【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個世紀前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實的學(xué)酥重新自修以查漏補缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的備注。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因為6677版保留了很多古早知識，讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認為6677版不失為一套不錯的自學(xué)教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。

第三章原子結(jié)構(gòu)和元素周期律?

§3-3原子核外電子的排布

【01】在前面兩節(jié)里，我們已經(jīng)講過原子是由原子核和核外電子組成的。原子核外電子的總數(shù)正好和核所帶的正電荷數(shù)（也就是核內(nèi)質(zhì)子的總數(shù)）相等，因而整個原子不顯電性。在本節(jié)里，我們將進一步來討論原子核外電子的運轉(zhuǎn)狀況。

【02】前面講過，原子核外的電子是在繞核迅速運轉(zhuǎn)著的。為什么核外電子能夠繞核迅速運轉(zhuǎn)呢？這是因為電子都具有一定的能量。如果電子的能量較小，它只能在離核較近的地方運轉(zhuǎn)；如果電子的能量較大，它就能在離核較遠的地方運轉(zhuǎn)，在含有較多電子的原子里，常有一些電子的能量較低，另一些電子的能量較高，它們分別在離核遠近不同的地方繞核迅速運轉(zhuǎn)。【山語|| 原子核體積很小，若原子是一個體育場，則原子核大小與螞蟻相當(dāng)。因此原子核外有很大的空間，電子就在這個空間里作高速運動。能量較低的電子離核較近，能量越高的電子離核越遠。】下面我們把幾種簡單原子的核外電子運轉(zhuǎn)情況，根據(jù)核內(nèi)質(zhì)子數(shù)的順序，扼要介紹如下：

【03】最簡單的是氫原子，原子核內(nèi)只有1個質(zhì)子（即1個單位的核電荷），核外也只有1個電子。在一般情況下，這個電子的能量較小，它在離核較近的地方繞核運轉(zhuǎn)，我們一般用圖3·6(a)來描述氫原子的結(jié)構(gòu)。

【04】其次是氦原子，它的原子核內(nèi)有2個質(zhì)子，核外有2個電子，這2個電子的能量大致相同，它們以差不多相同的距離繞核運轉(zhuǎn)。我們說這2個電子是在同一個電子層（叫做第一電子層）上，一般用圖3·6(b)來描述氦原子的結(jié)構(gòu)。

【05】按著原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)（亦就是核電荷數(shù)）遞增的順序，第3個元素是鋰，它的原子核內(nèi)有3個質(zhì)子，核外相應(yīng)也有3個電子，其中2個電子和前述的氦相似，它們的能量大致相同，在同一個電子層（第一電子層）上。另1個電子的能量較高，它在離核較遠的地方繞核運轉(zhuǎn)，我們說這個電子是在第二電子層上。鋰原子結(jié)構(gòu)的示意圖如圖3·6(c)所示。

【06】第4個元素鈹以及后面的第5、第6、第7、第8、第9和第10個元素（硼、碳、氮、氧、氟和氖），就是它們原子核內(nèi)分別有4個、5個、6個、7個、8個、9個和10個質(zhì)子，核外相應(yīng)也有同數(shù)的電子，它們都和鋰相似，除其中2個電子的能量較低，是在第一電子層上外，其余電子的能量較高，都在第二電子層上。因此這些元素的原子的第二電子層上，分別有2~8個電子。

【07】第11個元素是鈉，原子核內(nèi)有11個質(zhì)子，核外相應(yīng)有11個電子：其中2個電子的能量較低，在第一電子層上；另外8個電子能量較高，在第二電子層上；最后一個電子的能量更高，它在離核更遠的地方運轉(zhuǎn)。亦就是這個電子是在第三電子層上。鈉原子結(jié)構(gòu)的示意圖如圖3·7所示。

【08】從第12個元素鎂，以下是鋁、硅、磷、硫、氯到第18個元素氬，和前述的鈉相似，它們都有3個電子層。第一電子層上有2個電子，第二電子層上有8個電子，第三電子層上有2個到8個電子。

【09】從第19個元素鉀開始，原子核外又有了一個新的電子層，即第四電子層。

【10】由此可以看出，原子核外的電子是分成若干個電子層排布的。原子核外電子分層排布的理論，是丹麥科學(xué)家波爾首先提出來的，它相當(dāng)成功地解釋了許多實驗事實。

【山語|| 在含有多個電子的原子中，核外電子是分層運動的（又叫分層排布）。離核最近的電子層是第一層，離核最遠的是最外層。第一層最多2個電子，第二層最多8個電子，非氫氦電子的最外層最多8個電子。核外電子先排滿第一層，再排第二層，排滿第二層，再排……】

