3.2多電子原子的電子排布式和元素周期律

3.2.1多電子原子軌道的能級

多電子原子軌道的能級取決于主量子數n和角量子數l ：

n和l是決定能級的量子數，m不是

多電子原子軌道的能級概括起來就是：主量子數n為根本，角量子數l來微調，磁量子數m不算數，偶爾還有幾個不安分的（能級交錯是極少的，隻有少量的幾個）。

另外：自旋量子數的能級是相同的，因為他們距離原子核的遠近是相同的。

核外電子分布原理與方式

各元素原子核外電子的分布要服從三個原理：

泡利( Pauli)不相容原理：同一個原子的核外電子不可能四個量子數完全相同。各電子層最多可容納電子數為2n2。

最低能量原理：核外電子應盡可能優先占據能級較低的軌道，使系統能量處于最低。鮑林(Pauling)的近似能級順序： 1s; 2s, 2p; 3s, 3p; 4s, 3d, 4p; 5s, 4d, 5p; 6s, 4f, 5d, 6p; 7s, 5f, 6d,7p;（由于能級交錯，4s在3d的前面）（本章的封面人物就是Pauling，獲得過2次諾貝爾獎）

洪特（Hund）規則：在 n 和 l 相同的等價軌道上分布的電子,将盡可能分占 m 值不同的軌道, 且ms相同，即自旋平行。

洪特規則的補充：當軌道處于全充滿、半充滿或全空狀态時，原子比較穩定。

多電子原子的核外電子分布式寫法：先用阿拉伯數字寫出主層（主量子數n），再用s、d、p、f标出亞層（角量子數n），由于磁量子數m不涉及到原子軌道能級，所以在電子分布式裡，不同磁量子數的電子簡并在在一起（如下例中的3p6），電子數目寫在亞層符号的右上角。

紅色字體部分是正确的電子分布式

這裡容易出錯的是洪特規則的補充規則。解釋一下，什麼叫做全滿全空和半滿。

全滿：這個就不詳細解釋，就是八隅規則，最外層為2個電子或者8個電子最穩定，比如H原子主量子數n=1，那麼它的角量子數l隻能是0，而磁量子數m也隻有一個值m=0.所以，其實H原子就隻有1個軌道即為1s軌道，其最外層1s最多有2個電子（自旋量子數分别為 1/2和-1/2），所以氫氣是雙原子分子（電子對被兩個氫原子共用）

半滿：比如N原子，主量子數最大可以為n=2，角量子數最多有2個（l=0、 1）,磁量子數m最多是3個(-1、0、 1)，所以N原子的核外電子(n,l,m)分别為:1s層(1,0,0),2s層(2,0,0),2px層(2,1,-1）,2py層(2,1,0）,2pz層（2,1,1）。N原子有7個電子，1s層排滿2個，2s層排滿2個，2p層有3個軌道，最多能排6個電子，現在隻有3個，所以N原子是比較穩定的，比N原子前面的C原子和後面的O原子都穩定。

（n=2的2s軌道最多2個電子，2p軌道最多6個電子，所以n=2層最多2 6=8個電子，那麼n=3最多有多少個電子呢，答案見本章文後的評論）

全空：舉例，為什麼Na 離子比Na原子穩定？鈉原子的的核外電子排布式是1s22s22p63s1（上标打不出來，以紅字标明），失去一個電子後成為鈉離子，電子排布式為1s22s22p6，3s層全空，鈉離子比鈉原子穩定。

由于化學反應中通常隻涉及外層電子的改變，因此一般隻需要寫出外層電子的分布式。外層電子的分布式也稱為特征電子構型或外層電子構型。

價電子層就是涉及到化合價的電子層

這裡要重點講兩點容易發生錯誤的地方：1）雖然4s軌道原子能級弱于3d,但是寫電子分布式時，還是要寫完主量子數n=3的電子層電子再寫主量子數n=3的電子層電子。2）鐵原子與鐵離子的特征電子構型中，鐵原子的隻寫3d和4s層，而鐵離子的特征電子構型中，鐵離子寫的是3s3p3d（比起鐵原子，4s層的兩個電子已經失去），而不是隻有3d.

下一節講元素周期律和元素周期表