電子層完整分

電子層電子層，或稱(chēng)電子殼，是原子物理學(xué)中，一組擁有相同主量子數(shù)n的原子軌道。電子在原子中處于不同的能級(jí)狀態(tài)，粗略說(shuō)是分層分布的，故電子層又叫能層。目錄定義名字起源排布原理電子亞層磁量子數(shù)m電子層與元素周期表的關(guān)系原子電子層電子層排布定義名字起源排布原理電子亞層磁量子數(shù)m電子層與元素周期表的關(guān)系原子電子層電子層排布展開(kāi)定義電子層，或稱(chēng)電子殼，是原子物理學(xué)中，一組擁有相同主量子數(shù)n的原子軌道。電子在原子中處于不同的能級(jí)狀態(tài)，粗略說(shuō)是分層分布的，故電子層又叫能層。電子層可用n（n=1、2、3…）表示，n=1表明第一層電子層（K層），n=2表明第二電子層（L層），依次n=3、\o"查看圖片"

電子層4、5時(shí)表明第三（M層）、第四（N層）、第五（O層）。一般隨著n值的增加，即按K、L、M、N、O…的順序，電子的能量逐漸升高、電子離原子核的平均距離也越來(lái)越大。電子層可容納最多電子的數(shù)量為2n^2。電子層不能理解為電子在核外一薄層空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)，而是按電子出現(xiàn)幾率最大的區(qū)域，離核遠(yuǎn)近來(lái)劃分的。亨利·莫斯萊和巴克拉首次于X-射線(xiàn)吸收研究的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)電子層。巴克拉把它們稱(chēng)為K、L和、M(以英文子母排列)等電子層（最初K和L電子層名為B和A，改為K和L的原因是預(yù)留空位給未發(fā)現(xiàn)的電子層）。這些字母后來(lái)被n值1、2、3等取代。名字起源電子層（electronicshell）的名字起源于波爾模式中，電子被認(rèn)為一組一組地圍繞著核心以特定的距離旋轉(zhuǎn)，所以軌跡就形成了一個(gè)殼。電子在原子核外排布時(shí)，要盡可能使電子的能量最低。一般來(lái)說(shuō)，離核較近的電子具有較低的能量，隨著電子層數(shù)的增加，電子的能量越來(lái)越大；同一層中，各亞層的能量是按s、p、d、f的次序增高的。這兩種作用的總結(jié)果可以得出電子在原子核外排布時(shí)遵守下列次序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p排布原理當(dāng)原子處在基態(tài)時(shí)，原子核外電子的排布遵循三個(gè)原則：(1)泡利不相容原理(2)能量最低原理(3)洪特規(guī)則泡利不相容原理我們已經(jīng)知道，一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)要從4個(gè)方面來(lái)進(jìn)行描述，即它所處的電子層、電子亞層、電子云的伸展方向以及電子的自旋方向。在同一個(gè)原子中沒(méi)有也不可能有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的兩個(gè)電子存在，這就是泡利不相容原理所告訴大家的。根據(jù)這個(gè)規(guī)則，如果兩個(gè)電子處于同一軌道，那么，這兩個(gè)電子的自旋方向必定相反。也就是說(shuō)，每一個(gè)軌道中只能容納兩個(gè)自旋方向相反的電子。\o"查看圖片"

