原子核外電子排布規律

原子核外電子排布規律是指介紹原子核外電子的排布規律，主要有泡利不相容原理、能量最低原理、洪特定則等。

基本介紹

• 中文名：原子核外電子排布規律
• 釋義：介紹原子核外電子的排布規律
• 主要內容：泡利不相容原理、能量最低原理等
• 全充滿：p6或d10 或f14

基本規律

排布規律

1、泡利不相容原理：每個軌道最多只能容納兩個電子，且自旋相反配對

2、能量最低原理：電子儘可能占據能量最低的軌道

3、洪特規則：簡併軌道（能級相同的軌道）只有被電子逐一自旋平行地占據後，才能容納第二個電子

另外：等價軌道在全充滿、半充滿或全空的狀態是比較穩定的，亦即下列電子結構是比較穩定的：

全充滿---p⁶或d¹⁰ 或f¹⁴

半充滿----p³或d⁵或f⁷

全空-----p⁰ 或d⁰或 f⁰

還有少數元素（如某些原子序數較大的過渡元素和鑭系、錒系中的某些元素）的電子排布更為複雜，既不符合鮑林能級圖的排布順序，也不符合全充滿、半充滿及全空的規律。而這些元素的核外電子排布是由光譜實驗結構得出的，我們應該尊重光譜實驗事實。

對於核外電子排布規律，只要掌握一般的規律，注意少數例外即可。

處於穩定狀態的原子，核外電子將儘可能地按能量最低原理排布，另外，由於電子不可能都擠在一起，它們還要遵守泡利不相容原理和洪特規則，一般而言，在這三條規則的指導下，可以推導出元素原子的核外電子排布情況，在中學階段要求的前36號元素里，沒有例外的情況發生。

電子層排布原理

電子排布是表示原子核外電子排布的圖式之一。分別用1、2、3、4、5、6、7等數字表示K、L、M、N、O、P、Q、R等電子層，用s、p、d、f等符號分別表示各電子亞層，並在這些符號右上角用數字表示各亞層上電子的數目。如氧原子的電子排布式為1s22s22p4。迄今為止，只發現了8個電子層！

若電子層數是n，這層的電子數目最多是2n²個；每一個亞層上最多能夠排布的電子數為：s亞層2個，p亞層6個，d亞層10個，f亞層14個。無論是第幾層，如果作為最外電子層時，那么這層的電子數不能超過8個，如果作為倒數第二層（次外層），那么這層的電子數便不能超過18個。

原理

能量最低原理

電子在原子核外排布時，要儘可能使電子的能量最低。怎樣才能使電子的能量最低呢？比方說，我們站在地面上，不會覺得有什麼危險；如果我們站在20層樓的頂上，再往下看時我們心理感到害怕。這是因為物體在越高處具有的勢能越大，物體總有從高處往低處的一種趨勢，就像自由落體一樣，我們從來沒有見過物體會自動從地面上升到空中，物體要從地面到空中，必須要有外加力的作用。電子本身就是一種物質，也具有同樣的性質，即它在一般情況下總想處於一種較為安全（或穩定）的一種狀態（基態），也就是能量最低時的狀態。當有外加作用時，電子也是可以吸收能量到能量較高的狀態（激發態），但是它總有時時刻刻想回到基態的趨勢。一般來說，離核較近的電子具有較低的能量，隨著電子層數的增加，電子的能量越來越大；同一層中，各亞層的能量是按s、p、d、f的次序增高的。這兩種作用的總結果可以得出電子在原子核外排布時遵守下列次序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……

不相容原理

我們已經知道，一個電子的運動狀態要從4個方面來進行描述，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。在同一個原子中沒有也不可能有運動狀態完全相同的兩個電子存在，這就是泡利不相容原理所告訴大家的。根據這個規則，如果兩個電子處於同一軌道，那么，這兩個電子的自旋方向必定相反。也就是說，每一個軌道中只能容納兩個自旋方向相反的電子。根據泡利不相容原理，我們得知：s亞層只有1個軌道，可以容納兩個自旋相反的電子；p亞層有3個軌道，總共可以容納6個電子；d亞層有5個軌道，總共可以容納10個電子。我們還得知：第一電子層（K層）中只有1s亞層，最多容納兩個電子；第二電子層（L層）中包括2s和2p兩個亞層，總共可以容納8個電子；第3電子層（M層）中包括3s、3p、3d三個亞層，總共可以容納18個電子……第n層總共可以容納2n^2個電子。

洪特規則

從光譜實驗結果總結出來的洪特規則有兩方面的含義：一是電子在原子核外排布時，將儘可能分占不同的軌道，且自旋平行；洪特規則的第二個含義是對於同一個電子亞層，當電子排布處於

全滿（s²、p⁶、d¹⁰、f¹⁴）

半滿（s¹、p³、d⁵、f⁷）

全空（s⁰、p⁰、d⁰、f⁰）時比較穩定。

例如，第24號元素鉻Cr，如果按照各能級填充規則，其核外電子排布式應為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁴4s² 但是，依據洪特規則可知3d能級填充5個電子時較穩定，所以其核外電子排布式為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹

同理，第29號元素銅Cu的核外電子排布式應為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹。

排布的具體方法

對於某元素原子的核外電子排布情況，先確定該原子的核外電子數（即原子序數、質子數、核電荷數）。如24號元素鉻，其原子核外總共有24個電子。

然後根據泡利不相容原理，將這24個電子從能量最低的1s亞層，依次往能量較高的亞層上排布。只有前面的亞層填滿後，才去填充後面的亞層。每一個亞層上最多能夠排布的電子數為：s亞層2個，p亞層6個，d亞層10個，f亞層14個。

按能量最低原理得出的原子核外電子排布次序排序，如24號元素鉻的24個核外電子依次排列為

1s22s22p63s23p64s23d4

由洪特規則可知d亞層處於半充滿時較為穩定，故其排布式應為：

1s22s22p63s23p64s13d5

最後，按照人們的習慣“每一個電子層不分隔開來”，改寫成

1s22s22p63s23p63d54s1。為1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1