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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。

 

 

 

 

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• 1 信息简介
• 2 名字起源
• 3 电子壳层
• 4 原子电子层
• 5 排布
• 6 原则
• 7 泡利不相容原理
• 8 磁量子数m
• 9 参考资料

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……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。

电子层，或称电子壳或电子壳层，是原子物理学中，一组拥有相同主量子数'的原子轨道。电子层组成为一粒原子的电子序。这可以证明电子层可容纳最多电子的数量为。亨利·莫斯莱和巴克拉的X-射綫吸收研究首次於实验中发现电子层。巴克拉把它们称为'、'和、'(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）。这些字母後来被'值1、2、3等取代。它们被用於分光镜的西格班记号法。电子层的名字起源於波尔氢原子模型中，电子被认为一组一组地围绕着核心以特定的距离旋转，所以轨迹就形成了一个。

原子内的电子都各自处在由儿个量子数所表征的确定能量状态中，电子壳层是所有具有同一给定主量子数（或具有同一给定主量子数及同一给定轨道角动量量子数）的电子态的集合体。

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=0）上只能填充2个电子，p轨道（l=1）上能填充6个，一个亚层填充的电子数为4l+2。具有角量子数0、1、2、3的轨道分别叫做s轨道、p轨道、d轨道、f轨道。之后的轨道名称，按字母顺序排列，如l=4时叫g轨道。排布的规则电子的排布遵循以下三个规则：能量最低原理整个体系的能量越低越好。一般来说，新填入的电子都是填在能量最低的空轨道上的。Hund规则电子尽可能的占据不同轨道，自旋方向相同。

Pauli不相容原理：在同一体系中，没有两个电子的四个量子数是完全相同的。同一亚层中的各个轨道是简并的，所以电子一般都是先填满能量较低的亚层，再填能量稍高一点的亚层。各亚层之间有能级交错现象：1s、2s2p、3s3p、4s3d4p、

5s4d5p、6s4f5d6p、7s5f6d7p、8s5g6f7d8p；有几个原子的排布不完全遵守上面的规则，如：Cr：[Ar]3d54s1；这是因为同一亚层中，全充满、半充满、全空的状态是最稳定的。这种方式的整体能量比3d44s2要低，因为所有亚层均处于稳定状态。排布示例以铬为例：铬原子核外有24个电子，可以填满1s至4s所有的轨道，还剩余4个填入3d轨道：1s22s22p63s23p64s23d4；由于半充满更稳定，排布发生变化：1s22s22p63s23p64s13d5；除了6个价电子之外，其余的电子一般不发生化学反应，于是简写为：[Ar]4s13d5；这里，具有氩的电子构型的那18个电子称为“原子实”。一般把主量子数小的写在前面：[Ar]3d54s1电子构型对性质的影响：主页面：元素周期律；电子的排布情况，即电子构型，是元素性质的决定性因素。为了达到全充满、半充满、全空的稳定状态，不同的原子选择不同的方式。具有同样价电子构型的原子，理论上得或失电子的趋势是相同的，这就是同一族元素性质相近的原因；同一族元素中，由于周期越高，价电子的能量就越高，就越容易失去。元素周期表中的区块是根据价电子构型的显著区别划分的。不同区的元素性质差别同样显著：如s区元素只能形成简单的离子，而d区的过渡金属可以形成配合物。

E1s＜E2s＜E2p＜E3s＜E3p＜E4s＜E4d＜E4p＜E5s＜E5p＜E6s＜E4f＜E5d；规则E：np＞（n－1）d＞（n－2）f＞ns根据这个排电子所在的原子轨道离核越近，电子受原子核吸收力越大，电子的能量越低。反之，离核越远的轨道，电子的能量越高，这说明电子在不同的原子轨道上运动时其能量可能有所不同。原子中电子所处的不同能量状态称原子轨道的能级。根据原子轨道能级的相对高低，可划分为若干个电子层，K、L、M、N、O、P、Q….同一电子层又

可以划分为若干个电子亚层，如s、p、d、f等。每个电子亚层包含若干个原子轨道。原子轨道的能级可以通过光谱实验确定，也可以应用薛定谔方程求得。原子轨道的能级与其所在电子的电子层及电子亚层有关,还与原子序数有关。E1s＜E2s＜E2p＜E3s＜E3p＜E4s＜E4d＜E4p＜E5s＜E5p＜E6s＜E4f＜E5d；规则E：np＞（n－1）d＞（n－2）f＞ns；1、不同电子层能级相对高低K<L<M<N…2、同一电子层不同亚层：ns<np<nd<nf…3、同一亚层内各原子轨道能级相同，称为简并轨道。4、原子轨道能级随原子序数增大而降低。电子轨道亚层在周期表上也有，就是那个S、P、D、F、G等就是亚层排布。S亚层最多容纳两个电子，D层最多6个，依次为10个、14个。另外在分析时候还要考虑能级交错。给你举个例子，铁的亚层在书上标的是3D64S2，这就是说，铁的第四层只用到S层，有两个电子，而第三层用到D层，D层有六个，这说明第三层的S、P层都饱和，所以S层有2个，P层有6个，D层有6个（上面分析的）所以铁的第三层有2+6+6=14个电子。先说说金属。元素周期表的前两个族除了氢之外都是金属元素。由于它们是主族元素，它们的原子核外的电子层里电子都是饱和的，除了最外层。这样看，它们最外层的电子很容易全部失去，因此它们的正价很稳定，而且只有一个，等于最外层的电子数。除了前两个族的元素大部分为金属元素外，还有过渡元素。

从过渡元素在周期表中的位置看，很容易判断它们的次外层电子并不饱和，这样使得它们的化合价繁多，性质也很复杂。通常过渡元素都有亚正价，比如说铁的二价正离子就叫亚铁离子，铜的一价正离子就叫亚铜离子。这些亚价的正离子都不是很稳定，在有氧化剂的存在下都会被氧化，成为高价金属离子。而且这些过渡元素几乎都可以成为酸根的主元素

，比如铁酸根，锰酸根和高锰酸根等。在这种高假态过渡元素形成的酸中，由于过渡金属最外层和次外层的电子全部失去，这些酸大部分都有强氧化性，比如重铬酸高锰酸等。在化学推断题中，经常使用这些课本中不常见的氧化剂，多了解它们的性质对今后做题很有帮助。在第三主族到第六主族里都有金属元素存在，它们是因为随着质子数增多，都显示了或多或少的金属性。在元素周期表中非金属元素都是写在绿框里的，很醒目。非金属元素都一得电子，一般在与金属元素形成的化合物中显正价。但这不代表它们不显正价。在遇到极强的氧化剂时，也会显正价，比如七氧化二氯。这些正价的氧化物溶于水也会形成相应的酸。这些以高价非金属元素为主元素的酸一般也都有强氧化性，象氯酸，浓硫酸。但是，由于氟的非金属性最强，没有氧化剂可以把它氧化，所以氟没有正价。请注意在金属与非金属交界的地方，有一些元素，它们呈梯形排列，有铝锗锑和硼硅砷碲。它们兼有金属性和非金属性。这是由它们所在的特殊位置决定的。它们正处在金属与非金属交界处，是元素由金属向非金属过渡的中间元素。仔细观察镧系和锕系元素。这些元素之所以被排在周期表的同一个格里，是因为它们的性质很相似。它们最外层电子层电子数相同，电子的变化都发生在次外层或倒数第三层。科学家们为了周期。

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。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：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。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。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。

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。

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 。

1、http://zhidao.baidu.com/question/23776555.html

2、http://iask.sina.com.cn/b/5627924.html?from=related

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