電子層根據(jù)泡利不相容原理，我們得知：s亞層只有1個(gè)軌道，可以容納兩個(gè)自旋相反的電子；p亞層有3個(gè)軌道，總共可以容納6個(gè)電子；d亞層有5個(gè)軌道，總共可以容納10個(gè)電子。我們還得知：第一電子層（K層）中只有1s亞層，最多容納兩個(gè)電子；注意：第二電子層（L層）中包括2s和2p兩個(gè)亞層，總共可以容納8個(gè)電子(所以8個(gè)電子時(shí)為穩(wěn)定狀態(tài))；第3電子層（M層）中包括3s、3p、3d三個(gè)亞層，總共可以容納18個(gè)電子……第n層總共可以容納2n^2個(gè)電子。能量最低原理在滿(mǎn)足泡利原理前提下，電子將按照使體系總能量最低的原則填充。量子化學(xué)計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)有d電子填充時(shí)（例如第四周期Ni，3d軌道能E3d=-18.7eV，而E4s=-7.53eV），E3d<E4s；當(dāng)沒(méi)有d電子填充時(shí)（例如第四周期K，有E3d=-0.64eV，而E4s=-4.00eV）E3d>E4s，發(fā)生了能級(jí)“倒置”現(xiàn)象，其他第五、六、七周期也有類(lèi)似情況。所以不能簡(jiǎn)單地說(shuō)電子是按軌道能由低到高的次序填入，但總可以說(shuō)是按n+0.7l值由小到大的次序填充。其中n是主量子數(shù)，l是角量子數(shù)。洪特規(guī)則從光譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出來(lái)的洪特規(guī)則有兩方面的含義：一是電子在原子核外排布時(shí)，將盡可能分占不同的軌道，且自旋平行；洪特規(guī)則的第二個(gè)含義是對(duì)于同一個(gè)電子亞層，當(dāng)電子排布處于全滿(mǎn)（s2、p6、d10、f14）半滿(mǎn)（s1、p3、d5、f7）全空（s0、p0、d0、f0）時(shí)比較穩(wěn)定。如果仔細(xì)觀察元素周期表,可以發(fā)現(xiàn)每個(gè)元素下面都有電子亞層的電子排布數(shù)量,之所以會(huì)有"奇怪的現(xiàn)象",是因?yàn)?d層能量比4s層高,稱(chēng)為"能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象"電子亞層通過(guò)對(duì)許多元素的電離能的進(jìn)一步分析，人們發(fā)現(xiàn)，在同一電子層中，電子的能量還稍有差異，電子云的形狀也不相同。因此電子層仍可進(jìn)一步分成一個(gè)或n個(gè)電子亞層。這一點(diǎn)在研究元素的原子光譜中得到了證實(shí)。電子亞層分別用s、p、d、f等符號(hào)表示。不同亞層的電子云形狀不同。s亞層的電子云是以原子核為中心的球形，p亞層的電子云是紡錘形，d亞層為花瓣形，f亞層的電子云形狀比較復(fù)雜。同一電子層不同亞層的能量按s、p、d、f序能量逐漸升高。K層只包含一個(gè)s亞層；L層包含s和p兩個(gè)亞層；M層包含s、p、d三個(gè)亞層；N層包含s、p、d、f四個(gè)亞層。磁量子數(shù)m磁量子數(shù)m決定原子軌道（或電子云）在空間的伸展方向。當(dāng)l給定時(shí)，m的取值為從-l到+l之間的一切整數(shù)（包括0在內(nèi)），即0，±1，±2，±3，…±l，共有2l+1個(gè)取值。即原子軌道（或電子云）在空間有2l+1個(gè)伸展方向。原子軌道（或電子云）在空間的每一個(gè)伸展方向稱(chēng)做一個(gè)軌道。例如，l=0時(shí)，s電子云呈球形對(duì)稱(chēng)分布，沒(méi)有方向性。m只能有一個(gè)值，即m=0，說(shuō)明s亞層只有一個(gè)軌道為s軌道。當(dāng)l=1時(shí)，m可有\(zhòng)o"查看圖片"

