化学元素周期表外层电子排列规律

一般来说处于稳定状态的原子，核外电子将尽可能按照能量最低原理排布，另外，由于电子不可能都挤在一起，它们还要遵守泡利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。

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？这就跟物体势能类似，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，但不会自发的从低处往高处运动，如果要一个物体从地面到空中，则必须要有外力的作用。电子本身就是一种物质，也具有同样的性质，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。当有外力作用时，电子可以吸收能量到能量较高的状态（激发态），但它总有回到基态的趋势。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；原子中电子所处的不同能量状态称原子轨道的能级。根据原子轨道能级的相对高低，可划分为若干个电子层，K、L、M、N、O、P、Q…. ， 同一层中又可以划分为若干个电子亚层，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＜5s＜4d＜5p＜6s＜4f＜5d＜6p＜7s＜5f＜6d＜7p……

一个电子的运动状态可以从4个方面来进行描述——电子层、电子亚层、电子云的伸展方向&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。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。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2*n^2个电子。

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） 氮(N)半满（s1、p3、d5、f7） 氮(N)全空（s0、p0、d0、f0）时比较稳定。

像铁离子Fe3+（3d5)和亚铁离子Fe2+(3d6)对比看，从3d6→3d5才稳定，这和亚铁离子不稳定易被氧化的事实相符合，根据洪特规则铬的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d54s1

下面我们运用核外电子排布的3个原则来讨论核外电子排布的几个实例。 1、氮(N)原子核外有7个电子，根据能量最低原理和保里不相容原理，首先有2个电子排布到第一层的1s轨道中，又有2个电子排布到第二层的2s轨道中。按照洪特规则，余下的3个电子将以相同的自旋方式分别排布到3个方向不同但能量相同的2p轨道中。氮原子的电子排布式为1s2 2s2 2p3。这种用量子数n和l表示的电子排布方式，叫做电子构型或电子组态，右上角的数字是轨道中的电子数目。 2、氖(Ne)原子核外有10个电子，根据电子排布三原则，第一电子层中有2个电子排布到1s轨道上，第二层中有8个电子，其中2个排布到2s轨道上，6个排布到2p轨道上。因此氛的原子结构可以用电子构型表示为1s2 2s2 2p6。这种最外电子层为8电子的结构，通常是一种比较稳定的结构，称为稀有气体结构。 3、钠(Na)原子核外共有11个电子，按照电子排布顺序，最后一个电子应填充到第三电子层上，它的电子构型为1s2 2s2 2p6 3s1。为了避免电子结构式书写过繁，也可以把内层电子已达到稀有气体结构的部分写成“原子实”，以稀有气体的元素符号外加方括号来表示，例如钠原子的电子构型也可以表示为［Ne］3s1 4、钾(K)原子核外共有19个电子，由于3d和4s轨道能级交错，第19个电子填入4s轨道而不填入3d轨道，它的电子构型为1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1或［Ar］4s1。 5、钙(Ca)的第19，20个电子也填入4s轨道，钙原子的电子构型为［Ar］4s2。 铬(Cr)原子核外有24个电子，最高能级组中有6个电子。 6、铬（Ar) 的电子构型为［Ar］3d5 4s1，而不是［Ar］3d4 4s2。这是因为3d5的半充满结构是一种能量较低的稳定结构。 洪特规则之一 洪特规则是在等价轨道（指相同电子层、电子亚层上的各个轨道）上排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同。

附：（1-112号化学元素电子排布式）