【11】從最簡單元素氫到第19個元素鉀，原子核外電子分層排布的情況，可以用圖3·8來表示。

【12】應(yīng)該指出，原子核外電子的真實運動狀況極其復(fù)雜，上面的這些示意圖是大大簡化了的，它只是表示了各個電子層上排布的電子數(shù)，以及它們能量的相對大小和運轉(zhuǎn)范圍離核的相對遠近罷了。

【山語|| 原子結(jié)構(gòu)示意圖可以簡明方便地表示核外電子的分層排布。圓圈內(nèi)的數(shù)字可以確定原子的質(zhì)子數(shù)、電子數(shù)和種類。從最外層電子數(shù)可以初步確定元素的分類、化學(xué)性質(zhì)、化合價和離子帶電情況。注意，原子結(jié)構(gòu)示意圖不能確定原子內(nèi)中子數(shù)！】

【13】在原子核外各電子層上最多可以容納電子的數(shù)目是有一定限制的，它可以用一個公式來表示，公式里的n代表電子層數(shù)。從這個公式可以算出，第一電子層(n=1)最多可以容納2×=2個電子；第二電子層(n=2)最多可以容納2×=8個電子；第三電子層(n=3)最多可以容納2×=18個電子，等等。但是，任何原子的最外電子層（不論它是第幾層）上，最多不能超過8個電子。

【14】如果電子層上排布的電子數(shù)目，已經(jīng)達到了它可以容納的最多電子數(shù)，我們稱它為飽和層；反之，如果還沒有達到可以容納的最多電子數(shù)，我們稱它為不飽和層。

【15】凡是最外電子層具有飽和層結(jié)構(gòu)的元素，它們的化學(xué)性質(zhì)都非常穩(wěn)定，一般不能參加任何化學(xué)反應(yīng)。例如我們在第一冊（§2-1）里講過的惰性氣體——氦、氖、氬、氪、氙、氡等【山注|| 1-2-01，傳送門CV20360661】，它們的最外電子層都是飽和層。氦最外層（亦就是第一電子層）有2個電子，氖、氬、氪、氙、氡最外層都有8個電子（圖3·9）。

【16】如果最外電子層是不飽和層，這些元素的化學(xué)性質(zhì)就比較活潑。通過多種多樣的化學(xué)反應(yīng)，相同的或者不相同的原子可以結(jié)合成各種不同的分子。關(guān)于這個問題，我們將在下一節(jié)里詳細討論。

山箋|| 最外層電子數(shù)與化學(xué)性質(zhì)

????????最外層電子數(shù)相同的原子，其化學(xué)性質(zhì)相似。而元素的化學(xué)性質(zhì)是由該元素原子結(jié)構(gòu)中最外層電子數(shù)決定的。

（1）從最外層電子數(shù)判斷元素類別

????????金屬元素最外層一般少于4個電子；非金屬元素的原子最外層一般多于或等于4個電子；稀有氣體元素原子最外層一般為8個電子（氦為2個）。

（2）從最外層電子數(shù)判斷元素化學(xué)性質(zhì)

????????最外層8個電子的結(jié)構(gòu)為相對穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（氦為2個），故稀有氣體不易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定；最外層少于4個電子的，一般為金屬原子，在化學(xué)反應(yīng)中容易失去最外層電子，使次外層變成最外層，從而達到相對穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；最外層多于4個電子的，一般為非金屬原子，在化學(xué)反應(yīng)中容易得到電子，使最外層達到相對穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

習(xí)題3-3

1、電子在原子核外是怎樣排布的？一般說來有怎樣的規(guī)則？

2、試用原子結(jié)構(gòu)示意圖表示下列各元素原子的結(jié)構(gòu)，并比較它們在結(jié)構(gòu)上的相同點與不同點（括號內(nèi)數(shù)字是原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)）：Be(4)，Mg(12)，Cl(17)，K(19)。

3、如果說：“氫原子核外只有一個電子層，如果它這層里有2個電子達到了穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，就變成氦原子了，”你認為對不對？為什么？[提示：從二個原子核內(nèi)具有不同的質(zhì)子數(shù)來考慮]

4、有人把圖(a)認為是氬的原子結(jié)構(gòu)示意圖；把圖(b)認為是鉀的原子結(jié)構(gòu)示意圖。你認為對不對？為什么？并加以糾正。

5、惰性氣體具有什么特性？你怎樣根據(jù)惰性氣體原子的最外電子層的結(jié)構(gòu)來說明這個特性？