基本介紹
簡介,電子殼層結構,核外電子分布原理與研究,
簡介
除了氫原子以外，其他原子中都包含有多個電子。在多電子原子中，每個電子的運動除了受到原子核的作用力外．還受到其他運動電子的排斥力作用。由於核的質量遠遠大於電子的質量，核總是起著一個中心的、主要的作用。所以作為一種近似，原子中每個電子所受到的各種作用的平均效應可以等效於一個以核為中心的有心力．這樣處理稱為單電子近似。在這種近似下，每個電子的狀態仍可用研究氧原子得到的四個量子數(n，l，m1，m2)來表示。不同的是。此時主量子數n相同而角量子數l不同的電子能量也稍有不同，所以角量子數l對能量也稍有影響。
電子殼層圖片
電子殼層圖片電子殼層結構
在多電子原子中，決定電子所處狀態的準則有兩條：一是泡利不相容原理；二是能量最小原理(原子系統處於正常狀態，電子填充殼層時，每一個電子部儘量占據最低空能級)，即體系能量最低時，體系最穩定，它決定殼層的次序，元素周期表就是按照這兩條準則排列的。
元素的性質決定於原子的結構，也就是原子中電子所處的狀態，電子狀態的具體內容是下列四個量子數所代表的一些運動情況：
①主量子數n=1，2，3，4，…代表電子運動區域的大小，它決定原子中電子能量的主要部分，前者按軌道的描述也就是電子運動軌道的大小(長半軸)。
對於能量相同的一些電子，可以視為均勻分布於同一殼層上。隨著n數值的不同，可以把電子分布在許多殼層，具有相同n值的電子稱為同一殼層的電子，相應於n=1，2，3，4，…的殼層，分別稱為K殼層，L殼層，M殼層，N殼層，…等。
②軌道角動量量子數l=0，1，2，…。(n-1)代表軌道的形狀(短半軸)和軌道角動量，這也同電子的能量有關。
在同一殼層中，可以有0，1，2，3，4，…。(n-1)個角量子數，於是，每一個殼層又分為幾個不同的次殼層，並用符號s，p，d，f，g，h等來代表l=0，1，2，3，4，5等次殼層。
③軌道磁量子數m1=0，±1，±2，…。±l代表軌道在空間的可能取向，換一句話，它代表軌道角動量在某一特殊方向(外磁場方向)的分量(投影)，引起原子能級的分裂。
④自旋磁量子數ms=+1/2，-1/2代表電子自旋的取向，它也代表電子自旋角動量在某一特殊方向(外磁場方向)的分量(投影)。
核外電子分布原理與研究
1.泡利不相容原理
1925年泡利根據對光譜實驗結果的分析總結出如下的規律：在一個原子中不能有兩個或兩個以上的電子處在完全相同的量子態．即一個原子中任何兩個電子都不可能具有一組完全相同的量子數(挖，1，m，m。)，這稱為泡利不相容原理，如基態氦原子，它的兩個核外電子都處於1s態，其(n，l，m)都是(1，0，0)，則ms必定不同，即一個為+1/2，另一個為-1/2，根據泡利不相容原理不難算出各殼層上最多可容納的電子數為
各支殼層上最多可容納的電子數為
在n=1，2，3，4…的K，L，M，N…各殼層上，最多可容納2，8，18，32…個電子，而在l=0，1，2，3…的s，P，d，f…各支殼層上，最多可容納2，6，10，14…個電子。
實驗證明，自旋量子數為1/2的奇數倍的粒子(稱為費米子)均受泡利不相容原理的限制；自旋量子數為0或1的正整數倍的粒子(稱為玻色子)則不受此限制。
2.能量最小原理
原子處於正常狀態時，每個電子都趨向占據可能的最低能級，使原子系統的總能量儘可能的低。這一規律稱為能量最小原理。因此，能級越低也就是離核越近的殼層首先被電子填充，其餘電子依次向未被占據的最低能級填充，直至所有的Z個核外電子分別填入可能占據的最低能級為止，由於能量還和副量子數l有關，所以在有些情況下，n較小的殼層尚未填滿時，下一個殼層上就開始有電子填入了。關於n和l都不同的狀態能級高低問題，要在考慮電子軌道、自旋耦合作用後，通過求解薛丁格方程便可確定。對此，我國科學家徐光憲教授總結出這樣的規律：對於原子的外層電子，能級高低可以用n+0.7l值的大小來比較，其值越大，能級越高．此規律稱為徐光憲定則。例如，3d態能級比4s態能級高，因此鉀的第19個電子不是填入3d態，而是填人4s態，等等。
按量子力學求得的各元素原子中電子排列的順序，已在各元素的物理、化學性質的周期性中得到完全證實。
