《醫(yī)用化學(xué)》 二、核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

電子在原子中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可n，l，m，ms四個(gè)量子數(shù)來(lái)描述。

（一）主量子數(shù)n

主量子數(shù)n是用來(lái)描述原子中電子出現(xiàn)幾率最大區(qū)域離核的遠(yuǎn)近，或者說(shuō)它是決定電子層數(shù)的。主量子數(shù)的n的取值為1，2，3…等正整數(shù)。例如，n=1代表電子離核的平均距離最近的一層，即第一電子層；n=2代表電子離核的平均距離比第一層稍遠(yuǎn)的一層，即第二電子層。余此類(lèi)推?？梢?jiàn)n愈大電子離核的平均距離愈遠(yuǎn)。

在光譜學(xué)上常用大寫(xiě)拉丁字母K，L，M，N，O，P，Q代表電子層數(shù)。

主量子數(shù)n是決定電子能量高低的主要因素。對(duì)單電子原子來(lái)說(shuō)，n值愈大，電子的能量愈高。但是對(duì)多電子原子來(lái)說(shuō)，核外電子的能量除了同主量子數(shù)n有關(guān)以外還同原子軌道（或電子云）的形狀有關(guān)。因此，n值愈大，電子的能量愈高這名話，只有在原子軌道（或電子云）的形狀相同的條件下，才是正確的。

（二）副量子數(shù)l

副量子數(shù)又稱角量子數(shù)。當(dāng)n給定時(shí)，l可取值為0，1，2，3…（n-1）。在每一個(gè)主量子數(shù)n中，有n個(gè)副量子數(shù)，其最大值為n-1。例如n=1時(shí)，只有一個(gè)副量子數(shù)，l=0，n=2時(shí)，有兩個(gè)副量子數(shù)，l=0，l=1。余此類(lèi)推。按光譜學(xué)上的習(xí)慣l還可以用s，p，d，f等符號(hào)表示。

副量子數(shù)l的一個(gè)重要物理意義是表示原子軌道（或電子云）的形狀。L=0時(shí)（稱s軌道），其原子軌道（或電子云）呈球形分布（圖4-5）；l=1時(shí)（稱p軌道），其原子軌道（或電子云）呈啞鈴形分布（圖4-6）；…

圖4-5 s電子云圖4-6 p電子

副量子數(shù)l的另一個(gè)物理意義是表示同一電子層中具有不同狀態(tài)的亞層。例如，n=3時(shí)，l可取值為0，1，2。即在第三層電子層上有三個(gè)亞層，分別為s，p，d亞層。為了區(qū)別不同電子層上的亞層，在亞層符號(hào)前面冠以電子層數(shù)。例如，2s是第二電子層上的亞層，3p是第三電子層上的p亞層。表4-1列出了主量子數(shù)n，副量子數(shù)l及相應(yīng)電子層、亞層之間的關(guān)系。

表4-1 主量子數(shù)n，副量子數(shù)l及其相應(yīng)電子層亞層之間的關(guān)系

前已述及，對(duì)于單電子體系的氫原子來(lái)說(shuō)，各種狀態(tài)的電子能量只與n有關(guān)。但是對(duì)于多電子原子來(lái)說(shuō)，由于原子中各電子之間的相互作用，因而當(dāng)n相同，l不同時(shí)，各種狀態(tài)的電子能量也不同，l愈大，能量愈高。即同一電子層上的不同亞層其能量不同，這些亞層又稱為能級(jí)。因此副量子數(shù)l的第三個(gè)物理意義是：它同多電子原子中電子的能量有關(guān)，是決定多電子原子中電子能量的次要因素。

（三）磁量子數(shù)m

磁量子數(shù)m決定原子軌道（或電子云）在空間的伸展方向。當(dāng)l給定時(shí)，m的取值為從-l到+l之間的一切整數(shù)（包括0在內(nèi)），即0，±1，±2，±3，…±l，共有2l+1個(gè)取值。即原子軌道（或電子云）在空間有2l+1個(gè)伸展方向。原子軌道（或電子云）在空間的每一個(gè)伸展方向稱做一個(gè)軌道。例如，l=0時(shí)，s電子云呈球形對(duì)稱分布，沒(méi)有方向性。m只能有一個(gè)值，即m=0，說(shuō)明s亞層只有一個(gè)軌道為s軌道。當(dāng)l=1時(shí)，m可有-1，0，+1三個(gè)取值，說(shuō)明p電子云在空間有三種取向，即p亞層中有三個(gè)以x,y,z軸為對(duì)稱軸的px，py，pz軌道。當(dāng)l=2時(shí)，m可有五個(gè)取值，即d電子云在空間有五種取向，d亞層中有五個(gè)不同伸展方向的d軌道（圖4-7）。

圖4-7 s，p，d電子云在空間的分布

n，l相同，m 不同的各軌道具有相同的能量，把能量相同的軌道稱為等價(jià)軌道。

（四）自旋量子數(shù)ms

原子中的電子除繞核作高速運(yùn)動(dòng)外，還繞自己的軸作自旋運(yùn)動(dòng)。電子的自旋運(yùn)動(dòng)用自旋量子數(shù)ms表示。ms 的取值有兩個(gè)，+1/2和-1/2。說(shuō)明電子的自旋只有兩個(gè)方向，即順時(shí)針?lè)较蚝湍鏁r(shí)針?lè)较?。通常用“↑”和“↓”表示?/p>

綜上所述，原子中每個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以用n，l，m，ms四個(gè)量子數(shù)來(lái)描述。主量子數(shù)n決定電子出現(xiàn)幾率最大的區(qū)域離核的遠(yuǎn)近（或電子層），并且是決定電子能量的主要因素；副量子數(shù)l決定原子軌道（或電子云）的形狀，同時(shí)也影響電子的能量；磁量子數(shù)m決定原子軌道（或電子云）在空間的伸展方向；自旋量子數(shù)ms決定電子自旋的方向。因此四個(gè)量子數(shù)確定之后，電子在核外空間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也就確定了。