电子亚层在相同电子层中电子能量还有微小的差别.doc

电子亚层在相同电子层中电子能量还有微小的差别，电子云形状也不相同，根据这些差别把一个电子层分为几个亚层在同一电子层中，电子的能量还稍有差异，电子云的形状也不相同因此电子层还可分成一个或 n 个电子亚层K 层只包含一个 s 亚层；L 层包含 s 和 p 两个亚层；M 层包含 s、p、d 三个亚层；N 层包含s、p、d、f 四个亚层 电 子 亚 层 之 一 电 子 亚 层 可 用 表 示 ， =0、 1、 2、 3、 …（ n-1） ， n 为 电 子 层 数 即 K 层 （ n=1）有 0 一 个 亚 层 （ s） ； L 层 （ n=2） 有 0、 1 两 个 亚 层 ， 即 2s、 2p； M 层 （ n=3） 有 0、 1、 2 三 个 亚 层 ，即 3s、 3p、 3d 同 理 N 层 有 4s、 4p、 4d、 4f 四 个 亚 层 不 同 亚 层 的 电 子 云 形 状 不 同 ， s 亚 层 （ =0） 的电 子 云 形 伏 为 球 形 对 称 ； p 亚 层 （ =1） 的 电 子 云 为 无 柄 哑 铃 形 （ 纺 锤 形 ） ； d 亚 层 （ =2） 的 电 子 云 为 十字 花 瓣 形 等 。

同 一 电 子 层 不 同 亚 层 的 能 量 按 s、 p、 d、 f 序 能 量 逐 渐 升 高 电 子 亚 层 之 二 通 过 对 许 多 元 素 的 电 离 能 的 进 一 步 分 析 ， 人 们 发 现 ， 在 同 一 电 子 层 中 的 电 子 能 量 也不 完 全 相 同 ， 仍 可 进 一 步 分 为 若 干 个 电 子 组 这 一 点 在 研 究 元 素 的 原 子 光 谱 中 得 到 了 证 实 电 子 亚 层 分 别 用 s、 p、 d、 f 等 符 号 表 示 不 同 亚 层 的 电 子 云 形 状 不 同 s 亚 层 的 电 子 云 是 以 原 子 核 为 中心 的 球 形 ， p 亚 层 的 电 子 云 是 纺 锤 形 ， d 亚 层 为 花 瓣 形 ， f 亚 层 的 电 子 云 形 状 比 较 复 杂 电 子 亚 层 之 三 受 磁 量 子 数 的 控 制 ， s 层 有 一 个 轨 道 ， p 层 有 三 个 轨 道 ， d 层 有 五 个 轨 道 ， 等 等 ，（ 根 据 自 旋 量 子 数 ， 每 个 轨 道 可 容 纳 2 个 电 子 ） 。

由 于 亚 层 的 存 在 ， 使 同 一 个 电 子 层 中 电 子 能 量 出 现 不 同 ， 甚 至 出 现 低 电 子 层 的 高 亚 层 能 量 大 于 高 电 子 层 的低 亚 层 ， 即 所 谓 的 能 级 交 错 现 象 各 亚 层 能 量 由 低 到 高 排 列 如 下 ： 1s， 2s， 2p， 3s， 3p， 4s， 3d， 4p， 5s， 4d， 5p， 6s， 4f， 5d， 6p， 7s， 5f， 6d....... 有 一 个 公 式 可 以 方 便 记 忆 ： ns=6,d 前 的 n>=4 一 、 原 子 轨 道 和 电 子 云 二 、 轨 道 量 子 数 与 原 子 能 级 从 解 薛 定 谔 方 程 所 引 进 的 一 套 参 数 n, l, m（ 称 为 量 子 数 ） 的 物 理 意 义 、 取 值 以 及 取 值 的 组 合 形 式 与核 外 电 子 运 动 状 态 的 关 系 如 下 ： （ 一 ） 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 , … （ 二 ） 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…… 轨 道 形 状 园 球 双 球 花 瓣 八 瓣 （ 三 ） 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 ： 1 3 5 7 ( m 的 取 值 个 数 ) 　 　 n, l 相 同 ， m 不 同 的 轨 道 能 量 相 同 也 即 同 一 亚 层 中 因 m 不 同 所 代 表 的 轨 道 具 有 相 同 的 能 量 通 常将 能 量 相 同 的 轨 道 互 称 为 等 价 轨 道 或 简 并 轨 道 三 个 量 子 数 的 取 值 关 系 ： L 受 n 的 限 制 ： n =1 l = 0 m = 0 n =2 l = 0, 1 m = 0 n =3 l = 0, 1, 2 m = 0, ±1, ±2 m 的 取 值 受 l 的 限 制 ： 如 l = 0 m = 0 l = 1 m = -1, 0, +1 l = 2 m = -2, -1, 0, +1, +2 三 个 量 子 数 的 一 种 组 合 形 式 决 定 一 个 Ψ ， 而 每 一 个 Ψ 又 代 表 一 个 原 子 轨 道 ， 所 以 三 个 量 子 数 都 有 确定 值 时 ， 即 确 定 核 外 电 子 的 一 种 电 子 运 动 状 态 。