電子層-1，0，+1三個(gè)取值，說(shuō)明p電子云在空間有三種取向，即p亞層中有三個(gè)以x,y,z軸為對(duì)稱(chēng)軸的px，py，pz軌道。當(dāng)l=2時(shí)，m可有五個(gè)取值，即d電子云在空間有五種取向，d亞層中有五個(gè)不同伸展方向的d軌道.原子中的電子除繞核作高速運(yùn)動(dòng)外，還繞自己的軸作自旋運(yùn)動(dòng)。電子的自旋運(yùn)動(dòng)用自旋量子數(shù)ms表示。ms的取值有兩個(gè)，+1/2和-1/2。說(shuō)明電子的自旋只有兩個(gè)方向，即順時(shí)針?lè)较蚝湍鏁r(shí)針?lè)较颉ＭǔＳ谩啊焙汀啊北硎?。綜上所述，原子中每個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以用n，l，m，ms四個(gè)量子數(shù)來(lái)描述。主量子數(shù)n決定電子出現(xiàn)幾率最大的區(qū)域離核的遠(yuǎn)近（或電子層），并且是決定電子能量的主要因素；副量子數(shù)l決定原子軌道（或電子云）的形狀，同時(shí)也影響電子的能量；磁量子數(shù)m決定原子軌道（或電子云）在空間的伸展方向；自旋量子數(shù)ms決定電子自旋的方向。因此四個(gè)量子數(shù)確定之后，電子在核外空間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也就確定了。量子數(shù)，電子層，電子亞層之間的關(guān)系每個(gè)電子層最多容納的電子數(shù)28182n^2主量子數(shù)n1234電子層KLMN角量子數(shù)l0123電子亞層spdf每個(gè)亞層中軌道數(shù)目1357每個(gè)亞層最多容納電子數(shù)261014電子層與元素周期表的關(guān)系元素周期表特征在元素周期表上每一橫行叫做周期元素在那個(gè)周期是元素的電子層數(shù)決定的！所以元素周期表只有7個(gè)周期。在元素周期表上每一縱行叫做族元素在那個(gè)族是元素的電子層的最外層電子數(shù)決定的！\o"查看圖片"

電子層但上述規(guī)律也并不是完全適用于所有元素，副族元素中就有原子不符合此規(guī)律，如第46號(hào)元素鈀位于第五周期卻只有4個(gè)電子層（化學(xué)元素表是門(mén)捷列夫的重要成就，我也順便介紹一下他。俄羅斯化學(xué)家門(mén)捷列夫(1834.2.8~1907.2.2)，生在西伯利亞。他從小熱愛(ài)勞動(dòng)，喜愛(ài)大自然，學(xué)習(xí)勤奮。元素周期表產(chǎn)生1860年門(mén)捷列夫在為著作《化學(xué)原理》一書(shū)考慮寫(xiě)作計(jì)劃時(shí)，深為無(wú)機(jī)化學(xué)的缺乏系統(tǒng)性所困擾。于是，他開(kāi)始搜集每一個(gè)已知元素的性質(zhì)資料和有關(guān)數(shù)據(jù)，把前人在實(shí)踐中所得成果，凡能找到的都收集在一起。人類(lèi)關(guān)于元素問(wèn)題的長(zhǎng)期實(shí)踐和認(rèn)識(shí)活動(dòng)，為他提供了豐富的材料。他在研究前人所得成果的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)一些元素除有特性之外還有共性。例如，已知鹵素元素的氟、氯、溴、碘，都具有相似的性質(zhì)；堿金屬元素鋰、鈉、鉀暴露在空氣中時(shí)，都很快就被氧化，因此都是只能以化合物形式存在于自然界中；有的金屬例銅、銀、金都能長(zhǎng)久保持在空氣中而不被腐蝕，正因?yàn)槿绱怂鼈儽环Q(chēng)為\o"查看圖片"

電子層貴金屬。于是，門(mén)捷列夫開(kāi)始試著排列這些元素。他把每個(gè)元素都建立了一張長(zhǎng)方形紙板卡片。在每一塊長(zhǎng)方形紙板上寫(xiě)上了元素符號(hào)、原子量、元素性質(zhì)及其化合物。然后把它們釘在實(shí)驗(yàn)室的墻上排了又排。經(jīng)過(guò)了一系列的排隊(duì)以后，他發(fā)現(xiàn)了元素化學(xué)性質(zhì)的規(guī)律性。