电子层
原子核外电子层排布
32
3
层不超过
个
核外电子总是先排布在能量最低的电子层，然后由 里向外从能量低的电子层逐步向能量高的电子层排 布！ 判断下列原子结构示意图是否正确？
+18 2 8 9
+12 2 10
+54 2 8 18 20 6
2021/5/27
4
+37 2 8 18 8 1
+37 2 8 8 18 1
+37 2 8 18 9
一：原子核外电子的排布 1：原子核外电子的运动特征 ①速度： 速度非常快，接近光速 ②没有固定的轨迹
电子云： 意义：用来表示电子在一定时间内在核外空间各处出
现机会的模型 电子云密度大的地方表示 电子出现的几率大
2021/5/27
1
2：核外电子的排布规律
①：电子层的划分 电子层（用n表示）
123456
2021/5/27
Байду номын сангаас
37Ru
5
4：离子结构示意图
书写离子结构示意图
Mg2+
F-
35Br-
Ca2+
2021/5/27
6
1:某元素的原子核外有3个电子层，最外层有5个电子， 该原子核内的质子数为 15
2：某元素的原子核外有三个电子层，M层的电子数是L 层电子数的1 2，则元素的原子是 Si
3:与OH-具有相同质子数和电子数的微粒是： A
1 2 3 4 5 6……
电子层的符号
原子核 K L M N O P
K L M N O P ……
离核距离
近
能量高低
低
2021/5/27
远
高
2
无机化学第七章 电子层结构
A.2,0,0,-1/2 2s轨道一个电子,反时针自旋
B.3,1,-1,+1/2
C.3,2,+2,+1/ D2.3,1,+2,-1/2
3p轨道一个电子,顺时针自旋 3d轨道一个电子,顺时针自旋 不合理
12
1s
1s
S电子云图的叠合过程
2s
2s
3s
3s
3s
9
四个量子数的物理意义
n 决定了电子离核的远近(或电子层数)，也是 决定原子轨道能量高低的主要因素。
l 决定原子轨道形状、种类和亚层数,同时也 是影响电子能量的一个因素。 m 决定原子轨道的空间伸展方向，每一个伸 展方向代表一个原子轨道。
ms 决定电子的自旋方向。
n,l,m 共同决定了1个原子轨道; n,l,m,ms 共同决定了1个电子的运动状态；
s电子云
球形
哑铃形
p电子云
3、磁量子数m
物理意义：决定原子轨道在空间的延伸方向。 可取的数值：0、±1、±2…±l等整数，磁量子 数有(2l＋1)个取值，意味着该形状的轨道有 （2l＋1）个。
四叶花瓣形7
每层中原子轨道数
主角 量量 子子 数数
nl
亚层 符号
磁量子数 m
轨道 空间 取向 数
每层 中轨 道数
的远近，是决定电子能量的主要因素。 符号：n
n 1 2 3 4…
光谱学符号 K L M N 分别表示 一 二 三 四 …电子层
2、角量子数 l
物理意义：l 值决定轨道或电子云的形状；
可取的数值：0 ~ n-1的整数 (n个取值)
n1
2
3
4
电子层排布
电子层electronic shell电子层，或称电子壳，是原子物理学中，一组拥有相同主量子数n的原子轨道。
电子在原子中处于不同的能级状态，粗略说是分层分布的，故电子层又叫能层。
电子层可用n（n=1、2、3…）表示，n=1表明第一层电子层（K层），n=2表明第二电子层（L层），依次n=3、4、5时表明第三（M层）、第四（N层）、第五（O 层）。
一般随着n值的增加，即按K、L、M、N、O…的顺序，电子的能量逐渐升高、电子离原子核的平均距离也越来越大。
电子层可容纳最多电子的数量为2n^2。
电子层不能理解为电子在核外一薄层空间内运动，而是按电子出现几率最大的区域，离核远近来划分的。
亨利·莫斯莱和巴克拉首次于X-射线吸收研究的实验中发现电子层。
巴克拉把它们称为K、L和、M(以英文子母排列)等电子层（最初K 和L 电子层名为 B 和A，改为K 和L 的原因是预留空位给未发现的电子层）。
这些字母后来被n值1、2、3等取代。
电子层（electronic shell）的名字起源于波尔模式中，电子被认为一组一组地围绕著核心以特定的距离旋转，所以轨迹就形成了一个壳。
电子在原子核外排布时，要尽可能使电子的能量最低。
一般来说，离核较近的电子具有较低的能量，随着电子层数的增加，电子的能量越来越大；同一层中，各亚层的能量是按s、p、d、f的次序增高的。
