什么是电子层结构

什么是电子层结构

电子层是原子物理学中，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。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、
电子层
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2n²。
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。
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(以英文字母排列)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。

电子在原子核外运动状态是相当复杂的。一个电子的运动状态取决于它所处的电子层、电子亚层、轨道的空间伸展方向和自旋状况。科学实验还告诉我们，在一个原子里不可能存在着电子层、电子亚层、轨道的空间伸展方向和自旋状况完全相同的两个电子。这个原理叫泡利不相容原理。根据这个原理，可以知道每一个轨道中只能容纳两个自旋相反的电子。根据这一点，可以推算出每个电子层中最多可容纳的电子数。表3?5总结了各电子层可能有的亚层数、轨道数和最多能容纳的电子数。
各个电子层中电子的最大容纳量
可以看出，每个电子层可能有的最多轨道数为n2，每个轨道又只能容纳2个电子，因此，各电子层可能容纳的电子总数是2n2。
2.核外电子的排布规律
核外电子排布遵循泡利不相容原理、能量最低原理和洪特规则。以上已经提到了泡利不相容原理。能量最低原理就是在不违背泡利不相容原理的前提下，核外电子总是尽先占有能量最低的轨道，只有当能量最低的轨道占满后，电子才依次进入能量较高的轨道。也就是尽可能使体系能量最低。洪特规则是在等价轨道(指相同电子层、电子亚层上的各个轨道)上排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同。后来经量子力学证明，电子这样排布可能使能量最低，所以洪特规则也可以包括在能量最低原理中。
3.元素的金属性和非金属性跟原子结构的关系
从化学的观点来看，金属原子易失电子而变成阳离子，非金属原子易跟电子结合而变成阴离子。元素的原子得失电子的能力显然跟原子核对外层电子特别是最外层电子的引力有着十分密切的关系。而原子核对外层电子的吸引力的强弱主要与原子核的核电荷数、原子半径和原子的电子层结构等有
1）主量子数n
n相同的电子为一个电子层，电子近乎在同样的空间范围内运动，故称主量子数。当n=1,2,3,4,5,6,7 电子层符号分别为K,L,M,N,O,P,Q。当主量子数增大，电子出现离核的平均距离也相应增大，电子的能量增加。例如氢原子中电子的能量完全由主量子数n决定：E=-13.6(eV)/n^2
（2）角量子数l
角量子数l确定原子轨道的形状并在多电子原子中和主量子数一起决定电子的能级。电子绕核运动，不仅具有一定的能量，而且也有一定的角动量M，它的大小同原子轨道的形状有密切关系。例如M=0时，即l=0时说明原子中电子运动情况同角度无关，即原子轨道的轨道是球形对称的；如l=1时，其原子轨道呈哑铃形分布；如l=2时，则呈花瓣形分布。
对于给定的n值，量子力学证明l只能取小于n的正整数：l=0,1,2,3……(n-1)
（3）磁量子数m
磁量子数m决定原子轨道在空间的取向。某种形状的原子轨道，可以在空间取不同方向的伸展方向，从而得到几个空间取向不同的原子轨道。这是根据线状光谱在磁场中还能发生分裂，显示出微小的能量差别的现象得出的结果。
磁量子数可以取值：m=0,+/-1,+/-2……+/-l
（4）自旋量子数ms
直接从Schrödinger方程得不到第四个量子数——自旋量子数ms，它是根据后来的理论和实验要求引入的。精密观察强磁场存在下的原子光谱，发现大多数谱线其实由靠得很近的两条谱线组成。这是因为电子在核外运动，还可以取数值相同，方向相反的两种运动状态，通常用↑和↓表示。