自然科学基础：电子层的结构与分类

2023-08-11 理论教育版权反馈

【摘要】：为了便于说明问题，科学上把原子核外能量不同的电子运动区域，划分为若干个“电子层”。这样，电子可看作在能量不同的电子层上运动，称为核外电子的分层排布。即电子应首先排布在能量最低的电子层里，然后依次排布到能量较高的电子层里。任何原子的最外电子层最多有8个电子，次外电子层最多只能有18个电子，而从外往里数第三层最多只能有32个电子。

（一）物质的结构

构成物质的微粒有分子、原子和离子等。虽然它们不能被肉眼看见，但科学实验已经证明它们确实存在。

原子是参与化学反应的最小微粒，它是由带正电荷的原子核和带负电荷的核外电子构成的。而原子核是由带正电荷的质子和不带电子的中子构成的。质子数相同的一类原子是同一种元素。人们把质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素。把具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子叫作核素，如，就各为一种核素，这三种核素均是氢的同位素。许多元素都具有多种同位素。氧元素有三种同位素；碳元素有三种同位素；铀元素有等多种同位素等等。许多同位素在日常生活中、工农业生产和科学研究中具有重要的用途。例如，可以利用制造氢弹；是制造原子弹的原料，也是核反应堆的燃料；科学家在研究化学反应时，常常利用同位素示踪的方法，确定反应的步骤。例如，磷是植物正常生长必需的微量元素。一种植物在吸收非放射性磷的同时也能吸收土壤中的放射性P-32，利用P-32发出的射线，生物学家就能知道磷作用在植物的哪个部位和如何利用磷。

原子核外电子的运动状态，与化学反应有密切的关系。近代光谱实验证明，电子在原子核外做高速运动，在含有多个电子的原子里，各电子的能量并不相同。通常，能量较低的在距核较近的区域运动，能量较高的在距核较远的区域运动。为了便于说明问题，科学上把原子核外能量不同的电子运动区域，划分为若干个“电子层”。把能量最低，离核最近的称为第一层（K层），能量稍高、距核较远的称为第二层（L层），由里到外以此类推，称为第三层（M层）、第四层（N层）、第五层（O层）、第六层（P层）、第七层（Q层）。这样，电子可看作在能量不同的电子层上运动，称为核外电子的分层排布。

科学家对原子核外电子分层排布状况做了仔细研究以后，总结出核外电子分层排布遵循的规律：

（1）在原子核外各个电子层上运动的电子数目是有限制的。若用n代表电子层数，则各电子层上最多只能有2n2个电子。例如，第一电子层（K层）最多有2个电子；第二电子层（L层）最多只能有8个电子；第三电子层（M层）最多有18个电子；其他电子层以此类推。

（2）通常情况下，原子核外的电子排布要符合能量最低原理。即电子应首先排布在能量最低的电子层里，然后依次排布到能量较高的电子层里。因此，电子首先排入第一层，第一层排满再排入第二层，第二层排满再排入第三层。

（3）任何原子的最外电子层最多有8个电子，次外电子层最多只能有18个电子，而从外往里数第三层最多只能有32个电子。

（二）物质的分类

当物质的组成和结构相似时，它们的性质也有相似性。因此，可以根据组成和结构对物质进行分类，并通过各类物质的代表物找出结构和性质的关系，得到物质间变化的规律。

物质可分为混合物和纯净物两大类，具体物质的分类可用图2-2-1表示：

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