原子的电子壳层结构
原子的电子壳层结构
泡利不相容原理 前面已经叙述。在这里，我们可更 具体地表述为在一个原子中，任何两个电子不可能具有完 全相同的一组量子数（n , l , ml , ms ) 。 能量最低原理 原子处于未激发的正常状态时，在不
违背泡利不相容原理的条件下，每个电子都趋向占据可能的 最低能级，使原子系统的总能量尽可能的低。
Sb Te
4d
Nb Mo Tc Ru Rh Pd
5s
Rb Sr
Ag Cd
能 4s 量
K Ca
4p
Ga Ge As Se
Br Kr Sc Ti
3d
V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
3p
Al Si P S Cl A
3s
Na Mg
2p
B C
N O F Ne
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根据徐光宪定则，对原子外层的电子， 能级高低由 ( n + 0.7 l ) 的大小来确定， 其值越大，能级越高。得
原子结构的量子理论
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原子的电子壳层结构
原子的电子壳层结构
如前所述，氢原子核外电子的运动状态由四个量子数（n , l , ml , ms ) 决定。 对于其它多电子的原子，其薛定谔方程比氢原子的情况要复杂得多，但近似计算表明， 其核外电子的运动状态仍由四个量子数决定，即
原子结构知识：原子的壳层结构
原子结构知识：原子的壳层结构原子是构成物质的基本单位，由一个中心的原子核和围绕其运动的电子构成。
在量子力学理论中，原子的电子分布在不同的壳层上，每个壳层可以容纳一定数量的电子。
原子的壳层结构对于解释原子的化学性质和物理性质至关重要，因此我们有必要深入了解原子的壳层结构及其性质。
1.原子的壳层结构原子的壳层结构由一系列能量不同的壳层构成，这些壳层依次编号为K、L、M、N、O、P等。
每个壳层内又包含不同的亚壳层，分别用s、p、d、f等字母来表示。
这些壳层和亚壳层的能级顺序是确定的，而且每个壳层和亚壳层也有一定的容纳电子数。
2.壳层的命名壳层的命名是根据德国物理学家C.G. Moseley的工作而得到的。
他发现原子的核电荷数Z与原子的光谱线关系密切，根据他的工作，原子核电荷数Z也就是原子序数也就是元素周期数。
3.壳层的能级原子的壳层能级随着壳层的增加而变化。
一般情况下，第一层K的能级最低，依次为L、M、N等。
在同一壳层内，不同亚壳层的能级也有所不同，通常s亚壳层的能级最低，依次为p、d、f等。
4.壳层的容纳电子数每个壳层可以容纳一定数量的电子，这个数量是按照一定规律排布的。
第一壳层K能容纳2个电子，第二壳层L能容纳8个电子，第三壳层M能容纳18个电子，第四壳层N能容纳32个电子，第五壳层O 能容纳50个电子，以此类推。
5.壳层的电子排布在填充壳层的电子时，遵循“先满足低能级，再填充高能级”的原则，即按照泡利的排斥原理，不同自旋的电子首先占据同一个轨道，并且每条轨道最多容纳两个电子，且二者的自旋量子数应相反。
其次是哈特里-福克定则，也就是说，同壳层的电子排布时首先填充s轨道然后填充p轨道。
6.壳层的化学性质壳层结构对原子的化学性质产生了重要影响。
原子的壳层结构决定了原子的电子结构、原子的化学键合方式、原子的物理性质等。
例如，稀有气体的原子壳层结构十分稳定，因此它们不易与其他元素发生化学反应。
而某些元素由于壳层结构的特殊性质，能够形成特定的化合物和离子，从而展现出特殊的化学性质。
15-2-电子自旋及原子的电子壳层结构
今日作业
15－34，35，37
l 0,1,2,(n 1)
（角量子数）
（3）空间量子化（轨道角动量方向量子化）
Lz
ml
h
2
ml 0,1,2 l
（磁量子数）
0,
n 3 l 1,
2
取l 2， z L
6h
2
Lz 2h
Lz h
L
ml 0 ml 0, 1
ml 0, 1, 2
Lz
0,
h
2
,
2 h
2
z
Lz 2h
L Lz h
Lz 0
1. 四个量子数
（1）主量子数 n 1,2,
决定原子中电子的能量。
（2）角量子数 l 0,1,2,(n 1)
决定原子中电子的轨道角动量，部分决定其能量。
（3）磁量子数 ml 0,1,2 l
决定电子的轨道角动量在外磁场中的取向。
（4）自旋磁量子数
ms
1 2
决定电子的自旋角动量在外磁场中的取向。
九、原子的电子壳层结构
l 3 ml 0,1,2,3
z
3 Lz 2 h
h 1h 2
0 1h
2
h 3h
2
L
3h
十、关于量子力学的争论
以Bohr为首的哥本哈根学派的观点：
（1）波函数的几率诠释； （2）测不准关系； （3）互补性观点。
量子力学是统计理论， 是完备的理论。
Einstein认为：
“我相信有可能建立一个理论，它能给出实在的完备 描写，它的定律确立事物本身之间的关系，而不仅仅是 它们的几率之间的关系。……量子力学给人的印象是深 刻的。但是一个内部的声音告诉我，这还不是真正的理 论。 这个理论给出了许多结果，但是并没有使我们离 上帝的秘密更近一些。无论如何，我确信他不玩骰子。”
