【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的备注。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。

第三章原子结构和元素周期律 

§3-3原子核外电子的排布

【01】在前面两节里，我们已经讲过原子是由原子核和核外电子组成的。原子核外电子的总数正好和核所带的正电荷数（也就是核内质子的总数）相等，因而整个原子不显电性。在本节里，我们将进一步来讨论原子核外电子的运转状况。

【02】前面讲过，原子核外的电子是在绕核迅速运转着的。为什么核外电子能够绕核迅速运转呢？这是因为电子都具有一定的能量。如果电子的能量较小，它只能在离核较近的地方运转；如果电子的能量较大，它就能在离核较远的地方运转，在含有较多电子的原子里，常有一些电子的能量较低，另一些电子的能量较高，它们分别在离核远近不同的地方绕核迅速运转。【山语|| 原子核体积很小，若原子是一个体育场，则原子核大小与蚂蚁相当。因此原子核外有很大的空间，电子就在这个空间里作高速运动。能量较低的电子离核较近，能量越高的电子离核越远。】下面我们把几种简单原子的核外电子运转情况，根据核内质子数的顺序，扼要介绍如下：

【03】最简单的是氢原子，原子核内只有1个质子（即1个单位的核电荷），核外也只有1个电子。在一般情况下，这个电子的能量较小，它在离核较近的地方绕核运转，我们一般用图3·6(a)来描述氢原子的结构。

【04】其次是氦原子，它的原子核内有2个质子，核外有2个电子，这2个电子的能量大致相同，它们以差不多相同的距离绕核运转。我们说这2个电子是在同一个电子层（叫做第一电子层）上，一般用图3·6(b)来描述氦原子的结构。

【05】按着原子核内质子数（亦就是核电荷数）递增的顺序，第3个元素是锂，它的原子核内有3个质子，核外相应也有3个电子，其中2个电子和前述的氦相似，它们的能量大致相同，在同一个电子层（第一电子层）上。另1个电子的能量较高，它在离核较远的地方绕核运转，我们说这个电子是在第二电子层上。锂原子结构的示意图如图3·6(c)所示。

【06】第4个元素铍以及后面的第5、第6、第7、第8、第9和第10个元素（硼、碳、氮、氧、氟和氖），就是它们原子核内分别有4个、5个、6个、7个、8个、9个和10个质子，核外相应也有同数的电子，它们都和锂相似，除其中2个电子的能量较低，是在第一电子层上外，其余电子的能量较高，都在第二电子层上。因此这些元素的原子的第二电子层上，分别有2~8个电子。

【07】第11个元素是钠，原子核内有11个质子，核外相应有11个电子：其中2个电子的能量较低，在第一电子层上；另外8个电子能量较高，在第二电子层上；最后一个电子的能量更高，它在离核更远的地方运转。亦就是这个电子是在第三电子层上。钠原子结构的示意图如图3·7所示。

【08】从第12个元素镁，以下是铝、硅、磷、硫、氯到第18个元素氩，和前述的钠相似，它们都有3个电子层。第一电子层上有2个电子，第二电子层上有8个电子，第三电子层上有2个到8个电子。

【09】从第19个元素钾开始，原子核外又有了一个新的电子层，即第四电子层。

【10】由此可以看出，原子核外的电子是分成若干个电子层排布的。原子核外电子分层排布的理论，是丹麦科学家波尔首先提出来的，它相当成功地解释了许多实验事实。

【山语|| 在含有多个电子的原子中，核外电子是分层运动的（又叫分层排布）。离核最近的电子层是第一层，离核最远的是最外层。第一层最多2个电子，第二层最多8个电子，非氢氦电子的最外层最多8个电子。核外电子先排满第一层，再排第二层，排满第二层，再排……】

【11】从最简单元素氢到第19个元素钾，原子核外电子分层排布的情况，可以用图3·8来表示。

【12】应该指出，原子核外电子的真实运动状况极其复杂，上面的这些示意图是大大简化了的，它只是表示了各个电子层上排布的电子数，以及它们能量的相对大小和运转范围离核的相对远近罢了。

【山语|| 原子结构示意图可以简明方便地表示核外电子的分层排布。圆圈内的数字可以确定原子的质子数、电子数和种类。从最外层电子数可以初步确定元素的分类、化学性质、化合价和离子带电情况。注意，原子结构示意图不能确定原子内中子数！】

【13】在原子核外各电子层上最多可以容纳电子的数目是有一定限制的，它可以用一个公式来表示，公式里的n代表电子层数。从这个公式可以算出，第一电子层(n=1)最多可以容纳2×=2个电子；第二电子层(n=2)最多可以容纳2×=8个电子；第三电子层(n=3)最多可以容纳2×=18个电子，等等。但是，任何原子的最外电子层（不论它是第几层）上，最多不能超过8个电子。

【14】如果电子层上排布的电子数目，已经达到了它可以容纳的最多电子数，我们称它为饱和层；反之，如果还没有达到可以容纳的最多电子数，我们称它为不饱和层。

【15】凡是最外电子层具有饱和层结构的元素，它们的化学性质都非常稳定，一般不能参加任何化学反应。例如我们在第一册（§2-1）里讲过的惰性气体——氦、氖、氩、氪、氙、氡等【山注|| 1-2-01，传送门CV20360661】，它们的最外电子层都是饱和层。氦最外层（亦就是第一电子层）有2个电子，氖、氩、氪、氙、氡最外层都有8个电子（图3·9）。

【16】如果最外电子层是不饱和层，这些元素的化学性质就比较活泼。通过多种多样的化学反应，相同的或者不相同的原子可以结合成各种不同的分子。关于这个问题，我们将在下一节里详细讨论。

山笺|| 最外层电子数与化学性质

        最外层电子数相同的原子，其化学性质相似。而元素的化学性质是由该元素原子结构中最外层电子数决定的。

（1）从最外层电子数判断元素类别

        金属元素最外层一般少于4个电子；非金属元素的原子最外层一般多于或等于4个电子；稀有气体元素原子最外层一般为8个电子（氦为2个）。

（2）从最外层电子数判断元素化学性质

        最外层8个电子的结构为相对稳定结构（氦为2个），故稀有气体不易与其他物质发生反应，化学性质比较稳定；最外层少于4个电子的，一般为金属原子，在化学反应中容易失去最外层电子，使次外层变成最外层，从而达到相对稳定结构；最外层多于4个电子的，一般为非金属原子，在化学反应中容易得到电子，使最外层达到相对稳定结构。

习题3-3

1、电子在原子核外是怎样排布的？一般说来有怎样的规则？

2、试用原子结构示意图表示下列各元素原子的结构，并比较它们在结构上的相同点与不同点（括号内数字是原子核内的质子数）：Be(4)，Mg(12)，Cl(17)，K(19)。

3、如果说：“氢原子核外只有一个电子层，如果它这层里有2个电子达到了稳定结构，就变成氦原子了，”你认为对不对？为什么？[提示：从二个原子核内具有不同的质子数来考虑]

4、有人把图(a)认为是氩的原子结构示意图；把图(b)认为是钾的原子结构示意图。你认为对不对？为什么？并加以纠正。

5、惰性气体具有什么特性？你怎样根据惰性气体原子的最外电子层的结构来说明这个特性？