这两种作用的总结果可以得出电子在原子核外排布时遵守下列次序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p……当原子处在基态时，原子核外电子的排布遵循三个原则：(1)泡利不相容原理(2)能量最低原理(3)洪特规则泡利不相容原理我们已经知道，一个电子的运动状态要从4个方面来进行描述，即它所处的电子层、电子亚层、电子云的伸展方向以及电子的自旋方向。
在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全相同的两个电子存在，这就是保里不相容原理所告诉大家的。
根据这个规则，如果两个电子处于同一轨道，那么，这两个电子的自旋方向必定相反。
电子层
电子层电子层，或称电子壳，是原子物理学中，一组拥有相同主量子数n的原子轨道。
电子在原子中处于不同的能级状态，粗略说是分层分布的，故电子层又叫能层。
目录电子层4、5时表明第三（M层）、第四（N层）、第五（O层）。
一般随着n值的增加，即按K、L、M、N、O…的顺序，电子的能量逐渐升高、电子离原子核的平均距离也越来越大。
电子层可容纳最多电子的数量为2n^2。
电子层不能理解为电子在核外一薄层空间内运动，而是按电子出现几率最大的区域，离核远近来划分的。
亨利·莫斯莱和巴克拉首次于X-射线吸收研究的实验中发现电子层。
巴克拉把它们称为K、L和、M(以英文子母排列)等电子层（最初K 和L 电子层名为 B 和A，改为K 和L 的原因是预留空位给未发现的电子层）。
这些字母后来被n值1、2、3等取代。
名字起源电子层（electronic shell）的名字起源于波尔模式中，电子被认为一组一组地围绕著核心以特定的距离旋转，所以轨迹就形成了一个壳。
电子在原子核外排布时，要尽可能使电子的能量最低。
一般来说，离核较近的电子具有较低的能量，随着电子层数的增加，电子的能量越来越大；同一层中，各亚层的能量是按s、p、d、f的次序增高的。
这两种作用的总结果可以得出电子在原子核外排布时遵守下列次序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p排布原理当原子处在基态时，原子核外电子的排布遵循三个原则：(1)泡利不相容原理(2)能量最低原理(3)洪特规则泡利不相容原理我们已经知道，一个电子的运动状态要从4个方面来进行描述，即它所处的电子层、电子亚层、电子云的伸展方向以及电子的自旋方向。
在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全相同的两个电子存在，这就是泡利不相容原理所告诉大家的。
根据这个规则，如果两个电子处于同一轨道，那么，这两个电子的自旋方向必定相反。
也就是说，每一个轨道中只能容纳两个自旋方向相反的电子。
电子层根据泡利不相容原理，我们得知：s亚层只有1个轨道，可以容纳两个自旋相反的电子；p亚层有3个轨道，总共可以容纳6个电子；d亚层有5个轨道，总共可以容纳10个电子。
电子层排布
电子层排布电子在原子核外运动状态是相当复杂的。
一个电子的运动状态取决于它所处的电子层、电子亚层、轨道的空间伸展方向和自旋状况。
科学实验还告诉我们，在一个原子里不可能存在着电子层、电子亚层、轨道的空间伸展方向和自旋状况完全相同的两个电子。
这个原理叫泡利不相容原理。
根据这个原理，可以知道每一个轨道中只能容纳两个自旋相反的电子。
根据这一点，可以推算出每个电子层中最多可容纳的电子数。
分布规律E1s<E2s<E2p<E3s<E3p<E4s<E3d<E4p<E5s<E4d<E5p<E6s<E4f<E5d；规则E：np>（n－1）d>（n－2）f>ns根据这个排电子所在的原子轨道离核越近，电子受原子核吸收力越大，电子的能量越低。
反之，离核越远的轨道，电子的能量越高，这说明电子在不同的原子轨道上运动时其能量可能有所不同。
原子中电子所处的不同能量状态称原子轨道的能级。
根据原子轨道能级的相对高低，可划分为若干个电子层，K、L、M、N、O、P、Q…. 同一电子层又可以划分为若干个电子亚层，如s、p、d、f等。
每个电子亚层包含若干个原子轨道。
原子轨道的能级可以通过光谱实验确定，也可以应用薛定谔方程求得电子层原子轨道的能级与其所在电子的电子层及电子亚层有关,还与原子序数有关。
E1s<E2s<E2p<E3s<E3p<E4s<E3d<E4p<E5s<E4d<E5p<E6s<E4f<E5d；规则E：np>（n －1）d>（n－2）f>ns；1、不同电子层能级相对高低K<L<M<N…2、同一电子层不同亚层：ns<np<nd<nf…3、同一亚层内各原子轨道能级相同，称为简并轨道。
4、原子轨道能级随原子序数增大而降低。
元素周期表电子层数
元素周期表电子层数