第6章 原子的壳层结构
19
4 自旋对电子态填充的影响
对于未满支壳层的原子，其原子态只决定于未满支壳层上的电子组态 .未满支壳 层上的电子的填充次序与电子自旋有关. 填充2p支壳层三个格子的次序，是先在 一个各自填充一个电子，然后再在各格子里填上反向自旋的另一个电子。
对n和l相同时，电子能量与自旋排列有关。电子的波函数由轨道和
72 98
主壳层：最多的电子数2n2, K壳层最多可容纳2个电子，L壳层最多可容纳 8个电子，M壳层可容纳18个电子，等等 子壳层：最多的电子数2(2l+1). S子壳层最多可容纳2个电子， P子壳层6个，d子壳层10个,f子壳层14个…等等. 满壳层：主壳层的电子数等于2n2的壳层称为满壳层
2 电子填充壳层遵从两个原理： 1) 泡利 ( W.Pauli )不相容原理： 在原子中不可能有相同的一组量子数(n, l, m, ms )；既不 可能有两个或两个以上的电子占据同一个状态， n l
n确定原子中电子在核外空间运动轨道的大小和能量的高低。一般说来， n大，能量高，轨道半径大。
2. 角量子数 l ( 0，1，2，……. , n -1 )
L l (l 1)
l决定电子轨道的形状和角动量的大小，同时也与能量有关. n相同时， l 大，能量高。
3. 磁量子数 ml ( 0，±1， ± 2，……. , ± l )
1sl02sl12pl13s3pl13dl21218如果电子正好填满支壳层m的正值和负值成对出现原子的自旋角动量轨道角动量和总角动量都等于零这种原子的基态为1014每个格子可填两个电子双人间如果电子正好填满支壳层m的正值和负值成对出现原子的自旋角动量轨道角动量和总角动量都等于零这种原子的基态为如p支壳层填满时有6个电子这6个电子的角动量之和为零对原子总角动量没贡献
高一核外电子排布的知识点
高一核外电子排布的知识点核外电子排布是指原子核外的电子在各个电子壳层中的分布情况。
了解核外电子排布的知识点对于理解原子结构和化学反应具有重要意义。
本文将从电子壳层结构、能级分布和填充规则三个方面介绍高一核外电子排布的知识点。
一、电子壳层结构原子核外电子围绕原子核运动，分布在若干个电子壳层中。
常见的电子壳层分别用K、L、M、N等字母表示，由内向外依次排列。
每个电子壳层都有一定数量的电子能位，其中K层最接近原子核，能位最低，依次递增。
根据量子力学理论，每个电子壳层中能容纳的电子数量为2n^2（n为电子壳层的主量子数），即K层能容纳2个电子，L层能容纳8个电子，M层能容纳18个电子，N层能容纳32个电子等。
二、能级分布在每个电子壳层中，存在不同能级的电子轨道。
能级指的是电子在电子壳层中可能所处的位置，每个能级又可以分为不同的轨道。
根据量子力学理论，每个电子壳层的能级数目等于主量子数n的值。
以K 层为例，K层只有一个能级，即1s能级；L层有两个能级，即2s和2p 能级；M层有三个能级，即3s、3p和3d能级；N层有四个能级，即4s、4p、4d和4f能级。
三、填充规则根据泡利不相容原理和洪特规则，电子填充壳层时遵循以下规则：1. 泡利不相容原理：同一个原子中的电子不能拥有完全相同的四个量子数，即每个电子的量子态必须不同。
这意味着每个能级中的电子自旋量子数必须相异。
2. 洪特规则：电子首先填充低能级的能位，然后才填充高能级的能位。
按照洪特规则，电子填充顺序为：1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s→ 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d →7p。
根据以上填充规则，我们可以知道每个电子壳层的电子排布情况。
以氧原子（O）为例，氧原子的原子序数为8，因此氧原子的电子壳层结构为：1s^2 2s^2 2p^4。
其中1s层有2个电子，2s层有2个电子，2p层有4个电子。
原子核的壳模型
1g v 1,l 3
……
根据泡利原理，同一l的状态最多能容纳2(2l+1)个同类核子，从而可以得出 谐振子势阱中同类核子填满相应能级时的总数。
由下表看出谐振子势阱只给出前面三个幻数：2，8，20，其它幻数没有 出现。
3）、直角方阱势下单粒子的运动能级
在直角方阱势下：
V (r) 0V0
n--- 主量子数
l--- 轨道角动量量子数
ml , ms ---轨道磁量子数和自旋磁量子数
n取正整数：n=1,2,3,……
对一定的n,l取值,l=0,1,2,…n-1，共n。
对一定的l, ml 取值：
ml =l,l-1,l-2,…,-l 共2l+1
对一个 ms ,
m
=±1/2
s
对于库仑场，在不考虑电子自旋与轨道运动相互作用的情况下，电子的
H res为剩余相互作用
A
A
H res V (ij) V (i)
i j 1
i 1
求解Schrödinger方程的一种近似途径是选择一个较好的平均势V(i),使
剩余相互作用H res H和0 相比很小，可当作微扰来处理。
在独立粒子近似下，忽略剩余相互作用，则Schrödinger方程变为：
