原子核外电子排布

原子核外电子排布

基本规律

1、泡利不相容原理：每个轨道最多只能容纳两个电子，且自旋相反配对

2、能量最低原理：电子尽可能占据能量最低的轨道

3、Hund规则：简并轨道（能级相同的轨道）只有被电子逐一自旋平行地占据后，

才能容纳第二个电子

另外：等价轨道在全充满、半充满或全空的状态是比较稳定的，亦即下列电子结

构是比较稳定的：

全充满---p6或d10 或f14

半充满----p3或d5或f7

全空-----p0 或d0或 f0

还有少数元素（如某些原子序数较大的过渡元素和镧系、锕系中的某些元素）的

电子排布更为复杂，既不符合鲍林能级图的排布顺序，也不符合全充满、半充满及全

空的规律。而这些元素的核外电子排布是由光谱实验结构得出的，我们应该尊重光谱

实验事实。

对于核外电子排布规律，只要掌握一般的规律，注意少数例外即可。

处于稳定状态的原子，核外电子将尽可能地按能量最低原理排布，另外，由于电

子不可能都挤在一起，它们还要遵守保里不相容原理和洪特规则，一般而言，在这三

条规则的指导下，可以推导出元素原子的核外电子排布情况，在中学阶段要求的前36

号元素里，没有例外的情况发生。

最低能量原理

电子在原子核外排布时，要尽可能使电子的能量最低。怎样才能使电子的能量最

低呢？比方说，我们站在地面上，不会觉得有什么危险；如果我们站在20层楼的顶

上，再往下看时我们心理感到害怕。这是因为物体在越高处具有的势能越高，物体总

有从高处往低处的一种趋势，就像自由落体一样，我们从来没有见过物体会自动从地

面上升到空中，物体要从地面到空中，必须要有外加力的作用。电子本身就是一种物

质，也具有同样的性质，即它在一般情况下总想处于一种较为安全（或稳定）的一种

状态（基态），也就是能量最低时的状态。当有外加作用时，电子也是可以吸收能量

到能量较高的状态（激发态），但是它总有时时刻刻想回到基态的趋势。一般来说，

离核较近的电子具有较低的能量，随着电子层数的增加，电子的能量越来越大；同一

层中，各亚层的能量是按s、p、d、f的次序增高的。这两种作用的总结果可以得出

电子在原子核外排布时遵守下列次序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p„„

泡利不相容原理

我们已经知道，一个电子的运动状态要从4个方面来进行描述，即它所处的电子

层、电子亚层、电子云的伸展方向以及电子的自旋方向。在同一个原子中没有也不可

能有运动状态完全相同的两个电子存在，这就是泡利不相容原理所告诉大家的。根据

这个规则，如果两个电子处于同一轨道，那么，这两个电子的自旋方向必定相反。也

就是说，每一个轨道中只能容纳两个自旋方向相反的电子。这一点好像我们坐电梯，

每个人相当于一个电子，每一个电梯相当于一个轨道，假设电梯足够小，每一个电梯

最多只能同时供两个人乘坐，而且乘坐时必须一个人头朝上，另一个人倒立着（为了

充分利用空间）。根据泡利不相容原理，我们得知：s亚层只有1个轨道，可以容纳

两个自旋相反的电子；p亚层有3个轨道，总共可以容纳6个电子；d亚层有5个轨

道，总共可以容纳10个电子。我们还得知：第一电子层（K层）中只有1s亚层，最

多容纳两个电子；第二电子层（L层）中包括2s和2p两个亚层，总共可以容纳8个

电子；第3电子层（M层）中包括3s、3p、3d三个亚层，总共可以容纳18个电子„„

第n层总共可以容纳2n^2个电子。

洪特规则

从光谱实验结果总结出来的洪特规则有两方面的含义：一是电子在原子核外排布

时，将尽可能分占不同的轨道，且自旋平行；洪特规则的第二个含义是对于同一个电

子亚层，当电子排布处于

全满（s2、p6、d10、f14）

半满（s1、p3、d5、f7）

全空（s0、p0、d0、f0）时比较稳定。这类似于我们坐电梯的情况中，要么电梯

是空的，要么电梯里都有一个人，要么电梯里都挤满了两个人，大家都觉得比较均等，

谁也不抱怨谁；如果有的电梯里挤满了两个人，而有的电梯里只有一个人，或有的电

梯里有一个人，而有的电梯里没有人，则必然有人产生抱怨情绪，我们称之为不稳定

状态。

例如，第24号元素铬Gr，如果按照各能级填充规则，其核外电子排布式应为

1s22s22p63s23p63d44s2 但是，依据洪特规则可知3d能级填充5个电子时较稳定，

所以其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1

同理，第29号元素铜Cu的核外电子排布式应为1s22s22p63s23p63d104s1。

核外电子排布的方法

对于某元素原子的核外电子排布情况，先确定该原子的核外电子数（即原子序数、

质子数、核电荷数），如24号元素铬，其原子核外总共有24个电子，然后将这24

个电子从能量最低的1s亚层依次往能量较高的亚层上排布，只有前面的亚层填满后，

才去填充后面的亚层，每一个亚层上最多能够排布的电子数为：s亚层2个，p亚层6

个，d亚层10个，f亚层14个。最外层电子到底怎样排布，还要参考洪特规则，如

24号元素铬的24个核外电子依次排列为

1s22s22p63s23p64s23d4

根据洪特规则，d亚层处于半充满时较为稳定，故其排布式应为：

1s22s22p63s23p64s13d5

最后，按照人们的习惯“每一个电子层不分隔开来”，改写成

1s22s22p63s23p63d54s1

1至36号原子的电子排布式

[1]H氢 1s1

[2]He氦 1s2

[3]Li锂 1s2 2s1

[4]Be铍 1s2 2s2

[5]B硼 1s2 2s2 2p1

[6]C碳 1s2 2s2 2p2

[7]N氮 1s2 2s2 2p3

[8]O氧 1s2 2s2 2p4

[9]F氟 1s2 2s2 2p5

[10]Ne氖 1s2 2s2 2p6

[11]Na钠 1s2 2s2 2p6 3s1

[12]Mg镁 1s2 2s2 2p6 3s2

[13]Al铝 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1

[14]Si硅 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2

[15]P磷 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3

[16]S硫 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

[17]Cl氯 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5