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
ห้องสมุดไป่ตู้
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。
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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