原子核外電子排布是原子核外電子的一種排列規(guī)則。原子核外電子排布與原子軌道的能級(jí)次序有關(guān)，排布市主要服從三個(gè)規(guī)則:能量最低原理、泡利原理以及洪特規(guī)則。

原子核外電子排布是有規(guī)律的，首先是電子按層排布，而且每層最多容納的電子數(shù)為2n2個(gè);其次，最外層電子數(shù)不得超過(guò)8個(gè)，而次外層的電子數(shù)則不能超過(guò)18個(gè)。這些規(guī)律是從實(shí)驗(yàn)和周期律總結(jié)出來(lái)的，核外電子的排布服從如下的三個(gè)規(guī)則:

1、能量最低原理:

核外電子的排布將盡可能使體系的能量最低。因此，電子首先排布在能量最低的軌道上，最低軌道排滿后，電子再進(jìn)入能量較高的軌道。

2、泡利原理:

在同一個(gè)原子中，最多只能有兩個(gè)電子處在同一狀態(tài)(這里指的是由三個(gè)量子數(shù)n，l，m規(guī)定的狀態(tài)或稱為軌道)，但這兩個(gè)電子的自旋方向必須相反。

這就是說(shuō)，在同一原子中不可能有二個(gè)或更多個(gè)電子有完全相同的四個(gè)量子數(shù)。這個(gè)原理是泡利根據(jù)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的，泡利原理是自旋量子數(shù)為半整數(shù)的一類牡子(如電子、質(zhì)子和中子等)所遵從的統(tǒng)計(jì)規(guī)律的反映。

從幾率的觀點(diǎn)來(lái)看，兩個(gè)電子在某一瞬間同時(shí)在空間某點(diǎn)出現(xiàn)的幾率等于零，這說(shuō)明電子有相互回避的特性，這種特性就反映在泡利原理中。

3、洪特規(guī)則:

在不違背能量最低原理和泡利原理的前提下，在由相同的主量子數(shù)n和角量于數(shù)l規(guī)定的等價(jià)軌道上排布電子時(shí)，電子總是先單獨(dú)而且自旋平行地占據(jù)盡量多的軌道，當(dāng)各等價(jià)軌道上都占有一個(gè)電子后，電子繼續(xù)境充時(shí)才逐一填充在己有一個(gè)電子的軌道上，這一規(guī)則是洪特根據(jù)光譜實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的，又稱為盡量不成對(duì)原理。

原子核外電子排布時(shí)，其主要依據(jù)是原子軌道的能級(jí)次序。

原子軌道能是指和電子波函數(shù)Φ1相應(yīng)的能量E1。原子的總能量近似等于各個(gè)電子的原子軌道能之和。電子結(jié)合能是指在基態(tài)原子中當(dāng)其它電子處于最低能態(tài)，電子從指定軌道上電離時(shí)所需要能量的負(fù)值。電子結(jié)合能反映了原子軌道能級(jí)的高低，所以又稱為原子軌道能級(jí)。因此，原子軌道的能級(jí)次序可通過(guò)兩種方法獲得。

單個(gè)電子在某個(gè)原子軌道上運(yùn)動(dòng)的能量嚴(yán)格說(shuō)是無(wú)法由實(shí)驗(yàn)測(cè)量的。因?yàn)?，?dāng)某一軌道上的電子突然受激電離時(shí)，其它電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都要發(fā)生相應(yīng)的變化。假定這些電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)不及調(diào)整，被“凍結(jié)”在各自原來(lái)的軌道上，這時(shí)原子軌道能就等于在此軌道上運(yùn)動(dòng)的電子其電離能的負(fù)值。這就是著名的庫(kù)普曼定理。

根據(jù)這個(gè)定理，原子軌道的能級(jí)次序，可通過(guò)電離能、原子光譜和光電子能譜等實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定。隨著原子光譜和光電子能譜實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們已經(jīng)得到了比較完整的基態(tài)原子的軌道數(shù)據(jù)。