能量状态由n和l决定。
对某一个确定的n,l相同的状态，能量都一样，因而某一给定l的2l+1个状 态，能量都相同。
由泡利不相容原理，对于自旋s=1/2的电子，它服从泡利原理。这样， 在能量相同的同一个l能级上总共可以容纳2(2l+1)个电子。
对于l=0,1,2,3,4,5,6,7,分别用s,p,d,f,g,h,I,j,…表示 ∴对于s能级，最多容纳的电子数N=2
原子结构知识：原子的壳层结构
原子结构知识：原子的壳层结构原子是物质的基本单位，由质子、中子和电子组成。
电子以壳层分布在原子核周围，这种壳层结构对原子的性质和化学行为起着重要作用。
本文将从壳层结构的概念及组成、壳层能级、壳层填充规律等方面进行详细介绍。
一、壳层结构的概念及组成1.1壳层结构的概念壳层结构是指原子中电子的分布方式。
由于电子是负电荷，它们在原子核周围的运动会受到核的引力和相互排斥力的作用。
壳层结构是原子电子在不同轨道上的排布方式，根据不同的能级，电子在原子核周围的轨道上运动。
1.2壳层的组成根据原子结构理论，电子以壳层的形式分布在原子核周围，壳层的数量和电子的填充顺序受到原子序数的影响。
壳层以数字和字母的组合来表示，如1s，2s，2p等。
其中，数字代表能级，字母代表角量子数。
角量子数的不同代表了电子运动的不同方式，也决定了电子的运动轨道。
二、壳层能级2.1能级的概念在原子结构中，能级是指原子核对电子施加的引力所产生的能量的层次划分。
电子在这些能级上的运动跃迁以及填充顺序是由泡利不相容原理决定的。
每个能级有特定的能量值，代表了电子运动的状态。
2.2壳层的能级结构壳层的能级结构按照量子力学理论可以得出。
以氢原子为例，其能级结构由布尔模型和薛定谔方程给出。
布尔模型认为，原子的能级是固定的，电子只能在这些能级上运动。
而薛定谔方程则描述了电子在原子中的波动性质，得出了几个量子数，分别控制了每个壳层的能级结构。
2.3壳层的能级跃迁电子可以在不同的能级之间进行能级跃迁，这种跃迁会伴随着光子的吸收或发射。
这是原子发光和吸收光的基础。
能级跃迁的能级差代表了电子的能量变化，而光子的频率则与能级差有直接的关系。
三、壳层填充规律3.1量子数和填充规律原子的每个壳层都有一定数量的电子，这些电子的分布是有规律的。
每个壳层由不同的角量子数，每个角量子数代表一个轨道。
填充规律是指每个轨道上能够放几个电子以及填充的次序。
3.2泡利不相容原理根据泡利不相容原理，原子中不能有两个电子具有完全相同的四个量子数。
原子物理学——原子的壳层结构
第七章 原子的壳层结构§7.1 元素性质的周期性变化将元素按核电荷数的大小排列起来，其物理、化学性质将出现明显的周期性。
1869年，门捷列夫首先提出元素周期表。
当时，周期表是按原子量的次序排列起来的，虽然比较粗糙，但仍能反映元素性质的周期变化特性。
那时共知道62个元素，按其性质的周期性排列时，并不连续，而是出现了一些空位。
在周期性的前后特征的指导下，于1874—1875年发现了钪(Sc)，它处于钙和钛之间；又发现了锗(Ce)和镓(Ga)，它们填补了锌与砷之间的两个空位。
1925年泡利提出不相容原理之后，人们认识到元素的周期性是电子组态的周期性的反映，而电子组态的周期性则联系于特定轨道的可容性。
这样，化学性质的周期性用原子结构的物理图像得到了说明，从而使化学概念“物理化”，化学不再是一门和物理学互不相通的学科了。
元素的化学、物理性质的变化呈现周期性，如原子光谱、电离能等。
各种元素为什么会有周期性？元素的周期性和原子中电子的分布有关，电子如何分布？§7.2 原子的电子壳层结构玻尔：原子内的电子按一定的壳层排列，每一壳层内的电子都有相同的主量子数，每一个新的周期是从电子填充新的主壳层开始，元素的物理、化学性质取决于原子最外层的电子即价电子的数目。
一、电子填充壳层结构的原则：1．泡利不相容原理：在一个原子中，不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的状态(完全相同的四个量子数)。
2．能量最小原理：电子按能量由低到高的次序填充各壳层。
二、各壳层所能容纳的最大电子数1．n 、l 相同的次壳层：)12(2+=l N l2．n 相同的主壳层：2102)12(2n l N n l n =+=∑-=三．各元素的原子壳层结构1．第一周期：从n=1的K壳层填起。
2．第二周期：从n=2的L壳层填起。
3．第三周期：从n=3的M壳层填起。
§7.3 原子基态的电子组态一、电子组态的能量——壳层的次序前面已经讲过，决定壳层次序的是能量最小原理。
原子壳层结构
1925 年奥地利物理学家泡利在仔细分析了原子光谱及光谱在 外磁场中分裂的塞曼效应之后指出:
一个原子中不可能有两个或两个以上的电子处在同一量子状
态，具有完全相同的四个量子数 (n,l,ml，ms)， 这就是泡利 不相容原理。
在多电子系统中，能级的简并已消失，但泡利不相容原理则
起支配作用。这样，在同一个 n 所决定的壳层中所能容许的电
主量子数 n 来决定，故电子按 K ， L 壳层顺序填。但实验表 明,从 (钾 K, Z =19) 开始，电子间相互作用就强到能影响能
