第5章 核內質子排列規律決定核外電子排列規律

核內質子排列規律決定核外電子排列規律

一、原子核外電子排布的原理

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。

1．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、g……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、4d……

2．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2n2個電子。

3．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。

4、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

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

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：

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

最后，按照人們的習慣“每一個電子層不分隔開來”，改寫成

1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s

5142

用洪特規則可以解釋為什么Cr原子的外層電子排布為3d4s而不是3d4s，Cu原子的外層電子排布為

10192

3d4s而不是3d4s。

核外電子排布的原理是從大量事實中概括出來的一般規律，絕大多數原子核外電子的實際排布與這些

原理是一致的。但是隨著原子序數的增大，核外電子排布變得復雜，用核外電子排布的原理不能滿意地解

釋某些實驗的事實。在學習中，我們首先應該尊重事實，不要拿原理去適應事實。也不能因為原理不完善

而全盤否定原理。科學的任務是承認矛盾，不斷地發展這些原理，使之更加趨于完善。

5、有許多老的問題，在得到答案的同時就得了了新的理論。

1、是什么因素由誰決定了“核外電子有強列的排列規律”？決定電子排列規律的是電子本身性質，還

是核內質子中子？

2、電子高速自旋：是以電子自身一點在自旋，還是以一個小半徑在旋轉？為什么要自旋？自旋線速度

是多少？誰決定電子的自旋？

3、電子的高速自旋正是現在宇宙產生的原因。也許根本就沒人相信：宇宙的來源就是這么簡單？

4、同一軌道上的兩個電子自旋方向真的是不相同還是觀察時使用照物發生變化而出現了錯誤結論？

二、原始態的N宇宙

首先申明：組成宏觀宇宙的三種粒子是中子質子電子，本文只研究這三種，不研究太小的不能直接組

成物質的粒子，也不研究中子質子由什么東東組成。全世界在沒有搞清楚中子質子電子結合性質，沒搞清

楚核結構和核力性質，就去研究質子中子由什么組成是完全在浪費全球實驗資源，根本沒的必要。也不要

去相信科學家，90%以上的科學家只是書本知識豐富而已。

1、質子不自旋時電子運動狀態

宇宙產生于奇點，還是產生于一個金蛋，這些不重要。但宏觀物質中質子產生于中子這是必須的。所

以我們認為原始宇宙要么是由冷純中子組成，要么某一瞬間原始宇宙由冷純中子組成。原始溫度一定是個

極限溫度，感謝許多科學家為我們找到了一個極限溫度——絕對零度（0K）。原始宇宙也一樣被死亡的最后

階段的星系冷核塌縮碰撞。絕對零度的中子被外界最后塌縮星系碰撞，許許多多的中子被碰分裂出許多質

子和電子，絕對零度的質子不會自旋，分裂出的電子由質子決定運動狀態，質子不自旋不作圓周旋轉，電

子也一樣不會自旋不用圓周旋轉。如果質子不自旋，根本沒有任何力量阻止電子回規質子。冷電子的結果

也只能與質子中和，變成新的冷中子。只要溫度不上升，原始宇宙永遠這樣寂寞。由此可看出溫度是決定

質子自旋的根本動力，而質子是決定電子運動狀態的根本原因。下面推論：當N宇宙產生時更能證明溫度

是質子的生命。

溫度是決定質子自旋的根本動力。溫度是決定質子自旋的根本動力，可以由熱力學原理反推：溫度

越低物質運動越慢，當溫度接近絕對零度時，物質原子不再作運動，原子核也不再作太大的轉動。科學家

得出絕對零度是不能達到的，絕對零度真的不能達到嗎？如果絕對零度存在，原子核中重要粒子質子運動

狀態會怎么樣？如果存在這個極限：絕對零度存在，質子運動狀態一定達到一個極限——靜止不動。一但