因此，當(dāng)有人將門(mén)捷列夫?qū)υ刂芷诼傻陌l(fā)現(xiàn)看得很簡(jiǎn)單，輕松地說(shuō)他是用玩撲克牌的方法得到這一偉大發(fā)現(xiàn)的，門(mén)捷列夫卻認(rèn)真地回答說(shuō)，從他立志從事這項(xiàng)探索工作起，一直花了大約20年的功夫，才終于在1869年發(fā)表了元素周期律。他把化學(xué)元素從雜亂無(wú)章的迷宮中分門(mén)別類(lèi)地理出了一個(gè)頭緒。此外，因?yàn)樗哂泻艽蟮挠職夂托判?，不怕名家指?zé)，不怕嘲諷，勇于實(shí)踐，敢于宣傳自己的觀點(diǎn)，終于得到了廣泛的承認(rèn)。為了紀(jì)念他的成就，人們將美國(guó)化學(xué)家希伯格在1955年發(fā)現(xiàn)的第101號(hào)新元素命名為Mendelevium，即“鍆”。）原子電子層原子核外的電子總是有規(guī)律的排布在各自的軌道上。原子軌道的種類(lèi)主頁(yè)面：原子軌道作為薛定諤方程的解，原子軌道的種類(lèi)取決于主量子數(shù)(n)、角量子數(shù)(l)和磁量子數(shù)(ml)。其中，主量子數(shù)就相當(dāng)于電子層，角量子數(shù)相當(dāng)于亞層，而磁量子數(shù)決定了原子軌道的伸展方向。另外，每個(gè)原子軌道里都可以填充兩個(gè)電子，所以對(duì)于電子，需要再加一個(gè)自旋量子數(shù)(ms)，一共四個(gè)量子數(shù)。n可以取任意正整數(shù)。在n取一定值時(shí)，l可以取小于n的自然數(shù)，ml可以取±l。不論什么軌道，ms都只能取±1/2，兩個(gè)電子自旋相反。因此，s軌道（l=0）上只能填充2個(gè)電子，p軌道（l=1）上能填充6個(gè)，一個(gè)亞層填充的電子數(shù)為4l+2。具有角量子數(shù)0、1、2、3的軌道分別叫做s軌道、p軌道、d軌道、f軌道。之后的軌道名稱(chēng)，按字母順序排列，如l=4時(shí)叫g(shù)軌道。排布的規(guī)則電子的排布遵循以下三個(gè)規(guī)則：能量最低原理整個(gè)體系的能量越低越好。一般來(lái)說(shuō)，新填入的電子都是填在能量最低的空軌道上的。Hund規(guī)則電子盡可能的占據(jù)不同軌道，自旋方向相同。Pauli不相容原理：在同一體系中，沒(méi)有兩個(gè)電子的四個(gè)量子數(shù)是完全相同的。同一亞層中的各個(gè)軌道是簡(jiǎn)并的，所以電子一般都是先填滿(mǎn)能量較低的亞層，再填能量稍高一點(diǎn)的亞層\o"查看圖片"

電子層。各亞層之間有能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象：1s、2s2p、3s3p、4s3d4p、5s4d5p、6s4f5d6p、7s5f6d7p、8s5g6f7d8p；有幾個(gè)原子的排布不完全遵守上面的規(guī)則，如：Cr：[Ar]3d54s1；這是因?yàn)橥粊唽又?，全充滿(mǎn)、半充滿(mǎn)、全空的狀態(tài)是最穩(wěn)定的。這種方式的整體能量比3d44s2要低，因?yàn)樗衼唽泳幱诜€(wěn)定狀態(tài)。排布示例以鉻為例：鉻原子核外有24個(gè)電子，可以填滿(mǎn)1s至4s所有的軌道，還剩余4個(gè)填入3d軌道：1s22s22p63s23p64s23d4；由于半充滿(mǎn)更穩(wěn)定，排布發(fā)生變化：1s22s22p63s23p64s13d5；除了6個(gè)價(jià)電子之外，其余的電子一般不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，于是簡(jiǎn)寫(xiě)為：[Ar]4s13d5；這里，具有氬的電子構(gòu)型的那18個(gè)電子稱(chēng)為“原子實(shí)”。一般把主量子數(shù)小的寫(xiě)在前面：[Ar]3d54s1電子構(gòu)型對(duì)性質(zhì)的影響：主頁(yè)面：元素周期律；電子的排布情況，即電子構(gòu)型，是元素性質(zhì)的決定性因素。