级了，这时能量由 n 和 l 共同决定。其结果是,电子能量随着 l 变化而稍有增大。
能级高低由经验公式（ n ＋ 0.7 l ）来决定。
如4s和3d比较，(4+0.7×0)=4＜(3+0.7×2)=4.4,所以先填4s态。
主量子数相同，而副量子数不同的电子分布在不同的支壳 层 (或分壳层) 上，副量子数 l 相同的电子组成一个支壳层，
l=0,1,2,3,4,5 …，相应的支壳层分别称为 s ， p ， d ， f
g ,h ，…。
一般来说，主量子数越小，能级越低；同一主壳层中副量子 数 l 较小的支壳层能级较低。
例如 K 壳层中只有 S 支壳层;
用（ n ， l ，ml ,ms ）四个量子数来描述，若已知其中一个电子
的量子态为（１，0，0， 1 ／ 2 ），则其余两个电子的量子态 分别为（________）和（________）
１，０，０，－ 1 ／ 2 ２，０，０， 1 ／ 2 或２，０，０，－ 1 ／ 2
例 15-31 钴（Ｚ＝ 27 ）有两个电子在 4s 态，没有其它ｎ≥４ 的电子，则3d态的电子可有____________个．
电子的结构和化学键
电子的结构和化学键电子结构是研究原子和分子中电子排布、能级分布和化学键形成的基本概念。
电子是原子和分子中带有负电荷的基本粒子，其运动状态决定了物质的性质和行为。
了解电子结构对于理解化学反应、物质变化以及材料性能具有重要意义。
本文将介绍电子结构的基本原理和化学键的形成过程。
一、原子的电子结构原子是电子、质子和中子组成的基本粒子。
电子绕核运动，并占据特定的能级。
根据量子力学原理，电子的能级分布可以用电子壳层和亚壳层表示。
电子壳层是原子中电子能量级的主要分类单位。
第一主壳层最多容纳2个电子，第二主壳层最多容纳8个电子，第三主壳层最多容纳18个电子。
亚壳层则细分了电子在主壳层中的位置。
s亚壳层最多容纳2个电子，p亚壳层最多容纳6个电子，d亚壳层最多容纳10个电子，f亚壳层最多容纳14个电子。
电子结构的表示方法有多种，常用的是电子组态表示法，如氦原子的电子组态为1s²，表示氦原子有两个电子，都位于1s亚壳层。
原子的电子结构遵循狄拉克原理和希尔伯特空间原理，即每个电子状态必须唯一，不能由两个电子共享。
根据泡利不相容原理，每个轨道上的电子自旋量子数不同。
根据阿伦尼乌斯轨道填充原理，电子首先填充低能级的轨道。
二、化学键的形成化学键是原子间或离子间的相互作用力，将原子和离子连接在一起形成分子或晶体。
化学键的形成使原子或离子外层电子结构得到填充或稳定。
常见的化学键包括离子键、共价键和金属键。
1.离子键离子键形成于金属元素和非金属元素之间。
金属元素具有低电负性，易失去电子形成阳离子。
非金属元素具有高电负性，易获得电子形成阴离子。
离子键的形成是通过阳离子和阴离子之间的电荷吸引力，使它们互相吸引而结合形成晶体。
如氯离子与钠离子结合形成氯化钠晶体。
2.共价键共价键形成于非金属元素之间或非金属元素和氢之间。
共价键是通过原子之间的电子共享来达到电子结构稳定的目的。
共价键可以是单键、双键或三键，取决于原子之间共享的电子对数目。
核外电子原子结构
核外电子原子结构在物质世界中，原子是构成一切物质的基本单位。
然而，原子并非是简单的质点，而是由不同的粒子组成的复杂结构。
其中，核外电子原子结构是原子的重要组成部分，它决定了原子的化学性质和行为。
电子的运动轨道在原子结构中，核外电子围绕着原子核运动，形成电子的运动轨道。
根据量子力学的原理，电子不能沿任意轨道运动，而是存在着一定的能量级别和轨道结构。
在原子的基本态中，电子能占据的轨道是有限的，称为主能级。
每个主能级可以进一步分为不同的子能级，代表着电子在不同的空间区域运动。
原子的壳层结构核外电子原子结构还表现为原子的壳层结构。
根据电子在主能级和子能级的分布情况，原子的壳层可以分为K、L、M、N等不同的壳层，每个壳层有不同数量的子能级。
其中，第一壳层K包含最内层的电子，依次向外排列。
每个壳层或子能级最多可以容纳一定数量的电子，根据泡利不相容原理，同一子能级中的电子自旋量子数必须相反。
电子的轨道角动量电子在原子内的运动并不仅仅是沿轨道转动，还具有轨道角动量。
轨道角动量与电子运动轨道的几何形状和运动速度有关，可以通过角动量量子数进行描述。
轨道角动量的量子化表现为电子只能存在于特定的轨道能级，并且具有不同的角动量量子数对应不同的轨道形状。
电子的自旋除了轨道角动量外，电子还具有自旋角动量。
自旋角动量是电子固有的性质，类似于电子围绕自身旋转。
每个电子都有自旋量子数，通常用1/2表示，自旋量子数可以为±1/2。
自旋角动量对电子的磁性质和能级结构也有一定影响。
原子中的电子排布规则在填充电子时，原子中的电子遵循一定的排布规则，如洪特规则、帕利规则和毛维尔规则等。
这些规则指导着电子在壳层和子能级中的分布方式，确保原子的稳定和化学性质。
通过了解这些规则，可以预测和解释原子的反应性和结构特性。
综上所述，核外电子原子结构是描述原子内部电子分布和运动状态的重要概念，它不仅影响着原子的化学性质，还对物质的性质和行为产生深远影响。
