电子的交响曲——核外电子排布

化学党都知道电子在化学中的重要性。从初中开始，老师就教导我们，最外层电子数决定着物质的化学性质。那么，什么是电子？电子是怎么运动的？电子为什么这么排布？……这是物质结构中必须理解的知识。

01

电子的出场

电子是汤姆逊发现的。1897年汤姆逊根据阴极射线在电磁场中的轨迹确定了阴极射线中的粒子带负电荷。又测出了它的荷质比远远大于氢离子的荷质比，现在我们知道是1836倍。所以肯定了，这是一种新的粒子，它就是电子。

下面有请美国科学家密立根出场。只测出电子的荷质比是远远不够的，还需要测量出电子的质量和电荷量。

密立根根据油滴实验，测量出了电子的电荷量e=1.60217733×10-19库。

02

跳舞的电子

J. J. 汤姆逊（1856～1940）的儿子乔治·汤姆逊（1892～1975）在父亲的成果下继续研究，提出“电子是一种波”。从而父子分别获得诺贝尔化学奖。

“电子是一种波”，这就很难理解了。在很多人看来，电子难道不是一颗一颗的吗？

大家都知道，声音是一种波，不同频率的声波，会给人不同的感受。

不同的音调组成不同的音阶，不同的音阶合在一起组成不同的小结，不同的音阶组成不同的旋律。

电子也是一种波。当它的波长很长、频率很小的时候，它所拥有的能量也很低。这个时候它只能在离原子核近的地方跳舞（或者说是出现）。反之，电子的能量越高，它就可以在离核较远的空间跳舞。

当原子只有一个电子时，这首乐曲就会非常单调，但却最简单。

玻尔对这首最简单的乐曲，进行了分析。在氢原子和类氢原子（即原子核核外只有一个电子的，如

、

等 ）的光谱 以及普朗克的量子论、爱因斯坦的光子学说的基础上，提出了原子结构理论的几点假设。

当电子的能量最低时，物质处于基态，如果给它能量，它就会跃迁到离核更远的空间内跳舞，这个时候就叫做激发态。

电子由激发态跃迁到基态的时候就会向外界发射一个对应能量的光子，这就是发射光谱。

一个电子的音乐实在是不完美，只有两个电子在一起时，这一个音调才完整。而电子的出现的空间，是分层排布的。

第一层只包含了一个轨道——1s轨道，只能容纳2个电子。

第二层的空间更大，包含了2s轨道和2p轨道。s轨道是个小房间，只能容纳2个电子；p轨道是个两室一厅能够容纳3对电子（6个）。

但是一个电子的乐曲实在是单调。音乐中有一种处理方法叫做“合声”，两个或两个以上不同的音按一定的法则同时发声而构成的音响组合。电子也学到了这个技能，这三个p轨道就是三部合声。

2s和2p一共可以放置8个电子，这就是8电子规则，当最外层电子放置8个电子的时候，该物质比较稳定。这首乐曲也相对完美。

怎么描述电子的乐谱呢？

我们可以将电子层以数字表示在前面，然后将轨道符号写在后面，再在其右上角标出里面住下的电子个数。

第三层电子的空间更开阔，不仅可以放置小单间和两室一厅，还可以放一栋别墅。这个别墅住的电子可以更多，它长得这样子。

No！No！d轨道只有5间房！最后一个小狗走开！！！

住在d轨道的电子必须拥有更大的能量，就像你的荷包一样。所以元素周期表第三周期只有8种元素。而到了第四周期，3d轨道才用得上。

而且，当有19或20个电子分布在原子核外时，宁可用上第四层的4s轨道，4d豪宅依然是空的。

这样可以使我们的电子交响曲更完美。我们是很讨厌一首乐曲中出现一个扎心的音!