為了達(dá)到全充滿(mǎn)、半充滿(mǎn)、全空的穩(wěn)定狀態(tài)，不同的原子選擇不同的方式。具有同樣價(jià)電子構(gòu)型的原子，理論上得或失電子的趨勢(shì)是相同的，這就是同一族元素性質(zhì)相近的原因；同一族元素中，由于周期越高，價(jià)電子的能量就越高，就越容易失去。元素周期表中的區(qū)塊是根據(jù)價(jià)電子構(gòu)型的顯著區(qū)別劃分的。不同區(qū)的元素性質(zhì)差別同樣顯著：如s區(qū)元素只能形成簡(jiǎn)單的離子，而d區(qū)的過(guò)渡金屬可以形成配合物。電子層排布分布規(guī)律E1s<E2s<E2p<E3s<E3p<E4s<E3d<E4p<E5s<E4d<E5p<E6s<E4f<E5d；規(guī)則E：np>（n－1）d>（n－2）f>ns根據(jù)這個(gè)排電子所在的原子軌道離核越近，電子受原子核吸收力越大，電子的能量越低。反之，離核越遠(yuǎn)的軌道，電子的能量越高，這說(shuō)明電子在不同的原子軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)其能量可能有所不同。原子中電子所處的不同能量狀態(tài)稱(chēng)原子軌道的能級(jí)。根據(jù)原子軌道能級(jí)的相對(duì)高低，可劃分為若干個(gè)電子層，K、L、M、N、O、P、Q….同一電子層又可以劃分為若干個(gè)電子亞層，如s、p、d、f等。每個(gè)電子亞層包含若干個(gè)原子軌道。原子軌道的能級(jí)可以通過(guò)光譜實(shí)驗(yàn)確定，也可以應(yīng)用薛定諤方程求得\o"查看圖片"

電子層。原子軌道的能級(jí)與其所在電子的電子層及電子亞層有關(guān),還與原子序數(shù)有關(guān)。E1s<E2s<E2p<E3s<E3p<E4s<E3d<E4p<E5s<E4d<E5p<E6s<E4f<E5d；規(guī)則E：np>（n－1）d>（n－2）f>ns；1、不同電子層能級(jí)相對(duì)高低K<L<M<N…2、同一電子層不同亞層：ns<np<nd<nf…3、同一亞層內(nèi)各原子軌道能級(jí)相同，稱(chēng)為簡(jiǎn)并軌道。4、原子軌道能級(jí)隨原子序數(shù)增大而降低。電子軌道亞層在周期表上也有，就是那個(gè)S、P、D、F、G等就是亞層排布。S亞層最多容納兩個(gè)電子，P層最多6個(gè)，依次為10個(gè)、14個(gè)。另外在分析時(shí)候還要考慮能級(jí)交錯(cuò)。給你舉個(gè)例子，鐵的亞層在書(shū)上標(biāo)的是3D64S2，這就是說(shuō)，鐵的第四層只用到S層，有兩個(gè)電子，而第三層用到D層，D層有六個(gè)，這說(shuō)明第三層的S、P層都飽和，所以S層有2個(gè)，P層有6個(gè)，D層有6個(gè)（上面分析的）所以鐵的第三層有2+6+6=14個(gè)電子。先說(shuō)說(shuō)金屬。元素周期表的前兩個(gè)族除了氫之外都是金屬元素。由于它們是主族元素，它們的原子核外的電子層里電子都是飽和的，除了最外層。這樣看，它們最外層的電子很容易全部失去，因此它們的正價(jià)很穩(wěn)定，而且只有一個(gè)，等于最外層的電子數(shù)。除了前兩個(gè)族的元素大部分為金屬元素外，還有過(guò)渡元素。排列特征從過(guò)渡元素在周期表中的位置看，很容易判斷它們的次外層電子并不飽和，這樣使得它們的化合價(jià)繁多，性質(zhì)也很復(fù)雜。通常過(guò)渡元素都有亞正價(jià)，比如說(shuō)鐵的二價(jià)正離子就叫亞鐵離子，銅的一價(jià)正離子就叫亞銅離子。這些亞價(jià)的正離子都不是很穩(wěn)定，在有氧化劑的存在下都會(huì)被氧化，成為高價(jià)金屬離子。而且這些過(guò)渡元素幾乎都可以成為酸根的主元素