ向き」で入っていきます。

炭素原子の電子配置を考えよう

ここでは、炭素原子（C）の電子配置を考えます。炭素原子は6個の電子を持っていますね。よってこれまでのことを踏まえると以下のように考えてしまいたくなります。

しかしここで「フントの規則」を思い出してください。まずは別々の軌道に、スピンの向きをそろえて入っていきます。ですので、p軌道は以下のようになるんです。

丸で囲ってある番号は、電子を埋めていく順番を表しています！まずはs軌道、その後p軌道という順番で考えていきます！

規則を分かっていただけましたでしょうか。最後に練習問題を解いてみてください！

練習問題③：₃₄Seの電子配置をスピンを用いて書いてみましょう。

練習問題②の答えも参考にしながら、実際にスピンを書いてみましょう！

〈解答と考え方〉
34Seは、練習問題②より、1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁴となることが分かりましたね。

ここで１つ思うことが、

ということですよね。しかしそこは安心してください。希ガスの電子配置を書くことで省略することが許されています。

今回の問題であるSeでいうと、その前に登場する希ガスであるAr（アルゴン）の電子配置を借りてこのように書いてOKです。

[Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁴ という表記でOK！

さらに実際にスピンを書く際も、すべて矢印を書く必要はなく、[Ar]としておいて、その後から書けばOKです。実際に書いてみましょう。

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原子番号1〜18の不対電子の数を、NISTの実測データで確かめる

フントの規則で書いた電子配置が実際の原子と合っているかは、測定データで確かめられます。

アメリカ国立標準技術研究所（NIST）の原子スペクトルデータベースには、中性原子ごとに基底状態の電子配置と「基底項」（3P・4S などの記号）が載っています。

基底項の左上の数字は 2S＋1 で、不対電子の数＝左上の数字−1 で計算できます（不対電子1個がスピン 1/2 を持つため）。

元素	電子配置（NIST）	基底項（NIST）	不対電子の数（計算）	フントの規則で数えた数
1 H	1s	2S	1	1
2 He	1s2	1S	0	0
3 Li	[He]2s	2S	1	1
4 Be	[He]2s2	1S	0	0
5 B	[He]2s2 2p	2P	1	1
6 C	[He]2s2 2p2	3P	2	2
7 N	[He]2s2 2p3	4S	3	3
8 O	[He]2s2 2p4	3P	2	2
9 F	[He]2s2 2p5	2P	1	1
10 Ne	[He]2s2 2p6	1S	0	0
11 Na	[Ne]3s	2S	1	1
12 Mg	[Ne]3s2	1S	0	0
13 Al	[Ne]3s2 3p	2P	1	1
14 Si	[Ne]3s2 3p2	3P	2	2
15 P	[Ne]3s2 3p3	4S	3	3
16 S	[Ne]3s2 3p4	3P	2	2
17 Cl	[Ne]3s2 3p5	2P	1	1
18 Ar	[Ne]3s2 3p6	1S	0	0
24 Cr	[Ar]3d5 4s（順番どおりなら 3d4 4s2）	7S	6	4
29 Cu	[Ar]3d10 4s（順番どおりなら 3d9 4s2）	2S	1	1

NISTの表の基底項には、右下の数字（3P0 の 0 など）や記号が付いています。ここでは不対電子の計算に使う左上の数字と文字だけを書きました。Li〜Ne の「[He]」は、NISTが 1s2 から書いている部分をまとめたものです。

原子番号18までは、構成原理の順に入れてフントの規則で1個ずつ並べると、実測の不対電子の数がすべて一致しました。

ずれが出るのは3d軌道が埋まり始める21番以降で、上のグラフのとおりクロムだけが6個と飛び出します。

試験で問われるC・N・Oの範囲では、この記事の書き方で答えが実測と合います。

出典：NIST Atomic Spectra Database「Ionization Energies Data」（H〜Zn の中性原子、Ground Shells・Ground Level 列）／文部科学省「高等学校学習指導要領（平成30年告示）解説 理科編 理数編」（89・106・107ページ）（2026年10月13日確認）

パウリの排他原理・フントの規則のよくある質問

まとめ：電子配置は「順番→フント→パウリ」の3手順

電子配置は、①順番どおりに軌道を埋める → ②同じエネルギーの軌道はフントの規則で1個ずつ → ③2個目はパウリの排他原理で逆向き、の3手順で必ず書けます。

原子や分子の安定性、化学結合の理解はここが基礎になります。

この記事で確認した資料

高校の化学基礎で扱う電子配置の範囲（原子の構造、電子配置と周期表。原子の電子配置については代表的な典型元素を扱う）は、文部科学省の高等学校学習指導要領解説 理科編で確認しました。

軌道・スピンの説明は大学初年度の一般化学の内容です（2026年9月13日確認）。

文部科学省「高等学校学習指導要領（平成30年告示）解説 理科編 理数編」（化学基礎・物質の構成粒子）

【補足】このあたりの単元で混乱している場合、原因は今の単元ではなく前の単元の理解の穴にあることが多いです。手前の単元まで戻って演習し直すほうが、結局は速く終わります。

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