原子核外電子排布

原子核外電子排布

基本規律

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：電子盡可能占據能量最低的軌道

3、Hund規則：簡并軌道（能級相同的軌道）只有被電子逐一自旋平行地占據后，

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

電子排布更為復雜，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。

對于核外電子排布規律，只要掌握一般的規律，注意少數例外即可。

處于穩定狀態的原子，核外電子將盡可能地按能量最低原理排布，另外，由于電

子不可能都擠在一起，它們還要遵守保里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。

最低能量原理

電子在原子核外排布時，要盡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，不會覺得有什么危險；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高，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于一種較為安全（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??

泡利不相容原理

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，如果兩個電子處于同一軌道，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。這一點好像我們坐電梯，

每個人相當于一個電子，每一個電梯相當于一個軌道，假設電梯足夠小，每一個電梯

最多只能同時供兩個人乘坐，而且乘坐時必須一個人頭朝上，另一個人倒立著（為了

充分利用空間）。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，將盡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于同一個電

子亞層，當電子排布處于

全滿（s2、p6、d10、f14）

半滿（s1、p3、d5、f7）

全空（s0、p0、d0、f0）時比較穩定。這類似于我們坐電梯的情況中，要么電梯

是空的，要么電梯里都有一個人，要么電梯里都擠滿了兩個人，大家都覺得比較均等，

誰也不抱怨誰；如果有的電梯里擠滿了兩個人，而有的電梯里只有一個人，或有的電

梯里有一個人，而有的電梯里沒有人，則必然有人產生抱怨情緒，我們稱之為不穩定

狀態。

例如，第24號元素鉻Gr，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。

核外電子排布的方法

對于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，然后將這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后，

才去填充后面的亞層，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。最外層電子到底怎樣排布，還要參考洪特規則，如

24號元素鉻的24個核外電子依次排列為

1s22s22p63s23p64s23d4

根據洪特規則，d亞層處于半充滿時較為穩定，故其排布式應為：

1s22s22p63s23p64s13d5

最后，按照人們的習慣“每一個電子層不分隔開來”，改寫成

1s22s22p63s23p63d54s1

1至36號原子的電子排布式

[1]H氫 1s1

[2]He氦 1s2

[3]Li鋰 1s2 2s1

[4]Be鈹 1s2 2s2

[5]B硼 1s2 2s2 2p1

[6]C碳 1s2 2s2 2p2

[7]N氮 1s2 2s2 2p3

[8]O氧 1s2 2s2 2p4

[9]F氟 1s2 2s2 2p5

[10]Ne氖 1s2 2s2 2p6

[11]Na鈉 1s2 2s2 2p6 3s1

[12]Mg鎂 1s2 2s2 2p6 3s2

[13]Al鋁 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1

[14]Si硅 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2

[15]P磷 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3

[16]S硫 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

[17]Cl氯 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5