原子轨道的种类

原子轨道的种类

作为薛定谔方程的解，原子轨道的种类取决于主量子数(n)、角量子数(l)和磁量子数(ml)。其中，主量子数就相当于电子层，角量子数相当于亚层，而磁量子数决定了原子轨道的伸展方向。另外，每个原子轨道里都可以填充两个电子，所以对于电子，需要再加一个自旋量子数(ms)，一共四个量子数。

n可以取任意正整数。在n取一定值时，l可以取小于n的自然数，ml可以取±l。不论什么轨道，ms都只能取±1/2，两个电子自旋相反。因此，s轨道（l=0）上只能填充2个电子，p 轨道（l=1）上能填充6个，一个亚层填充的电子数为4l+2。

具有角量子数0、1、2、3的轨道分别叫做s轨道、p轨道、d轨道、f轨道。之后的轨道名称，按字母顺序排列，如l=4时叫g轨道。

排布的规则

电子的排布遵循以下三个规则：

能量最低原理

整个体系的能量越低越好。一般来说，新填入的电子都是填在能量最低的空轨道上的。

Hund规则

电子尽可能的占据不同轨道，自旋方向相同。

Pauli不相容原理

在同一体系中，没有两个电子的四个量子数是完全相同的。

同一亚层中的各个轨道是简并的，所以电子一般都是先填满能量较低的亚层，再填能量稍高一点的亚层。各亚层之间有能级交错现象：

1s

2s 2p

3s 3p

4s 3d 4p

5s 4d 5p

6s 4f 5d 6p

7s 5f 6d 7p

8s 5g 6f 7d 8p

...

有几个原子的排布不完全遵守上面的规则，如：

Cr：[ Ar ]3d54s1

这是因为同一亚层中，全充满、半充满、全空的状态是最稳定的。这种方式的整体能量比3d44s2要低，因为所有亚层均处于稳定状态。

排布示例

以铬为例：

铬原子核外有24个电子，可以填满1s至4s所有的轨道，还剩余4个填入3d轨道：

1s22s22p63s23p64s23d4

由于半充满更稳定，排布发生变化：

1s22s22p63s23p64s13d5

除了6个价电子之外，其余的电子一般不发生化学反应，于是简写为：

[Ar]4s13d5

这里，具有氩的电子构型的那18个电子称为“原子实”。一般把主量子数小的写在前面：[Ar]3d54s1

电子构型对性质的影响

主页面：元素周期律

电子的排布情况，即电子构型，是元素性质的决定性因素。

为了达到全充满、半充满、全空的稳定状态，不同的原子选择不同的方式。具有同样价电子构型的原子，理论上得或失电子的趋势是相同的，这就是同一族元素性质相近的原因；同一族元素中，由于周期越高，价电子的能量就越高，就越容易失去。

元素周期表中的区块是根据价电子构型的显著区别划分的。不同区的元素性质差别同样显著：如s区元素只能形成简单的离子，而d区的过渡金属可以形成配合物