原子物理学——原子的壳层结构
第七章 原子的壳层结构§7.1 元素性质的周期性变化将元素按核电荷数的大小排列起来，其物理、化学性质将出现明显的周期性。
1869年，门捷列夫首先提出元素周期表。
当时，周期表是按原子量的次序排列起来的，虽然比较粗糙，但仍能反映元素性质的周期变化特性。
那时共知道62个元素，按其性质的周期性排列时，并不连续，而是出现了一些空位。
在周期性的前后特征的指导下，于1874—1875年发现了钪(Sc)，它处于钙和钛之间；又发现了锗(Ce)和镓(Ga)，它们填补了锌与砷之间的两个空位。
1925年泡利提出不相容原理之后，人们认识到元素的周期性是电子组态的周期性的反映，而电子组态的周期性则联系于特定轨道的可容性。
这样，化学性质的周期性用原子结构的物理图像得到了说明，从而使化学概念“物理化”，化学不再是一门和物理学互不相通的学科了。
元素的化学、物理性质的变化呈现周期性，如原子光谱、电离能等。
各种元素为什么会有周期性？元素的周期性和原子中电子的分布有关，电子如何分布？§7.2 原子的电子壳层结构玻尔：原子内的电子按一定的壳层排列，每一壳层内的电子都有相同的主量子数，每一个新的周期是从电子填充新的主壳层开始，元素的物理、化学性质取决于原子最外层的电子即价电子的数目。
一、电子填充壳层结构的原则：1．泡利不相容原理：在一个原子中，不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的状态(完全相同的四个量子数)。
2．能量最小原理：电子按能量由低到高的次序填充各壳层。
二、各壳层所能容纳的最大电子数1．n 、l 相同的次壳层：)12(2+=l N l2．n 相同的主壳层：2102)12(2n l N n l n =+=∑-=三．各元素的原子壳层结构1．第一周期：从n=1的K壳层填起。
2．第二周期：从n=2的L壳层填起。
3．第三周期：从n=3的M壳层填起。
§7.3 原子基态的电子组态一、电子组态的能量——壳层的次序前面已经讲过，决定壳层次序的是能量最小原理。
《原子物理学》(褚圣麟)第七章_原子的壳层结构
第7章 原子的壳层结构
推论：
原子中各状态能量高低次序
（1）
原子能量的主要部
分： En
Rhc n2
Z
2
，n 越小，
能量越低。
（2 ） 考虑内层电子对原子核的屏蔽作用：Enl
Rhc n2
Z
*2
E是的函数： 减小 ，Z*增加，所以，同一主壳层中
（n相同而不同）E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)
推论:1. 一个原子中,n, ,m ,ms这四个量子数完全相同 的电子只能有一个。
2.具有相同量子数n, ,m 的电子最多能有两个 ,它们的
第四个量子数ms分别为
1 2
。
第7章 原子的壳层结构
因为对每一个 , m可取（2 +1）个值，而对每一个m , ms 又可以取两个值。
可表示为
RZ *2 T n2
Z﹡是原子实的有效电荷数，它已经将轨道贯穿和原子实的极 化效应都包含在内。
对于K, Z * 1 ~ 19之间；对于Ca , Z , Z * 3 ~ 21 之间......
第7章 原子的壳层结构
故可将 Z﹡统一表示为
Z* Z
一．确定电子状态的量子数 二、原子中电子分布所遵从的基本原理
第7章 原子的壳层结构
一．确定电子状态的量子数 代表电子运动区域的大小和它
一个在原子核的的库总仑能场量中的运主动要的部核分外。电子的状态，可用
四个量子数来确定。
代表轨道的形状和轨
道角动量（按量子力
１．主量子数 n=1.2.3 … …
学理论，代表电子云 代表的轨形道状在）空且间也的与可能量取 向，有或关轨。道角动量在某一
原子壳层结构
L 2S 1 J
例1：求氧原子基态的原子态？ 例2：求氯（Z=17）原子基态的原子态？ 例3：铌（Z=41）原子基态的原子态？
Super heavy element 118 and 116 discoved in Berkeley Lab
Scientists from the Berkeley Lab and Oregon State University report the observation of superheavy elements in the reaction 86Kr + 208Pb performed at LBNL's 88-Inch Cyclotron. The group, using the newly constructed Berkeley Gas-Filled Separator, observed three events consisting of a chain of six alpha particles (4He nuclei) emitted sequentially following the reaction, an unambiguous signal of the production and subsequent decay of Element 118.