質子不再自旋，電子不再受任何力量支持運動狀態，也只好與質子中和，成為一個冷中子。要證實這個理

2262651

2262615

2262624

論也不是不可能：太陽系中，天王星是太陽系內溫度低的行星，最低的溫度只有49K(-224℃)，海海星比原

來想像的更亮、更冷和更小，表面溫度為-240℃，冥王星的表面溫度知道很不很清楚，科學家認為大概在

35到45K（-238到-228℃）之間。我認為如果按天天星到海王星下降了16℃計算，則冥王星的表面溫度應

該在-256℃以下。那么，如果冥王星（或柯伊伯帶行星）外還有星球，若也按下降了16℃計算，那它溫度

應在-273℃左右了。科學家真的有能力，他們發現冥王星運動狀態受到外圍A行星影響，而到現在為止科

學家并漢有發現A行星。按溫度下降來看A行星已經到達了絕對零度，也就是說A行星就是變成了一塊大

的冷中子球。按發現一般行星的方法，科學家永遠發現不了它的形狀，若知道冷中子性質，科學家也許能

感知到它的存在。科學家發現宇宙中有許多暗物質，那這些冷中子塊就是暗物質的根本來源。大的星系暴

發時物質分布還是較均勻的，星系與星系間不可能是真空的，之間的物質在絕對零度時會是什么狀態？冷

中子塊就是其間的暗物質。

如果將研究中子質子的組成所用的資金，用來制造兩只飛船，一只能自行發熱保持體溫，一只不發

熱，一同發向太陽的外圍，若有一天一只能發回信息，一只不能發回信息而失終。所有的問題就解決了。

去證明吧：溫度是決定質子自旋的根本動力。

（也許原始宇宙本身因壓力大而具有一定高溫，這個環境相當于常壓下的絕對零度的環境范圍，整

個研究都是以這種基態為原則進行研究的。以下也一樣。）

而質子是決定電子運動狀態的根本原因。科學家還真有能力，他們發現質子上正電荷分布在一個很

小的范圍內，（霍夫施塔特早年用快電子打擊質子中子實驗時發現：質子的電荷分布在一個小范圍內，而中

子在這小范圍的正電荷外圍分布著小圈負電荷。這些“小范圍”與整個質子中子體積比較相當于一個小小

的點。）電子與它中和時也正是這小地方的中心。這個小范圍的正電荷正是控制核外電子的中心。當質子靜

止不動不自旋時，分裂到外的電子只受正負電荷間的庫侖引力作用，再沒有其它任何力量阻止它返回質子

上的正電荷區，此時只有中和現象發生。兩者間什么時候有斥力出現，什么時候就產生了宏觀宇宙。

2、質子無規律非光速轉動時，電子運動狀態

原始宇宙繼續被死亡后的星系冷核塌縮碰撞，假設這時溫度上升了萬分之一開，中子撞裂的質子有了

一些運動狀態——非光速轉動，撞出的電子受庫侖力作用也隨那點正電荷非光速轉動，正電荷隨質子轉動

時產生一點點與電子的斥力，這個斥力還不能阻止電子再次與質子中和。原始宇宙還是一樣冷悽。

三、N宇宙的在一次偶然中產生

1、質子上正電荷繞質子半徑光速自旋，電子運動狀態。

原始宇宙繼續被死亡后的星系冷核塌縮碰撞，新的一頁開始了，溫度極速上升，質子高速旋轉，分裂

出的電子受質子正電荷控制高速旋轉，并不斷的中和又分裂。終于有了一次偶然的機會：質子上正電荷那

一點以質子半徑為半徑繞主軸線速度為光速高速旋轉——質子自旋產生了。新的宇宙就從這點開始了。科

學家沒有發現這個質子的產生，但科學家們確能計算出這個質子這樣自旋產生的一個特殊的力量，（他們沒

算過，但能算出），對相鄰質子或外圍電子而言這個力的名字叫安培力，是磁場對外圍運動電荷產生的力的

作用。質子正電荷繞半徑光速自旋產生一個電流環，電流環產生一個強磁場，組成質子中子的物質是易磁

化物質，使這個磁場強度加強4倍左右，這個強磁場對外圍電流或相鄰電流環有強力的作用，就叫安培力。

這里有個比偶然還要奇特的的事件發生了：這個安培力對相鄰同向自旋的質子（同時質子間庫侖斥力共同

作用下距離在1－3倍質子直徑內表現為引力）是吸引力作用，而對受質子上正電荷控制的相同方向自旋的

電子正好是斥力作用。宏觀宇宙就在這奇妙中產生了。還有必要具體計算么？沒有必要了，知道半徑、速

度、電荷大小，中國4億大學生人人都能計算了，小兒科麻。

電子運動狀態怎樣？電子受質子正電荷控制，其運動狀態與質子上正電荷點運動狀態完全一樣，但要

自由得多。電子受正電荷控制繞一點（不在電子上的點）光速旋轉，旋轉半徑為質子半徑；這就是電子的

“自旋”，并不是以自身為點真正的自旋。所以，這里特別更證：電子的自旋——是以質子半徑為半徑以光

速為線速度的高速旋轉。如果只有一個質子和一個電子，且處于基態，可以看到電子與質子正好在同一軸