同一周期内，从左到右，元素核外电子层数相同，最外层电子数依次递增，原子半径递减（零族元素除外）。
失电子能力逐渐减弱，获电子能力逐渐增强，金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。
元素的最高正氧化数从左到右递增（没有正价的除外），最低负氧化数从左到右递增（第一周期除外，第二周期的O、F 元素除外）。
同一族中，由上而下，最外层电子数相同，核外电子层数逐渐增多，原子半径增大，原子序数递增，元素金属性递增，非金属性递减。
电子能层数
电子能层数电子能层数是指电子系统中电子活动空间中电子所处的位置，也称作电子层数。
它是量子力学中对振动电子的描述，中量子力学最重要的因子之一是能量。
即当电子在电子能级中振动时，其能量的大小决定着电子的位置。
电子能层数也常常使用在物理、材料学等相关科学领域，用来描述物质的性质，如电、膨胀性等。
电子能层数的基本概念是将量子力学的振动电子分成若干个能量状态，即所谓的能级，每个能级对应一个定义的能量值。
电子在不同的能级之间可以自由游走、振动，电子位置就是电子能层数。
根据不同能量状态，电子能层数可以分为三种：基态电子能层、虚态电子能层和激发态电子能层。
基态电子能层是指电子所处的最低能量状态，它对应的能量值被称为基态能量。
在这个能量状态下，电子所有的能量都被全部消耗掉了，基态电子能层也就是最稳定的电子能层。
虚态电子能层是一种不完全稳定的能量状态，其能量值介于基态能量和激发态能量之间。
它通常由噪声及其他环境因素引起，会使电子升高到比基态更高的能量状态。
激发态电子能层是一种能量极高的能量状态，介于基态能量和虚态能量之间。
它通常是由外部光照辐射、X射线或者电磁辐射等因素引起的，使电子升高到超过基态电子能层的能量状态，从而达到激发态的电子能层。
电子的位置是由它的能级和振动状态决定的，不同的电子能层有着不同的性质，因此，电子能层数是研究物质结构与物理性质的重要依据。
因此，研究电子能层数是物质研究中重要的科学问题。
研究电子能层数的方法主要有两种：物理方法和数值方法。
物理方法是指采用现代量子力学理论，运用物理学的方法对电子能层数进行研究，尤其是对于量子力学中的经典力学理论和量子相干理论，这是实验物理学的基础。
数值方法是指采用数值技术，结合数学方法，以精确的数值计算方式研究电子能层数。
数值方法可以解决量子力学中复杂的问题，大大提高精度，使研究电子能层数及其性质变得更加精确，从而有效地改善物质研究的效率。
电子能层数是一项重要的物理学研究，它的研究和应用可以帮助我们更好地理解物质的性质及结构，为科研、设计和技术开发提供重要的数据支持，并且可以更有效地改善和开发新的物质性质及物理程序。
电子层序数
电子层序数我们人类在探索自然奥秘时，总会遇到这样或那样的难题，但最终还是以人类对物质世界规律的掌握而告终。
下面让我给大家介绍一种比较特殊的物质——原子，你肯定听说过吧？原子的组成就是化学元素，其中氢、氧、氮、碳、硅、镁等元素组成了氢气、氧气、氮气等气体。
还有稀有气体氦、氖、氩，惰性气体氙、氡。
原子序数越大，元素越重。
如：氧原子序数为6，密度2克/厘米3，氖原子序数为8，密度4克/厘米3。
不同的元素化学性质相差很大。
我们常见的金属只有两种：铁和铝，它们的原子序数都是7，但化学性质相差很远，铁是一种很活泼的金属，容易失去电子变成三价铁离子；铝也很活泼，在空气中能燃烧，生成氧化铝。
有些金属在失去电子后会得到电子变成另一种金属。
如铜的原子序数是11，是一种半金属。
铁原子序数是14，是一种典型的金属。
原子的外层都有一个电子，可别小看这一个电子，电子带负电，它既可以和别的原子结合形成稳定的化合物，也可以和别的原子结合形成非稳定的化合物。
所以说原子是有“身份证”的，每一个原子都有一个电子层序数。
从左到右，最外层的电子数分别为1、 2、 3、4、 5，第一层电子数是1、 2、 3、 4、 5，第二层电子数是2、 3、4、 5、 6、 7，以此类推，电子层序数越大，电子越多，越重，性质也就越活泼，密度越小。
大家可别小瞧电子的重量，电子之间的斥力很大，当它的速度增大到一定程度时，就会打破原子核的平衡，使原子发生裂变，释放出巨大的能量。
氢原子的裂变释放的能量比铀核裂变大近百倍，这么强的能量从何而来呢？原子序数为1的金属性最强，其次是2，再次是3，最后是4、 5、6、 7。
金属导电、导热性能都很好，纯净的金属几乎是不良导体，如铁、锡、银、铜、铝等，必须通过某种方法把里面的电子转移到原子核上，使原子核也带上电子，成为良导体。