怎么归纳这个规律呢？

我们可以将不同层的不同轨道按照高低排列整齐，然后从右上角向左下角画箭头。那么顺序就出来了“1223343454564567567”。

绝大部分电子交响曲，都会按照这样的方式排列。比方说26号元素——铁。

少数的原子不完全符合此规律。

那么，你可以在网上去查一下“洪特规则”。

但是，记住，不管怎样，电子在原子核周围奏出的交响乐，是一首美妙的乐章！

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核外电子的实际排布

核外电子排布规律

一、s p d f是鲍尔轨道排布，它是错误的。

二、实际的电子轨道排布：

①[a b c]表示层，列数3表示这个层的轨道数是3个，a，b，c分别是这3个轨道的电子数。

②同层的轨道近似平行，相邻两层的轨道近似互相垂直(可能差10度左右)。

③红色数字变化的地方就是轨道电子增减的地方。

④轨道(轨迹)是电子锯齿形前进形成的椭圆带。

⑤原子核最大7个层，每层最大轨道数和每个轨道最大电子数如下：

[2] [2 4 2] [4 10 4] [4 12 12 4] [4 12 12 4] [4 10 4] [2]

☆氢只有一层、一个轨道

1 氢H 1s1 [1] 2.08 ←绿色的数字是原子核半径，单位‘埃’。1埃=0.1纳米。

2 氦He 1s2 [2] ? ←第一层最大电子数2个。

☆锂开始出现第二层轨道(每层电子数：2,1，两层轨道垂直)

3 锂Li 2s1 [2] [1] 1.55

4 铍Be 2s2 [2] [2] 1.12 120

5 硼B 2s2 2p1 [2] [3] 0.98

6 碳C 2s2 2p2 [2] [4] 0.91

☆氮开始第二层轨道分裂为2个平行轨道

7 氮N 2s2 2p3 [2] [3 2] 0.92

8 氧O 2s2 2p4 [2] [3 3] 0.65

☆氟开始第二层轨道分裂为3个平行轨道

9 氟F 2s2 2p5 [2] [2 3 2] 0.57

10 氖Ne 2s2 2p6 [2] [2 4 2] 0.51 ←第二层最大电子数8个。

☆钠开始出现第三层轨道(每层电子数：2,8,1)

11 钠Na 3s1 [2] [2 4 2] [1] 1.9

12 镁Mg 3s2 [2] [2 4 2] [2] 1.6 36

13 铝Al 3s2 3p1 [2] [2 4 2] [3] 1.43 2.75 25

14 硅Si 3s2 3p2 [2] [2 4 2] [4] 1.32

15 磷P 3s2 3p3 [2] [2 4 2] [3 2] 1.28

16 硫S 3s2 3p4 [2] [2 4 2] [3 3] 1.27

17 氯Cl 3s2 3p5 [2] [2 4 2] [2 3 2] 0.97

18 氩Ar 3s2 3p6 [2] [2 4 2] [2 4 2] 0.88

☆钾开始出现第四层轨道(每层电子数：2,8,8,1)

19 钾K 4s1 [2] [2 4 2] [2 4 2] [1] 2.35 1

20 钙Ca 4s2 [2] [2 4 2] [2 4 2] [2] 1.97 2

21 钪Sc 3d1 4s2 [2] [2 4 2] [2 5 2] [2] 1.62 3

22 钛Ti 3d2 4s2 [2] [2 4 2] [2 6 2] [2] 1.45 4,3,2 115

23 钒V 3d3 4s2 [2] [2 4 2] [2 7 2] [2] 1.34 5,4,3,2 264

24 铬Cr 3d5 4s1 [2] [2 4 2] [3 6 3] [2] 1.3 6,3,2 9 110

25 锰Mn 3d5 4s2 [2] [2 4 2] [3 7 3] [2] 1.35 7,6,4,2,3 6 210

26 铁Fe 3d6 4s2 [2] [2 4 2] [3 8 3] [2] 1.26 2,3 4.5 50

27 钴Co 3d7 4s2 [2] [2 4 2] [3 9 3] [2] 1.25 2,3 125

28 镍Ni 3d8 4s2 [2] [2 4 2] [3 10 3] [2] 1.24 2,3 80

29 铜Cu 3d10 4s1 [2] [2 4 2] [4 10 4] [1] 1.28 2,1 3 40 ←第三层最大电子数18个。

30 锌Zn 3d10 4s2 [2] [2 4 2] [4 10 4] [2] 1.38 2 35

31 镓Ga 4s2 4p1 [2] [2 4 2] [4 10 4] [3] 1.41 3

32 锗Ge 4s2 4p2 [2] [2 4 2] [4 10 4] [4] 1.37 4

33 砷As 4s2 4p3 [2] [2 4 2] [4 10 4] [3 2] 1.39 -3/3,5

34 硒Se 4s2 4p4 [2] [2 4 2] [4 10 4] [3 3] 1.4

35 溴Br 4s2 4p5 [2] [2 4 2] [4 10 4] [2 3 2] 1.12

36 氪Kr 4s2 4p6 [2] [2 4 2] [4 10 4] [2 4 2] 1.03

☆铷开始出现第五层轨道(每层电子数：2,8,18,8,1)

