电子亚层在相同电子层中电子能量还有微小的差别

电子亚层在相同电子层中电子能量还有微小的差别

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电子亚层在相同电子层中电子能量还有微小的差别，电子云形状也不相同，根据这些差别把一个电子层分为几个亚层。在同一电子层中，电子的能量还稍有差异，电子云的形状也不相同。因此电子层还可分成一个或n个电子亚层。K 层只包含一个s亚层；L层包含s和p两个亚层；M层包含s、p、d三个亚层；N层包含s、p、d、f 四个亚层。

电子亚层之一电子亚层可用表示，=0、1、2、3、…（n-1），n为电子层数。即K层（n=1）有0一个亚层（s）；L层（n=2）有0、1两个亚层，即2s、2p；M层（n=3）有0、1、2三个亚层，即3 s、3p、3d。同理N层有4s、4p、4d、4f四个亚层。不同亚层的电子云形状不同，s亚层（=0）的电子云形伏为球形对称；p亚层（=1）的电子云为无柄哑铃形（纺锤形）；d亚层（=2）的电子云为十字花瓣形等。同一电子层不同亚层的能量按s、p、d、f序能量逐渐升高。

电子亚层之二通过对许多元素的电离能的进一步分析，人们发现，在同一电子层中的电子能量也不完全相同，仍可进一步分为若干个电子组。这一点在研究元素的原子光谱中得到了证实。

电子亚层分别用s、p、d、f等符号表示。不同亚层的电子云形状不同。s亚层的电子云是以原子核为中心的球形，p亚层的电子云是纺锤形，d亚层为花瓣形，f亚层的电子云形状比较复杂。

电子亚层之三受磁量子数的控制，s层有一个轨道，p层有三个轨道，d层有五个轨道，等等，（根据自旋量子数，每个轨道可容纳2个电子）。

由于亚层的存在，使同一个电子层中电子能量出现不同，甚至出现低电子层的高亚层能量大于高电子层的低亚层，即所谓的能级交错现象。各亚层能量由低到高排列如下：

1s，2s，2p，3s，3p，4s，3d，4p，5s，4d，5p，6s，4f，5d，6p，7s，5f，6d.......

有一个公式可以方便记忆：ns<(n-2)f<(n-1)d<np 只要记住其中d亚层从3d开始，f亚层从4f开始就行了。写能级顺序时n从1开始取，f前的n>=6,d前的n>=4。

一、原子轨道和电子云

二、轨道量子数与原子能级

从解薛定谔方程所引进的一套参数n, l, m（称为量子数）的物理意义、取值以及取值的组合形式与核外电子运动状态的关系如下：

（一）主量子数（n）

描述电子离核的远近，确定原子的能级或确定轨道能量的高低。决定轨道或电子云的分布范围。一般，n 值越大，电子离核越远，能量越高。主量子数所决定的电子云密集区或能量状态称为电子层（或主层）。

主量子数n 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, … （共取n个值）

电子层符号K，L，M，N, O, P, Q , …

（二）角量子数（副量子数）( l )

同一电子层（n)中因副量子数（l)不同又分成若干电子亚层（简称亚层，有时也称能级）。l确定同一电子层中不同原子轨道的形状。在多电子原子中，与n 一起决定轨道的能量。

副量子数l = 0, 1, 2, 3, 4, …, n -1 （共可取n 个值））

亚层符号s，p、d、f、g……

轨道形状园球双球花瓣八瓣

（三）磁量子数（m）

确定原子轨道在空间的伸展方向。

m = 0, ±1, ±2, ±3, …, ±l 共可取值( 2l +1)个值

s p d f

轨道空间伸展方向数： 1 3 5 7 ( m的取值个数)

n, l 相同，m不同的轨道能量相同。也即同一亚层中因m不同所代表的轨道具有相同的能量。通常将能量相同的轨道互称为等价轨道或简并轨道。

三个量子数的取值关系：

L 受n 的限制：

n =1 l = 0 m = 0

n =2 l = 0, 1 m = 0

n =3 l = 0, 1, 2 m = 0, ±1, ±2

m 的取值受l 的限制：如

l = 0 m = 0

l = 1 m = -1, 0, +1

l = 2 m = -2, -1, 0, +1, +2

三个量子数的一种组合形式决定一个Ψ ，而每一个Ψ又代表一个原子轨道，所以三个量子数都有确定值时，即确定核外电子的一种电子运动状态。

（四）原子能级

在多电子原子中，原子的能级除受主量子数（n)影响外，还与副量子数（l）有关，其间关系复杂。下图表示了若干元素原子中能级的相对高低。

由图可以看出：

（1）单电子原子（Z=1)中，能量只与n有关，且n↑，E↑

（2）多电子原子（Z≥ 2）中,能量与n、l有关。

①n 相同，l 不同，则l↑，E↑

如：Ens＜Enp＜End＜Enf

②l 相同，n 不同，则n↑，E↑

如：E1s＜E2s＜E3s……

E2p＜E3p＜E4p……

E3d＜E4d＜E5d……

“（3）能级交错

若n和l都不同，虽然能量高低基本上由n的大小决定，但有时也会出现高电子层中低亚层（如4s）的能量反而低于某些低电子层中高亚层（如3d）的能量这种现象称为能级交错。能级交错是由于核电荷增加，核对电子的引力增强，各亚层的能量均降低，但各自降低的幅度不同所致。能级交错对原子中电子的分布有影响。”

三、电子的自旋与电子层的最大容量

1.自旋量子数（ms）

用分辨能力很强的光谱仪来观察氢原子光谱，发现一条谱线是由靠得非常近的两条线组成，为氢原子的精细结构，1925年琴伦贝克和高斯米特，根据前人的实验提出了电子自旋的概念，用以描述电子的自旋运动。

自旋量子数ms 有两个值(+1/2，-1/2)，可用向上和向下的箭头(“↑”“↓”)来表示电子的两种所谓自旋状态。结论：描述一个电子的运动状态，要用四个量子数（n，l，m ，ms ），同一原子中，没有四个量子数完全相同的两个电子存在。

2.原子核外电子排布的一般规律