猫史档案馆

假期的时候有空写完整个系列，届时会合成一篇教程的。

 

原子结构（一）

 

波尔分层模型

 

能层和能级

核外电子按能量分布为不同能层。能层越高，电子能量越高。各能层的符号及能够容纳的最多电子数如下：

第 n 能层可以容纳的电子数符合关系：

 

同一能层的电子被分为不同能级。同一能层中能级越高，电子能量越高。各能级的符号及能够容纳的最多电子数如下：

事实上 f 能级以后还有其他能级，不过不常使用，因此不作额外说明。

第 n 能级能够容纳的电子数符合关系：

由此亦可得出第 n 能层恰有 n 个能级。

 

 

激发态与原子光谱

 

电子跃迁

处于最低能量状态的原子称为基态原子。基态原子吸收能量，它的电子会跃迁到更高能级或能层，称作激发态原子。相反，电子从较高能量激发态跃迁到较低能量激发态或基态时会释放能量。

光是电子跃迁释放能量的重要形式。

 

原子光谱

不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或放出不同波长的光。据此，科学家用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱；它们总称原子光谱。

历史上很多元素正是通过原子光谱发现的，例如 1860 和 1861 年分别发现的铯和铷，以及 1868 年分析太阳光谱发现的稀有气体氦。现代化学常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，这称为光谱分析。

 

焰色反应

金属元素在火焰上灼烧时会吸收能量跃迁至激发态。由于激发态不稳定，跃迁的原子旋即再跃迁回基态，并以光的形式放出能量，使火焰呈现不同的颜色。该现象称为焰色反应。

不同元素的焰色如下：

颜色现象可以用来制作烟花。

 

另外，霓虹灯、激光、LED 灯光等技术也是通过电子跃迁实现的。

 

构造原理与电子排布式

一般而言，一个原子的核外电子排布遵循构造原理，即电子向各能级的填充按照斜向上的顺序。

据此可以得出一个元素的电子排布式。例如，钠的电子排布式即为：

 

全 / 半充满

研究和理论表明当一能级的电子出现全充满或半充满时更加稳定。因此，有时基态原子并不符合构造原理。

例如，铬(Cr) 的电子排布式为：

这是因为 3d 能级出现了半充满。此时该状态更稳定，能量更低。

 

 

价层电子与简化电子排布式

 

稀有气体通式

即为第八主族元素（稀有气体）除了 He 之外的最外层电子通式。

 

原子实与价电子层

电子排布式皆可以简化为一个稀有气体跟上一些价层电子。前者称为原子实，后者所在层为价电子层。

例如，钠原子可写为：

即 Na 元素的简化电子排布式为 3s¹。

一些过渡金属的价层电子有两层。