37 铷Rb 5s1 [2][2 4 2][4 10 4][2 4 2][1] 2.48

38 锶Sr 5s2 [2][2 4 2][4 10 4][2 4 2][2] 2.15

39 钇Y 4d1 5s2 [2][2 4 2][4 10 4][2 5 2][2] 1.78

40 锆Zr 4d2 5s2 [2][2 4 2][4 10 4][2 6 2][2] 1.6 125

41 铌Nb 4d4 5s1 [2][2 4 2][4 10 4][2 7 2][2] 1.46 75

42 钼Mo 4d5 5s1 [2][2 4 2][4 10 4][3 6 3][2] 1.39 160

43 锝Tc 4d5 5s2 [2][2 4 2][4 10 4][3 7 3][2] 1.36

44 钌Ru 4d7 5s1 [2][2 4 2][4 10 4][3 8 3][2] 1.34

45 铑Rh 4d8 5s1 [2][2 4 2][4 10 4][3 9 3][2] 1.34

46 钯Pd 4d10 [2][2 4 2][4 10 4][3 10 3][2] 1.37

47 银Ag 4d10 5s1 [2][2 4 2][4 10 4][4 10 4][1] 1.44 25

48 镉Cd 4d10 5s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 10 4][2] 1.71 20

49 铟In 5s2 5p1 [2][2 4 2][4 10 4][4 10 4][3] 1.66

50 锡Sn 5s2 5p2 [2][2 4 2][4 10 4][4 10 4][4] 1.62

51 锑Sb 5s2 5p3 [2][2 4 2][4 10 4][4 10 4][3 2] 1.59 45

52 碲Te 5s2 5p4 [2][2 4 2][4 10 4][4 10 4][3 3] 1.42

53 碘I 5s2 5p5 [2][2 4 2][4 10 4][4 10 4][2 3 2] 1.32

54 氙Xe 5s2 5p6 [2][2 4 2][4 10 4][4 10 4][2 4 2] 1.24

☆铯开始出现第六层轨道(每层电子数：2,8,18,18,8,1)

55 铯Cs 6s1 [2][2 4 2][4 10 4][4 10 4][2 4 2][1] 2.67

56 钡Ba 6s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 10 4][2 4 2][2] 2.22

57 镧La 5d1 6s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 10 4][2 5 2][2] 1.3

58 铈Ce 4f1 5d1 6s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 11 4][2 5 2][2] 1.81

59 镨Pr 4f3 6s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 13 4][2 4 2][2] 1.82

☆钕开始第四层轨道分裂为4个平行轨道，轨道数达到最大值4个

60 钕Nd 4f4 6s2 [2][2 4 2][4 10 4][3 8 8 3][2 4 2][2] 1.82

61 钷Pm 4f5 6s2 [2][2 4 2][4 10 4][3 8 9 3][2 4 2][2] 1.63？

62 钐Sm 4f6 6s2 [2][2 4 2][4 10 4][3 9 9 3][2 4 2][2] 1.81

63 铕Eu 4f7 6s2 [2][2 4 2][4 10 4][3 9 9 3][2 5 2][2] 1.99

64 钆Gd 4f7 5d1 6s2 [2][2 4 2][4 10 4][3 10 10 3][2 4 2][2] 1.8

65 铽Tb 4f9 6s2 [2][2 4 2][4 10 4][3 11 10 3][2 4 2][2] 1.8

66 镝Dy 4f10 6s2 [2][2 4 2][4 10 4][3 11 11 3][2 4 2][2] 1.8

67 钬Ho 4f11 6s2 [2][2 4 2][4 10 4][3 12 11 3][2 4 2][2] 1.79

68 铒Er 4f12 6s2 [2][2 4 2][4 10 4][3 12 12 3][2 4 2][2] 1.78

69 铥Tm 4f13 6s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 3][2 4 2][2] 1.77

