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第一章 原子结构与性质
第一节 原子结构
一、能层与能级
1．能层
(1)核外电子按能量不同分成能层并用符号K、L、M、N、O、P、Q…表示。
(2)能层越高，电子的能量越高，能量的高低顺序为 E(K)＜E(L)＜E(M)＜
E(N)＜E(O)＜E(P)＜E(Q)。
2．能级
(1)定义：根据多电子原子的能量也可能不同，将它们分为不同能级。
(2)表示方法：分别用相应能层的序数和字母 s 、 p 、 d 、 f 等表示，如n能层
的能级按能量由低到高的排列顺序为ns、 n p 、 n d 、nf等。
(3)能层、能级与最多容纳的电子数
由上表可知：
①能层序数等于该能层所包含的能级数，如第三能层有3 个能级。
② s、p、d、f 各能级可容纳的电子数分别为1、3、5、7 的2倍。
③原子核外电子的每一能层最多可容纳的电子数与能层的序数(n)间存在的
关系是 2 n 2 。【注】(1)不同能层之间，符号相同的能级的能量随着能层数的递增而增大。
(2)在相同能层各能级能量由低到高的顺序是ns<np<nd<nf。
(3)不同能层中同一能级，能层数越大，能量越高。例如：1s<2s<3s<4s……
二、基态与激发态 原子光谱
1．基态原子与激发态原子
(1)基态原子：处于最低能量状态的原子。
(2)激发态原子：基态原子吸收能量，电子会跃迁到较高能级，变为激发态
原子。
(3)基态、激发态相互间转化的能量变化
基态原子 激发态原子。
2．光谱
(1)原子光谱
不同元素原子的电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪
摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱。
(2)原子光谱的成因及分类
(3)光谱分析：在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，
称为光谱分析。
【注】(1)电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，
将释放能量；反之，将吸收能量。光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。
(2)电子的跃迁是物理变化(未发生电子转移)，而原子得失电子时发生的是化
学变化。(3)一般在能量相近的能级间发生电子跃迁。
（4）焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED灯光等都与核外电子跃迁释放能量
有关。
三、构造原理与电子排布式
1．构造原理
（1）构造原理：从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序。
即电子所排的能级顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、6s、
4f、5d、6p、7s……。
（2）能级交错【注】电子能量高低
①相同能层，不同能级：ns<np<nd<nf。
②英文字母相同的不同能级：1s<2s<3s<4s
③不同能层不同能级：ns<(n-2)f<(n-1)d<np
④相同能层，相同能级：电子能量相同。
2．电子排布式
(1)电子排布式中能级符号右上角 的数字表示该能级的电子数。如：
Al原子电子排布式中各符号、数字的意义为
(2)写出下列原子或离子的电子排布式：
① O： 1s 2 2s 2 2p 4 ；
8
② K： 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 ；可简写为 [Ar]4s 1 ；
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③ Cl： 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 ；可简写为 [Ne]3s 2 3p 5 ；
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④ S2－： 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 。
16
【注】①电子排布式书写时，电子填入按能级顺序，氮最终按能层顺序排列。
② Cr的电子排布式为 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1
24
Cu的电子排布式为 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4 s 1
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(3)价层电子排布式价层电子：主族元素的最外层电子，过渡元素不仅最外层电子，次外层电
子及某些元素倒数第三层电子。
Cl的价层电子排布式： 3s 2 3p 5
K的价层电子排布式： 4s 1
四、电子云与原子轨道
1．概率密度
用P表示电子在某处出现的概率，V表示该处的体积，则P/V称为概率密
度，用ρ表示。
2.电子云
由于核外电子的概率密度分布看起来像一片云雾，因而被形象地称为电子
云。
【注】电子云只是形象的表示电子出现在个点的概率高低，二实际上并不
存在。
3．电子云轮廓图
为了表示电子云轮廓的形状，对核外电子的空间运动状态有一个形象化的
简便描述。把电子在原子核外空间出现概率 P＝90%的空间圈出来，即电子云
轮廓图。
4．原子轨道
(1)定义：电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。
(2)形状
①s电子的原子轨道呈球形，能层序数越大，原子轨道的半径越大。②除s电子云外，其他电子云轮廓图都不是球形的。例如，p电子云轮廓图
是呈哑铃状的。
(3)各能级所含有原子轨道数目
能级符号 ns np nd nf
轨道数目 1 3 5 7
【注】原子轨道与能层序数的关系
(1)不同能层的同种能级的原子轨道形状相同，只是半径不同。能层序数 n
越大，原子轨道的半径越大。
(2)s能级只有1个原子轨道。p能级有3个原子轨道，它们互相垂直，分别
以p 、p 、p 表示。在同一能层中p 、p 、p 的能量相同。
x y z x y z
五、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
1．电子自旋与泡利原理
(1)自旋是微观粒子普遍存在的一种如同电荷、质量一样的内在属性，电子
自旋在空间有顺时针和逆时针两种取向，简称自旋相反，常用上下箭头(↑和
↓)表示自旋相反的电子。
(2)泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳 2 个电子，它们的自旋相
反。
2．电子排布的轨道表示式(1)在轨道表示式中，用方框(或圆圈)表示原子轨道，能量相同的原子轨道
(简并轨道)的方框相连，箭头表示一种自旋状态的电子，“↑↓”称电子对，
“↑”或“↓”称单电子(或称未成对电子)。
(2)表示方法：以铝原子为例，轨道表示式中各符号、数字的意义为
通常应在方框下方或上方标记能级符号，有时画出的能级上下错落，以表
达能量高低不同。
3．洪特规则
(1)内容：基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行。
(2)特例
在简并轨道(同一能级)上的电子排布处于全充满、半充满和全空状态时，具
有较低的能量和较大的稳定性。
相对稳定的状态
如 Cr 的电子排布式为 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 ，为半充满状态，易错写为
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1s22s22p63s23p63d44s2。
【注】洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子。
4．能量最低原理
在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原
子的能量最低。
能级的能量高低顺序如构造原理所示(对于1～36号元素来说，应重点掌握
和记忆“1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p”这一顺序)。【注】每个电子核外运动状态均不相同。如铝原子核外共有13种不同运动状态的电子。
【总结】核外电子排布的表示方法
含义 将每个能层上的电子总数表示在原子核外的式子
原子(离
子)结构示
实例
意图
用数字在能级符号右上角标明该能级上排布的电子数，这就是电
含义
电子排布
子排布式
式
实例 K：1s22s22p63s23p64s1
为了避免电子排布式书写过于烦琐，把内层电子达到稀有气体原
含义
简化电子
子结构的部分以相应稀有气体元素符号外加方括号表示
排布式
实例 K：[Ar]4s1
主族元素的价层电子指最外层电子，价层电子排布式即最外层电
含义
子排布式
价电子排
布式
实例 Al：3s23p1
含义 每个方框代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子
轨道表示
式
实例
化学中常在元素符号周围用“·”或“×”来表示元素原子的最外
含义
层电子，相应的式子叫做电子式
电子式
实例