（1） 次壳层中所能容纳的电子数（l 给定）
Nl 2(2l 1)
（2） 主壳层中所能容纳的电子数（n 给定）
n1
Nn 2(2l 1) 2[1 3 5 2(n 1) 1] 2n2
l0
例题1：原子的3d次壳层按泡利原理一共可以填多少 电子？ 为什么？
例题2：有一原子，n=1,2,3的壳层填满，4s支壳层也 填满，4p支壳层填了一半，则该元素是：
化学元素的电子层结构与周期
化学元素的电子层结构与周期化学元素的电子层结构是指元素原子中电子的分布方式，它对元素的化学性质和反应具有重要影响。
通过了解元素的电子层结构，我们可以更好地理解元素的周期性表现。
一、电子层结构的基本原理在原子中，电子围绕原子核运动，通过电子层的区分，我们可以描述电子的能量和位置。
电子层结构由电子壳层和电子轨道组成。
电子壳层是电子围绕原子核运动的特定区域，根据能量的不同，可以分为K、L、M、N等壳层。
其中K壳层能量最低，L壳层次之，以此类推。
电子壳层的原理是闭壳层和半闭壳层，这也是描述元素周期性的重要概念。
电子轨道是电子在壳层中所占据的一定空间区域，它们围绕原子核形成轨道，可以分为不同的子壳层，如s、p、d和f轨道。
每个轨道能容纳的电子数目也不同，s轨道最多容纳2个电子，p轨道最多容纳6个电子，d轨道最多容纳10个电子，而f轨道最多容纳14个电子。
二、周期表中的电子层结构变化周期表是化学元素按照一定顺序排列的表格，它是根据化学元素的电子层结构和性质等因素进行分类。
周期表的横行称为周期，竖列称为族。
在周期表中，元素的电子壳层和轨道的变化符合一定的规律。
按照左数第一周期原子序数1的氢元素只有一个电子，其电子属于K壳层，1s1表示。
而周期表中的第二周期的元素，如氦元素（He），原子序数为2，其电子结构为1s2。
在周期表中，每个周期的第一元素是碱金属元素，它们的电子结构为壳层的nS1。
如第一周期的锂元素（Li），其电子层结构为2S1。
而周期表中的最后一元素是稀有气体元素，它们的电子结构为含有闭壳层的nP6，如第二周期的氖元素（Ne），其电子结构为2P6。
除了壳层结构的变化，周期表中元素的电子轨道的变化也是具有规律性的。
每个周期的元素都有一个新增的电子壳层，这就是元素周期性的原因。
电子壳层的增加导致元素的原子半径增大，并且元素的化学性质也会有相应的变化。
三、元素周期性的应用与意义元素周期性是指元素化学性质随原子序数的增加而出现周期性规律的现象。
电子构型的概念
电子构型的概念电子构型是描述一个原子中不同电子壳层内电子分布和数量的方式，它是由一系列数字和符号组成的表示法。
电子构型可以帮助我们理解原子的物理和化学性质，以及元素之间的化学反应。
在电子构型中，首先要了解的是原子的电子壳层结构。
电子壳层是原子中电子按照能级分布的区域。
在原子模型中，电子的能量是量子化的，不同的能级对应着不同的能量值。
根据泡利不相容原理、奥克塔规则和洪特规则，电子在填充壳层时会遵循一定的规则。
电子壳层从内到外依次编号为1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p、4d、4f等，每个壳层又分为若干个不同能量的轨道（subshell）。
每个轨道可以容纳不同数目的电子，有时代表特定能级的数字也会被称为电子壳层的能级。
电子构型的表示法是通过使用元素符号和上标来表示电子的排布。
电子壳层的能级用数字表示（比如1、2、3表示第1、第2、第3能级），而电子壳层内包含的轨道用字母表示（比如s、p、d和f）。
以氦（He）为例，它的原子序数为2，代表它有2个电子。
根据泡利不相容原理，两个电子将填充到最低能量的壳层，即1s壳层。
因此，氦的电子构型可以表示为1s²，其中上标²表示这里有2个电子。
对于其他元素，其电子填充顺序可以通过充满容量最小的壳层开始，然后按照递增顺序向上填充，直到填充满所有的电子。
具体来说，填充顺序遵循奥克塔规则，即先填充s轨道，然后填充p轨道，再填充d轨道，最后填充f轨道。
以氧（O）为例，它的原子序数为8。
首先填充1s壳层的2个电子，然后填充2s壳层的2个电子，接着填充2p壳层的4个电子。
所以氧的电子构型可以表示为1s²2s²2p⁴。
需要注意的是，有些元素的电子构型不符合填充顺序，这是因为它们的壳层能量差异较小，所以电子可能会在不同的壳层之间转移。
例如，铜（Cu）的电子构型为[Ar] 3d¹⁰4s¹，而不是按照填充顺序来填充电子。
原子结构中的电子排布规律与周期表的关系
原子结构中的电子排布规律与周期表的关系原子结构中的电子排布规律和周期表的关系是化学中的重要概念。
电子排布规律涉及到原子核周围电子的能级分布和填充顺序，而周期表则是根据原子结构的电子排布规律将元素按照一定的顺序排列的表格。
本文将探讨原子结构中的电子排布规律以及这些规律与周期表的关系。
一、原子结构中的电子排布规律1. 壳层结构：原子中的电子分布在一系列能级称为壳层中。
壳层按照从内到外的顺序分别用数字和字母表示，如1s、2s、2p等。
2. 电子能级：每个壳层可以容纳一定数量的电子，能力从内到外递增。