上同向自旋。質子產生的強磁對同向自旋的電子電流環是個強力的斥力作用。當電子靠近質子時這個斥力

迅速變大，大大大于與正電荷的庫侖引力而并排斥開。當電子遠離質子時，這個斥力迅速減小，質子電子

間庫侖引力起主要作用，電子又被吸引。再考慮作用其它運動所需的向心力，電子終將在一定位置與質子

間力達到均衡。宏觀物質由此產生。小兒科的計算就不算了，這個距離大約為10米左右。如圖5-1

-10

受控電子為什么只能以光速與質子同軸自旋？質子上正電荷光速自旋，電子要受控制只能以光速相跟

上；如果電子大于質子半徑要跟上質子正電荷，那電子就必須以大于光速跟上質子自旋，光速是個極限，

大于光速是不可能的，電子也就只能回規質子半徑。如果電子自旋半徑小于質子半徑，電子可以小于光速

自旋，電子就有更多能力跟上正電荷，有能力跟上就有能力擴大自旋半徑，從而回規到質子半徑自旋。所

以受控電子只能與質子同軸同半徑光速自旋。如圖5-2：

這個結構使中子大小為10數量級變為原子10數量級高壓下產生許多重原子和許多超重中子的

-10

，

原子，質子磁場分主軸分枝叉貫穿整個原始宇宙，整個原始宇宙四分五裂，分裂出特大的中子塊夾著質子，

極快的速度曝脹，在幾十秒內膨脹了幾千倍，那么，那就是科學家得到的：宇宙背景輻射同溫的問題就得

到解決。各個大塊自成體系這就是現在的各星系團。

2、同一軌道上兩個電子運動狀態

-15

所有電子質子中子都最先出現在質子磁場的北極N極出現，也許是第一個電子首先出現在N極的原因

吧。所以我把這個宇宙叫做N宇宙。氫原子中質子在N極控制了一個電子如圖5-3中的A處，同時在B處

也可以控制一個電子，這時氫原子變成了氫負離子如圖。受控制的兩個電子都只能與質子同軸同半徑自旋。

但是，“泡利不相容原理：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。”是我的理論與泡利不相

容原理矛盾了嗎？不是。如圖5-3可看出三個粒子同軸自旋，當眼觀位置在A處時，A電子正好逆時針方

向自旋。眼觀點是不變的，原子是高速圓周旋轉的，當B電子轉到眼觀處時，B電子正好是順時針方向自

旋。同一軌道的兩個電子正好正逆時針自旋。一定要理解泡利不相容原理它沒有錯，它是在實驗多次觀察

發現的知識，人們沒辦法控制原子核不動，也不能高速改變眼觀點。而我現在是在把核固定好來觀察的。

除了同軸自旋能產生讓電子質子相互排斥的力之外，再也找不到任何力使電子質子相互排斥了。這就是現

今N宇宙的來源，也只能這樣產生了。

第一個質子出現后，它的強磁使周圍中子磁化，更多的中子在高溫強磁下迅速分裂更多的電子變為質

子，靠太近的相鄰質子迅速排斥，被輻射而出。沿著許多磁軸迅速發生同樣的連鎖反應，質子連著中子大

塊大塊的被爆射到空中??，一個小小的時間里，原始宇宙四分五裂土崩瓦解，一直到現今宇宙，這個N

宇宙可能進行了五分之二的時間。N宇宙的終結：將有三分之一被S宇宙吸引，有三分之二會回歸到原始

狀態。在這個過程中：星系爆發死亡、再爆發再死亡??最后越來越小越來越冷，走到最后變為個個冷中

子塊。

3、半滿全滿亞層結構與核的三角四面體形狀的關系

原子核內質子的具體排列結構是怎樣的？還是得從核外電子排列說起。

能量最低原理 自然界一個普遍的規律是“能量越低越穩定”。原子中的電子也是如此。根據以上原則，

電子在原子軌道中填充排布的順序為1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d…。”

“洪特原理 在能量相等的軌道上，自旋平行的電子數目最多時，原子的能量最低。所以在能量相等的

軌道上，電子盡可能自旋平行地多占不同的軌道”

“由保里不相容原理得知：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。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；第三電子層（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個電子。”

2

核內質子的排列決定電子排列規律，質子也原用類似的規律，我們用大寫字母表示質子的亞層結構，

則會出現能量最低原理：質子在原子核軌道中填充排布的順序為1S 2S 2P 3S 3P 4S 3D 4P 5S 4D5P 6S 4F 5D

6P 7S 5F 6D…。”