70 镱Yb 4f14 6s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][2 4 2][2] 1.94←第四层最大电子数32个。

71 镥Lu 4f14 5d1 6s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][2 5 2][2] 1.75

72 铪Hf 5d2 6s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][2 6 2][2] 1.67 4

73 钽Ta 5d3 6s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][2 7 2][2] 1.49 5 85

74 钨W 5d4 6s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][3 6 3][2] 1.41 6,5,4,3,2 350

75 铼Re 5d5 6s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][3 7 3][2] 1.37 7,6,4,2，-1

76 锇Os 5d6 6s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][3 8 3][2] 1.35 2,3,4,6,8

77 铱Ir 5d7 6s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][3 9 3][2] 1.36 2,3,4,6 170

78 铂Pt 5d9 6s1 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][4 9 4][1] 1.39 2,4 40

79 金Au 5d10 6s1 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][4 10 4][1] 1.46 3,1 20

80 汞Hg 5d10 6s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][4 10 4][2] 1.6 2,1

81 铊Tl 6s2 6p1 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][4 10 4][3] 1.71

82 铅Pb 6s2 6p2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][4 10 4][4] 1.75

83 铋Bi 6s2 6p3 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][4 10 4][3 2] 1.7 9

84 钋Po 6s2 6p4 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][4 10 4][3 3] 1.67

85 砹At 6s2 6p5 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][4 10 4][2 3 2] 1.45

86 氡Rn 6s2 6p6 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][4 10 4][2 4 2] 1.34

☆钫开始出现第七层轨道(每层电子数：2,8,18,32,18,8,1)

87 钫Fr 7s1 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][4 10 4][2 4 2][1] 2.7

88 镭Ra 7s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][4 10 4][2 4 2][2] 2.33

89 锕Ac 6d1 7s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][3 7 7 3][2 4 2][1] 1.88

90 钍Th 6d2 7s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][3 7 7 3][2 4 2][2] 1.8

91 镤Pa 5f2 6d1 7s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][3 8 7 3][2 4 2][2] 1.61

92 铀U 5f3 6d1 7s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][3 8 8 3][2 4 2][2] 1.38

93 镎Np 5f4 6d1 7s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][3 9 8 3][2 4 2][2] 1.3

94 钚Pu 5f6 7s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][3 9 9 3][2 4 2][2] 1.51

95 镅Am 5f7 7s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][3 10 9 3][2 4 2][2] 1.84

96 锔Cm 5f7 6d1 7s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][3 10 10 3][2 4 2][2] ?

97 锫Bk 5f9 7s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][3 11 10 3][2 4 2][2] ?

98 锎Cf 5f10 7s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][3 11 11 3][2 4 2][2] ?

99 锿Es 5f11 7s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][3 12 11 3][2 4 2][2]

100 镄Fm 5f12 7s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][3 12 12 3][2 4 2][2]

101 钔Md (5f13 7s2) [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][4 12 12 3][2 4 2][2]

102 锘No (5f14 7s2) [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][4 12 12 4][2 4 2][2]← 第五层最大电子数32个。

103 铹Lr (5f14 6d17s2) [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][4 12 12 4][2 5 2][2]

104 鑪Rf (6d2 7s2) [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][4 12 12 4][2 6 2][2]

105 Db (6d3 7s2) [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][4 12 12 4][3 6 3][1]

106 Sg 5f146d47s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][4 12 12 4][3 6 3][2]

107 Bh 5f146d57s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][4 12 12 4][3 7 3][2]

108 Hs 5f146d67s2 [2][2 4 2][4 10 4][4 12 12 4][4 12 12 4][3 8 3][2]

109 Mt 5f146d77s2

110 Ds 5f146d97s1

111 Rg 5f146d107s1

112 Cn 5f146d107s2

113 Uut 5f146d107s27p1

114 Uuq 5f146d107s27p2

115 Uup 5f146d107s27p3

116 Uuh 5f146d107s27p4

117 Uus 5f146d107s27p5

118 Uuo 5f146d107s27p6

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可以与O=O,N三N联系所以,N2中3对成键电子,三键O2,比N2多2个电子,正好是2个反键派电子,所以键级=(6-2)/2=2O2分子的键级为2O2+失去的那个电子在反键轨道上失去...