第一壳层最多容纳2个电子，第二壳层最多容纳8个电子，第三壳层最多容纳18个电子，以此类推。
3. 伯-奥茨定律：在同一能级上，不同的原子总是按顺序填充电子。
这意味着电子首先填充到低能级上，然后才填充到高能级上。
4. 阴离子和阳离子：当某个原子失去或获得电子时，会形成带电离子。
原子失去电子变成带正电的阳离子，而原子获得电子变成带负电的阴离子。
二、周期表的构成与排列1. 亨利·莫塞里定律：在相同的条件下，元素周期性地重复。
这也就是说，元素具有周期性的性质。
2. 周期表的构成：周期表是由一系列元素按照一定的顺序排列而成的表格。
每个元素在周期表中占据一个小方格，按照原子序数的增加顺序排列。
3. 周期表的排列原则：根据电子排布规律和元素的周期性，周期表按照主量子数的增加、壳层填充电子的顺序和元素性质的周期性来排列。
从左至右在周期表上每横行叫做一个周期，从上至下的每一竖行称为一个族。
4. 周期表的分区：周期表根据壳层填充电子的不同特征，分为s区、p区、d区和f区。
每个区域中元素的电子排布规律不同。
三、电子排布规律与周期表的关系1. 主量子数与周期表的关系：同一周期中的元素具有相同的主量子数，即相同的壳层填充顺序。
例如，第一周期中的元素都具有1个主量子数，表示电子分布在1s壳层上。
2. 壳层填充规律对周期表的解释：周期表中的主、支壳层的填充顺序和能级顺序一致，这与电子在原子中的填充规律一致。
原子结构知识：原子的壳层结构
原子结构知识：原子的壳层结构原子是构成物质的基本单位，其结构由带电的质子和不带电的中子组成的原子核，以及围绕原子核的带负电的电子组成。
电子在形成原子中具有极为重要的作用，特别是它们围绕原子核的运动方式和组成原子的化学性质密切相关。
电子栖息在特定的排列方式中，这些排列方式成为壳层结构。
本文将深入探讨原子的壳层结构。
一、原子的壳层结构原子的电子以不同的方式凝聚在不同的能级(壳层)上。
壳层通常用字母K、L、M、N、O、P、Q等来表示，其中K表示离原子核最近的能级。
K壳层最多容纳2个电子，L壳层最多容纳8个电子，M壳层最多容纳18个电子，N壳层最多容纳32个电子，O壳层最多容纳50个电子，P壳层最多容纳72个电子，Q壳层最多容纳98个电子。
电子的排列遵循一定的规律，可以通过原子序数来预测原子的壳层结构。
二、壳层结构的规律1.饱和壳层和开壳层当一个壳层的电子容量达到最大值时，称该壳层为饱和壳层。
例如，氢原子只有一个电子，其壳层结构为1s1，即K壳层只包含一个电子，K壳层是氢原子的饱和壳层。
对于氦原子，其原子结构为1s2，即包括两个电子的K壳层，也是饱和壳层。
当电子填满饱和壳层时，原子结构稳定且具有较强的化学稳定性。
相反，当一个壳层的电子数目未达到最大值时，称该壳层为开壳层。
电子填充在开壳层中时，其原子不稳定，容易发生化学反应。
2.电子填充顺序的规律电子填充壳层的顺序主要遵循以下规律：1)阿伦尼乌斯规则在填充电子的过程中，电子首先填充能量较低的、空间较小的K 壳层，其次是容量更大的L壳层，随后依次填充较高的M壳层、N壳层等。
阿伦尼乌斯规则描述了壳层电子填充的基本顺序及其重要性。
2)泡利排斥原理泡利排斥原理说明，在一个原子同一个壳层内的电子不可能完全相同。
例如，在L壳层中的8个电子必须全部具有不同的自旋方向，以有效地充满空间。
3)洪德规则洪德规则说明，在电子填充时，壳层能级中存在多个子能级时，先占有单态电子,后占有双态电子。
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较3小的M壳层尚未2填满，6电子1就0开始填入 n 较大的壳层。我国科学1家8徐光宪
总4结出N一条规律2 6 徐1光0 宪1定4则：
32
5对原O 子外层2 的6电子10，能14级高1低8 由 ( n + 0.7 l ) 的50大小
来6确P定，其2值越6大，10能级14越高18。 22
72
7例如Q，n
元K 素L 的M电子N 组态O … 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 5g …
各壳壳层层最多可可容容纳的电电子子数数图表
01 2 3 4 5 6 s pd f g h i
Nn
1K 2
2
2L 2 6
8
3 M 2 6 10
18
4 N 2 6 10 14
32
5 O 2 6 10 14 18
50
6 P 2 6 10 14 18 22
72
7 Q 2 6 10 14 18 22 26
98
自旋磁量子数 m s
ms = ±
其值决定电子自旋角动量在 外磁场中的取向，同时还影 响电子在外磁场中的能量
主壳层与支壳层
n, 多电子原子核外的电子分壳层排布，同一壳层的电子具有相同的主量子数
ห้องสมุดไป่ตู้
n=
代号：
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, K，L，M，N，O，P，Q，
在同一壳层上角量子数相同的电子组成分壳层（或支壳层）
l=
代号：