洪特原理：在能量相等的軌道上，自旋平行的質子數目最多時，原子核的能量最低。所以在能量相等

的軌道上，質子盡可能自旋平行地多占不同的軌道，也就是半滿、全滿、全空狀態。

保里不相容原理：S亞層只有1個軌道，可以容納兩個同軸自旋的質子；P亞層有3個軌道，總共可

以容納6個質子；D亞層有5個軌道，總共可以容納10個質子；F亞層有7個軌道，總共可以容納14個質

子。第一質子層（K層）中只有1S亞層，最多容納兩個質子；第二質子層（L層）中包括2S和2P兩個亞

層，總共可以容納8個質子；第三質子層（M層） 中包括3S、3P、3D三個亞層，總共可以容納18個質

子……第n層總共可以容納2n個質子。

2

按以上排列的質子又是如何組成核結構的呢？大自然給與我們太多的提示：你看看周邊的大樹，它們

在主干上先分出三支小節，第二層分出的小節上又分出4-5節小節，第三層最外小節上分出6-7支小節，而

頂層總是2-3支小節或一支小主干。

原子核結構與大樹結構類似，我就叫它：大樹形接觸式原子核結構。

因此，所有S亞層質子都排列在主干軸上，1S亞層以單中子結構組成，其余S亞層以雙中子結構組成；

在2S亞層旁邊分出三支2P亞層，且以單中子結構組成；多質子大核以主要形式排列到第2層后，首尾質

子因核力作用而明顯偏離軸心，為了加強核力和整體的穩定，就由同等地位的3支P質子組成三角分支結

構，這3個P支節在主軸S層質子上取名為3支P亞層。穩定態時，這3支P亞層分支與主軸正好形成四

面體，稱之為：三角四面體結構，在三角分區之后的主軸結構是以S亞層雙中子次要形式組成。第3層以

后的分支又可在3支P亞層分支上生長出5支D亞層分支，第4層以后的5支D亞層分支上又可分生出7

支F亞層分支，各亞層分支由能極高低和軌道數決定。所有亞層分支結構形式都是單中子形主要結構形式。

多支節大核的分支以2支或3支組成體系，由各體系組成趨三角四面體形，總體核的形狀仍以主軸為中心

組成趨三角四面體形結構的亞穩定結構。整個多質子大核結構形如一棵理想大樹：有主干、有分支、有次

分支，有主根、有分根、有次分根……它以主軸為主體、以三角四面體為根本，首尾三角四面體形結構組

成為最穩定結構。

為什么2S后主軸以雙中子結構組成？雙中子結構核力較弱（核力勢壘可見），而2S上的三支2P支節

會隨主軸高速小圓環旋轉，旋轉產生的電流環與相鄰質子自旋同向，由此產生的安培力引力較強，從而增

大了相鄰間的核力。若以單中子結構組成則因相鄰質子太多產生的庫侖斥力太大而排斥。主軸尖為什么以

三角四面體結構？也是同樣道理。

電子分層，質子也分層，電子最外以s或p亞層結束，質子也是S或P亞層且組成三角四面體形。由

此可見核外電子的所有排列規律全部由核內質子排列規律決定。

這就是核的形狀。當核高速園周旋轉時，從外界觀察可以發現它形如“球形”，當核主要以主軸方式

旋轉時，從外界觀察可以發現它形如“仿垂形”。不旋轉（現實中是不可能的）觀察就象一棵理想的大樹。

