原子壳层结构简介

Question

如题所述

Answer 1

在原子的内部，有一个带正电的密集核心，占据了极小的空间。围绕着这个核心的是带负电的电子，它们的分布是物理学和化学研究的焦点。根据量子力学，电子在原子内可以处于一系列可能的稳定状态，这些状态由四个量子数n、l、ml和ms来描述。n代表主量子数，只能取正整数1、2、3等；l被称为角量子数，可取0到n-1的值；m是磁量子数，取值范围为-l到l，而自旋磁量子数ms则只有两个可能值，+1/2或-1/2。

具有相同主量子数n的电子组成了一个壳层，根据l的不同，又细分为多个子壳层，分别用s、p、d、f等字母标识。原子核外电子的排布遵循两个基本法则：泡利不相容原理，即原子内部不允许两个电子具有完全相同的四个量子数，这决定了每个子壳层的容纳电子数为2l+1个，每个壳层容纳的电子数为2n^2个。例如，第一、二、三、四壳层分别可容纳2、8、18和32个电子。

其次，能量最低原理指出电子优先占据能量较低的状态。通过比较n+0.7l的值，可以判断出不同状态的能量顺序。原子序数增加时，电子按照这个顺序填充子壳层：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p等。这种电子壳层的排列与元素周期表相对应，揭示了元素的物理和化学性质周期性变化的根源，即原子内电子壳层结构的周期性排列。