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, s， p， d， f， g， h， i，
代号 s，p，d，f，是沿用早期光谱学对某一谱线状况的称呼， 如: s（strong 强的），p（ principal 主要的），d（ dispersive 弥散的），
f （ fundamental 基本的）， f 后面则接着按字母顺序排列。
最低能级，使原子系统的总能量尽可能的低。
根据上述两个原则，可定性确定多电子原子核外电子按壳层的分布。
壳层可容电子数计算 四个量子数的允许取值为
n = 1, 2, … l = 0, 1, 2, … , ( n - 1 )
问 n = 3 的主壳层中
m l = 0, ±1, ± 2, …, ± l
最多能容纳几个电子？
5p
举例
In Sn Sb Te I Xe
4d
5s
Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
Rb Sr
4p
能
Ga Ge As Se Br Kr
3d
4s
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
量
K Ca
3p
s3
Al Si P S Cl A
Na Mg
2p
s2
B C N O F Ne
ms = ±
n： 3
l： 0
1
2
ml ： 0 -1 0 1
-2 -1 0 1 2
m s ：- + - + - + - + - + - + - + - + - +
从图中可见， n = 3 的主壳层中最多能容纳 18 个电子。
由此不难得出： 计算主量子数为 n 的主壳层中最多能容纳电子数的通式为
l n
两条原则
电子在壳层和支壳层上分布遵循下列两条原则：
泡利不相容原理
前面已经叙述。在这里，我们可更
具体地表述为在一个原子中，任何两个电子不可能具有完
全相同的一组量子数（n , l , ml , ms ) 。
能量最低原理
原子处于未激发的正常状态时，在不
违背泡利不相容原理的条件下，每个电子都趋向占据可能的
n = 1, 2, …
其值决定原子中电子的能量
角量子数 l
其值决定原子中电子的角动
l n - = 0, 1, 2, …, (
量。由于轨道磁矩与自旋磁
1 ) 矩间的相互作用，l 对能量也
有一定影响，l 又称副量子数
磁量子数 m l
m l l =0,±1, ± 2,…,±
其值决定电子轨道角动量在 外磁场中的取向
角量子数为 l 的支壳层中最多能容纳电子数为 主量子数为 n 的壳层中最多能容纳电子数为
2（2 l + 1 )
Nn 2 n 2
徐光宪定则 n l
0 s
1 p
2 d
3 f
4 g
5 h
各6i 壳N层n 最多电可子容的纳能的量电主子要数由主量子数
n
决定
l 1 K 2
2L 2 6
0
1
22
8
n s 3 M 2 6 10
原子结构的量子理论
你身边的高考专家
原子的电子壳层结构
原子的电子壳层结构
如前所述，氢原子核外电子的运动状态由四个量子数（n , l , ml , ms ) 决定。
对于其它多电子的原子，其薛定谔方程比氢原子的情况要复杂得多，但近似计算表明，
其核外电子的运动状态仍由四个量子数决定，即
名称
允许取值
含
义
主量子数 n
Li Be
1s
H He
根据徐光宪定则，对原子外层的电子， 能级高低由 ( n + 0.7 l ) 的大小来确定， 其值越大，能级越高。得
3 d 高于 4s ；4 d 高于 5s 等等。
19号元素 K（钾）的电子组态：
1s2 2s2 2 p6 3s2 3 p6 4s1
21号元素 Sc（钪）的电子组态：
4 N 2 6 10 14
p d18 32
5 O 2 6 10 14 18
50
6 P 2 6 10 14 18 22
72
1 K 2 7 Q 2 6 10 14 18 22 26 98
f3n 越小g4 能级h5越低，6i该壳层离核N越n近。
电子一般按n由小到大的顺序填入各能级。
2
2但角L量子数对2电子的6 能量也有影响，使得一些较重元素的原子，8有时 n
=
2
3,
l
= 62
的130d
支1壳4 层，18(3+02.72×22)=64.4
98
高于
又如角量，子nn数==为44,, 主量子n数=为5,
nllll的的===支002壳壳的的的层层中544中ssd最支支最支多多壳壳壳能能容层层层容纳，，，纳电(((电544子+++子数000..数.为777××为×002)))===N2545（.n42，l高2+n于12等) 等
1s2 2s2 2 p6 3s2 3 p6 4s2 3d1
37号元素 Rb（铷）的电子组态：1s2 2s2 2 p6 3s2 3 p6 4s2 3 d10 4 p6 5s1
元素的
电子组态
1s1 1s2
1s2 2s2 2 p2 1s2 2s2 2 p5
1s2 2s2 2 p6 3s2 3 p1
1s2 2s2 2 p6 3s2 3 p4 1s2 2s2 2 p6 3s2 3 p6 4s1 1s2 2s2 2 p6 3s2 3 p64s2 3 d1