有些金属在常温下可以导电，如锂、钠、钾等。
但有些金属的电阻很大，如金、银、铜、铝等。
另外，在一些化合物中，也含有不少原子序数为1的金属，如硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐等。
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亚层电子层
、n、l、m、ms表示薛定谔方程是描述微观粒子运动的基本方程，1927年奥地利物理学家薛定锷将光的波动方程引申来描述原子中单个电子运动规律建立起来的，是一个二阶偏微分方程。
在解方程时，为了使解出的函数有合理的物理意义，还必须引入一套参数n、l、m 作为限制条件。
这一套参数在量子化学中称为量子数。
其取值规则为：n = 1，2，3，…，∞ n 为自然整数
l ≤ n –1 l = 0,1,2,…, ( n -1)
|m| ≤ l m = 0, ±1, ±2, … , ±l
1、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 , …
2、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……
3、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分别为1、3、5、7 ( m的取值个数) m的每一个取值表示具有某种空间方向的电子轨道，同一个亚层l的m的取值对应亚层的不同伸展方向，在没有外加磁场的条件下，同一个亚层的能量相同，即在n, l 相同，m不同的轨道能量相同，将能量相同的轨道互称为等价轨道或简并轨道。
n 、l决定了电子的能量大小，l决定了电子运动的动量大小，由于n、l是量子化的，所以电子的能量、动量都是量子化的，m决定了同一角动量l在空间的不同分布。
角动量的方向不同，轨道磁矩不同，与外加磁场的相互作用不同，由于轨道磁矩的方向是量子化的与外磁场的作用能也是量子化的，从而m不同附加的能量值不同，本来2l+1个轨道在外加磁场中发生能级分裂，被称为赛曼效应。
在外加磁场下计算动量在磁场方向投影大小是利用m。
4、ms每个电子都在自旋，在量子力学计算自旋动量大小时取1/2，方向有两个，在计算有外磁场时自旋动量在磁场方向投影大小取±1/2。
根据泡利不相容原则在原子中没有四个量子数完全相同的电子，因此对于同一个亚层l，能容纳的电子个数为2（2l+1）
2、n、l、j、mj表示
由上可知存在轨道角动量、自旋角动量，因此将产生轨道磁矩和自旋磁矩，轨道磁矩在原子范围内形成一个磁场，自旋磁矩相对于磁场将有两种不同的取向，因而产生不同的附加能量。
电子运动：轨道运动+自旋运动
电子总角动量：J=L+S (矢量)可知总角动量也是量子化的
量子力学可知：J=根号j（j+1）h j=|l+-s| s=1/2
l=0时即s轨道电子，j=1/2，由量子力学计算轨道磁矩为0，只有自旋磁矩
L=0 J=S=根号3/4h
l=1，p轨道时j =1/2、3/2 ，J有两个值
同理d轨道分裂为j =3/2、5/2，f轨道分裂为j =5/2、7/2，……
由上可知总角动量的大小与j有关，在有外加磁场的时候动量在磁场方向的投影大小由mj计算，mj的取值范围为–j,-j+1, …,-1/2,1/2, …,j-1,j
如果j=l+1/2，mj共2l+2个，j=l-1/2，mj共2l个
电子的定态可以用量子数n,l,m,ms表示，自旋条件下每个亚层l 量子数为2（2l+1）个，也可以用量子数n,l,j,mj表示，在自旋耦合条件下共有2（2l+1）个量子数。
在不考虑轨道-自旋耦合的时候，动量大小有l决定，在外磁场下方向由m确定，考虑轨道-自旋耦合时，动量大小由j决定，在外磁场下
方向由mj确定。
在耦合后，在没有外加磁场的时候，一个电子的能量表示：
E=E(n,l)+ΔE(j,n,l)
能量主要有主、角量子数确定，当l=0，s轨道没有耦合，ΔE=0，当j=l+1/2时ΔE＞0，当j=l-1/2时ΔE＜0
在光谱分析时考虑自旋耦合，除了s轨道外，p，d，f轨道都分裂为两个能级，能量由低到高依次为：
s——p1/2——p3/2——d3/2——d5/2——f5/2——f7/2
量子数，电子层，电子亚层之间的关系
每个电子层最多容纳的电子数 2 8 18 2n^2
主量子数n 1 2 3 4
电子层K L M N
角量子数l 0 1 2 3
电子亚层s p d f
每个亚层中轨道数目 1 3 5 7
每个亚层最多容纳电子数 2 6 10 14。