所以，把本文推導得出的核結構叫做大樹形接觸式原子核結構。如下圖5-4鈷60核的結構圖：

1956年李政道、楊振宇推斷弱相互作用中“宇稱不守恒”，建議用β衰變電子的角分布來推斷。1957

年吳建雄等完成了此項實驗：(文獻1)

“把β衰變的鈷60核（

60

C ）放在強磁場中，溫度降到1K以下，最后達到0.004K，這樣有60％的鈷60

O

核（ C ）磁矩取順磁場方向。低溫下原子核熱運動減低，以免擾亂原子核的有序化。實驗發現，60％

60

O

的β射線從反磁場方向發射出來，40％的β射線從順磁場方向發射出來。” 實驗證明：鈷60核（ C ）β

60

O

衰變發生在核磁的南極，或說是逆磁方向，也就是圖5－4的X處。實驗映證：核結構排列總是在核磁北極

排滿后才在核磁南極排列。實驗映證：衰變后的三角形比衰變前穩定得多。從整個核結構可以直觀看出核

結構是非對稱的，反過來說明弱相互作用時宇稱不守恒的原因。

特別更證：從結構上說“宇稱不守恒”其實是核的結構并不是對稱性質的，總是N極大，S極小。

洪特原理：在能量相等的軌道上，自旋平行的質子數目最多時，原子核的能量最低。所以在能量相等

的軌道上，質子盡可能自旋平行地多占不同的軌道，也就是半滿、全滿、全空狀態。5個3D質子全排在下

部（N極）符合半滿狀態，上部2支3D質子出現不穩定狀態（一眼看出結構根本不和諧），因此在止處經

β衰變后變成了Ni核，使外層非三角體形結構衰變后成為三角體形結構，從而核變為穩定結構。

在原子核內，中子的主要作用有點是保護性質的作用，中子的多少與核的自旋和穩定有關，轉動平穩、

結構穩定的核相應中子數就多些。

原子同位素核的結構，按核的主要結構形式和次要結構形式組合后余下的中子怎樣排列？余下的中子

將占據下一個質子能極的位置。對于大核余下的中子太多，它不僅占據下一位質子能級位置，還將占據更

下級的第二、三能極的位置。在大核分支處核力加強，園周旋轉慢，外圍需要的向心力小，在亞層分支之

間處也可吸引一些中子（排列規律之外，亞層分支之間處）；因為質子與質子的庫侖斥力，使這些地方不能

排上1個質子，只能吸引排列一些中子。所以， 越大的、轉動越慢的核吸引的中子數越多，同一元素中子

數不同而成為同位素。

四、S宇宙的發展和N宇宙的終結。

現今的N宇宙還在不斷擴展，一定有種力量對它吸引，這個力量就是S宇宙，也許有多個S宇宙，正

在等待我們的N宇宙的許多星系死亡后的撞擊，也許時間是500億年。現在在N宇宙邊外的星系，當內核

燃燒完后，慢慢冷卻成為冷中子塊，500億年后首先撞擊S宇宙，一次又一次撞擊，當N宇宙的1/4（或

1/3）撞擊到S宇宙，S宇宙有了熱量，中子裂變出質子，新的宇宙產生了。而同時N宇宙余下的2/3（或

3/4）卻不斷縮為一塊冰冷的原始宇宙。總之，宇宙產生于質子的自旋，宇宙也消失于質子不再自旋。