原子軌道的能量還可通過(guò)理論計(jì)算。在中心力場(chǎng)模型下，多電子原子的薛定諤方程化解成了單電子原子的Schrodinger方程，于是用斯萊脫屏蔽常數(shù)就可近似計(jì)算出原子軌道的能量大小。另外，利用Hartree-Fock自洽場(chǎng)法也可近似計(jì)算出電子軌道能的總和。我國(guó)著名量子化學(xué)家徐光憲根據(jù)X射線光譜和可見(jiàn)光譜數(shù)據(jù)，提出了一個(gè)電子能級(jí)分組計(jì)算法.即(n+0.7l)規(guī)則。

由于在多電子原子中，原子軌道的能量是受多種因素決定的，它包括該軌道電子的動(dòng)能、受核吸引的位能以及電子之間的庫(kù)侖排斥能和交換能。也就是說(shuō)，原子軌道的能量除了和原子的核電荷數(shù)有關(guān)外，還與該電子所處的狀態(tài)、其它電子的狀態(tài)以及它們之間復(fù)雜的相互作用密切相關(guān)。

因此到目前為至，無(wú)論是實(shí)驗(yàn)測(cè)定還是理論計(jì)算，在很大程度上都帶有近似性。這也是長(zhǎng)期以來(lái).原子軌道能級(jí)一直爭(zhēng)論不息的主要原因。盡管爭(zhēng)論的焦點(diǎn)是3d和4s軌道的能量高低，但從原于軌道能級(jí)次序來(lái)分析，這些觀點(diǎn)可以概括為以下三種形式：

鮑林式：ns (n-2)f (n-1)d np

考騰式：(n-2)f (n-1)d NS np

鮑林-柯?tīng)栠d式：ns≈(n-2)f≈(n-1)d np

一、能層、能級(jí)與軌道

總規(guī)律:元素的原子核外電子按照能量由低到高的順序依次排布在不同的能級(jí)中。

1、核外電子的能量主要取決于電子層和電子亞層。電子層又叫能層，它決定電子的能量高低和離核遠(yuǎn)近;同一電子層還可以分成一個(gè)或幾個(gè)電子亞層，電子亞層決定同一電子層的電子的能量差異和電子云的形狀。s亞層呈球形，p亞層呈啞鈴形，d亞層成四瓣花瓣形，f亞層形狀更復(fù)雜。能級(jí)就由能層和電子亞層共同構(gòu)造。

2、能層用n表示，按能量由低到高的順序依次表示為1、2、3、4、5、6、7，依次對(duì)應(yīng)K、L、M、N、O、P、Q層。電子亞層s、p、d、f表示。各電子層最多容納的電子亞層是n種。K層只有s一種亞層，L層有s、p2種亞層，M層有s、p、d3種亞層，N層有s、p、d、f4種亞層，O層有5種亞層，P層有6種亞層，Q層有7種亞層。能層用電子層和電子亞層共同表示，在電子亞層符號(hào)的前面加上能層序號(hào)就是能級(jí)符號(hào)。例如:1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p、4d、4f…

3、同一電子亞層形狀相同但伸展方向不同，可以構(gòu)成不同軌道。s有1個(gè)軌道，p有3個(gè)軌道，d有5個(gè)軌道，f有7個(gè)軌道，可用方框來(lái)表示。s軌道p軌道f軌道4、能量關(guān)系:①相同能層的原子軌道能量高低:ns np nd ②形狀相同的原子軌道能量高低:1s 2s 3s 同一電子亞層形狀相同但伸展方向不同的原子軌道能量相同。2px=2py=2pz。

二、核外電子排布的表示方法

1、結(jié)構(gòu)示意圖:用以表示原子核電荷數(shù)和核外電子在各電子層排布的簡(jiǎn)圖。

2、電子排布式:用能級(jí)符號(hào)表示核外電子在各個(gè)能級(jí)排布情況的圖式。例如S:1s22s22p63s23p4。

3、簡(jiǎn)化電子排布式:用內(nèi)層所代表的元素符號(hào)和外圍電子排布式表示核外電子排布情況的圖式。例如S:[Ne]3s23p4。

4、軌道排布式:用方框和“↑”“↓”表示核外電子在各個(gè)能級(jí)的軌道中的排布情況的圖式。

例如S:1s2s2p3s3p。軌道排布式最能體現(xiàn)能量最低原理、泡利原理和洪特規(guī)則，可以反映電子的自旋狀態(tài)。