 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。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。 根据保里不相容原理，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。我们还得知：第一电子层（K层）中只有1s亚层，最多容纳两个电子； 注意： 第二电子层（L层）中包括2s和2p两个亚层，总共可以容纳8个电子(所以8个电子时为稳定状态)； 第3电子层（M层）中包括3s、3p、3d三个亚层，总共可以容纳18个电子……第n层总共可以容纳2n^2个电子。 能量最低原理 在满足泡利原理前提下，电子将按照使体系总能量最低的原则填充。量子化学计算结果表明，当有d电子填充时（例如第四周期Ni，3d轨道能E3d=-18.7eV，而E4s=-7.53eV），E3d＜E4s；当没有d电子填充时（例如第四周期K，有E3d=-0.64eV，而E4s=-4.00eV）E3d＞E4s，发生了能级“倒置”现象，其他第五、六、七周期也有类似情况。所以不能简单地说电子是按轨道能由低到高的次序填入，但总可以说是按n＋0.7l 值由小到大的次序填充。其中n是主量子数，l是角量子数。 洪特规则 从光谱实验结果总结出来的洪特规则有两方面的含义：一是电子在原子核外排布时，将尽可能分占不同的轨道，且自旋平行；洪特规则的第二个含义是对于同一个电子亚层，当电子排布处于 全满（s2、p6、d10、f14） 半满（s1、p3、d5、f7） 全空（s0、p0、d0、f0）时比较稳定。 如果仔细观察元素周期表,可以发现每个元素下面都有电子亚层的电子排布数量,之所以会有"奇怪的现象",是因为3d层能量比4s层高,称为"能级交错现象" 电子亚层 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，电子的能量还稍有差异，电子云的形状也不相同。因此电子层仍可进一步分成一个或n个电子亚层。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。 同一电子层不同亚层的能量按s、p、d、f序能量逐渐升高。 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。 磁量子数m 磁量子数m决定原子轨道（或电子云）在空间的伸展方向。当l给定时，m的取值为从-l到+l之间的一切整数（包括0在内），即0，±1，±2，±3，…± l，共有2l+1个取值。即原子轨道（或电子云）在空间有2l+1个伸展方向。原子轨道（或电子云）在空间的每一个伸展方向称做一个轨道。例如，l=0 时，s电子云呈球形对称分布，没有方向性。m只能有一个值，即m=0，说明s亚层只有一个轨道为s轨道。当l=1时，m可有-1，0，+1三个取值，说明 p电子云在空间有三种取向，即p亚层中有三个以x,y,z轴为对称轴的px，py，pz轨道。当l=2时，m可有五个取值，即d电子云在空间有五种取向， d亚层中有五个不同伸展方向的d轨道. 原子中的电子除绕核作高速运动外，还绕自己的轴作自旋运动。电子的自旋运动用自旋量子数ms表示。ms 的取值有两个，+1/2和-1/2。说明电子的自旋只有两个方向，即顺时针方向和逆时针方向。通常用“↑”和“↓”表示。 综上所述，原子中每个电子的运动状态可以用n，l，m，ms四个量子数来描述。主量子数n决定电子出现几率最大的区域离核的远近（或电子层），并且是决定电子能量的主要因素；副量子数l决定原子轨道（或电子云）的形状，同时也影响电子的能量；磁量子数m决定原子轨道（或电子云）在空间的伸展方向；自旋量子数ms决定电子自旋的方向。因此四个量子数确定之后，电子在核外空间的运动状态也就确定了。 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 电子层与元素周期表的关系 在元素周期表上每一横行叫做周期元素在那个周期是元素的电子层数决定的！所以元素周期表只有7个周期。 在元素周期表上每一纵行叫做族元素在那个族是元素的电子层的最外层电子数决定的！ 但上述规律也并不是完全适用于所有元素，副族元素中就有原子不符合此规律，如第46号元素钯位于第五周期却只有4个电子层 原理 一个原子是由原子核和核外高速运动的电子所组成的。原子核又是由质子和中子组成的（不是分两层）每一个质子带一个单位正电荷,中子不带电，有多少个质子就带多少单位正电荷，质子所带的正电荷数就叫核电荷数，核电荷数=质子数=核外电子数。 核电荷数=核内质子数=核外电子数 原子相对质量 约= 质子数量+中子数量
一个电子所带的电荷量为一个基元电荷e，核电荷数即某个原子核电荷量Q与e的比值n(为整数）。原子核有质子和中子组成，中子不带电，每个质子电荷量为基元电荷e，所以核电荷数就等于质子数。核电荷数也是原子序数，即该元素为几号元素。荷音同贺
核电荷数=质子数=核外电子数
中子数不一定和质子数相同，一般来说粒子有几个质子，就有几个电子。然而，一个质子带一个单位正电荷，一个电子又带一个单位负电荷，所以一个原子不显电性。如果是离子的话就要看粒子的化合价，一般来说物质的化合价是多少它就带几个单位正或负电荷。 原子核中的质子数，也叫核电荷数。电荷是物质、原子或电子等所带的电的量。电荷可分为正电荷与负电荷，电子则带有负电。质子带的是正电荷。
|
|
|