（ 四 ） 原 子 能 级 在 多 电 子 原 子 中 ， 原 子 的 能 级 除 受 主 量 子 数 （ n)影 响 外 ， 还 与 副 量 子 数 （ l） 有 关 ， 其 间 关 系 复 杂 下 图 表 示 了 若 干 元 素 原 子 中 能 级 的 相 对 高 低 由 图 可 以 看 出 ： （ 1） 单 电 子 原 子 （ Z=1)中 ， 能 量 只 与 n 有 关 ， 且 n↑， E↑ （ 2） 多 电 子 原 子 （ Z≥ 2） 中 ,能 量 与 n、 l 有 关 ① n 相 同 ， l 不 同 ， 则 l↑， E↑ 如 ： Ens＜ Enp＜ End＜ Enf ② l 相 同 ， n 不 同 ， 则 n↑， E↑ 如 ： E1s＜ E2s＜ E3s…… E2p＜ E3p＜ E4p…… E3d＜ E4d＜ E5d…… “（ 3） 能 级 交 错 若 n 和 l 都 不 同 ， 虽 然 能 量 高 低 基 本 上 由 n 的 大 小 决 定 ， 但 有 时 也 会 出 现 高 电 子 层 中 低 亚 层 （ 如 4s） 的 能 量 反 而 低 于 某 些 低 电 子 层 中 高 亚 层 （ 如 3d） 的 能 量 这 种 现 象 称 为 能 级 交 错 。

能 级 交 错 是 由 于 核 电荷 增 加 ， 核 对 电 子 的 引 力 增 强 ， 各 亚 层 的 能 量 均 降 低 ， 但 各 自 降 低 的 幅 度 不 同 所 致 能 级 交 错 对 原 子 中 电 子的 分 布 有 影 响 ” 三 、 电 子 的 自 旋 与 电 子 层 的 最 大 容 量 1.自 旋 量 子 数 （ ms） 用 分 辨 能 力 很 强 的 光 谱 仪 来 观 察 氢 原 子 光 谱 ， 发 现 一 条 谱 线 是 由 靠 得 非 常 近 的 两 条 线 组 成 ， 为 氢 原 子 的 精 细结 构 ， 1925 年 琴 伦 贝 克 和 高 斯 米 特 ， 根 据 前 人 的 实 验 提 出 了 电 子 自 旋 的 概 念 ， 用 以 描 述 电 子 的 自 旋 运 动 自 旋 量 子 数 ms 有 两 个 值 (+1/2， -1/2)， 可 用 向 上 和 向 下 的 箭 头 (“↑”“↓”)来 表 示 电 子 的 两 种 所 谓 自 旋 状 态 结 论 ： 描 述 一 个 电 子 的 运 动 状 态 ， 要 用 四 个 量 子 数 （ n， l， m ， ms ） ， 同 一 原 子 中 ， 没 有 四 个 量 子数 完 全 相 同 的 两 个 电 子 存 在 。

2.原 子 核 外 电 子 排 布 的 一 般 规 律 （ 1） Pauli 不 相 容 原 理 在 同 一 原 子 中 ， 一 个 原 子 轨 道 上 最 多 只 能 容 纳 两 个 自 旋 方 向 相 反 的 电 子 （ 2） 能 量 最 低 原 理 电 子 总 是 最 先 排 布 （ 占 据 ） 在 能 量 最 低 的 轨 道 　 （ 3） 洪 特 规 则 ① 在 等 价 轨 道 上 ， 电 子 总 是 尽 先 占 据 不 同 的 轨 道 ， 而 且 自 旋 方 向 相 同 （ 平 行 ） ② 当 等 价 轨 道 上 全 充 满 时 ( p6, d10, f 14 )， 半 充 满 ( p3, d 5, f 7 )和 全 空 ( p0, d0, f 0 )时 ，能 量 最 低 ， 结 构 较 稳 定 3.电 子 层 的 最 大 容 量 根 据 以 上 的 排 布 规 则 ， 可 以 推 算 各 电 子 层 、 电 子 亚 层 和 轨 道 中 最 多 能 容 纳 多 少 电 子 由 于 每 一 个 电 子 层 （ n)中 有 n 个 电 子 亚 层 （ 每 一 个 电 子 亚 层 又 可 以 有 （ 2l+1） 个 轨 道 ） ， 则 每 一 电子 层 可 能 有 的 轨 道 数 为 n2， 即 ： 又 由 于 每 一 个 轨 道 上 最 多 容 纳 两 个 电 子 ， 所 以 每 一 电 子 层 的 最 大 容 量 为 2 n2， 每 一 电 子 亚 层 中 的 电子 数 不 超 过 2（ 2l+1） 个 。

电 子 层 的 最 大 容 量 （ n＝ 1－ 4） 原 子 核 外 的 电 子 总 是 有 规 律 的 排 布 在 各 自 的 轨 道 上 原 子 轨 道 的 种 类 主 页 面 ： 原 子 轨 道 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。