原子核外电子为什么要8个才稳定?

原子核外电子为什么要8个才稳定?

核外电子排布遵循泡利不相容原理、能量最低原理和洪特规则．

能量最低原理就是 泡利在不违背泡利不相容原理的前提下，核外电子总是尽先占有能量最低的轨道，只有当能量最低的轨道占满后，电子才依次进入能量较高的轨道，也就是尽可能使体系能量最低．洪特规则是在等价轨道(相同电子层、电子亚层上的各个轨道)上排布的电子将尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同．后来量子力学证明，电子这样排布可使能量最低，所以洪特规则可以包括在能量最低原理中，作为能量最低原理的一个补充

这是电子亚层轨道决定的。 经典物理认为：电子在核外排布成层，也就是所谓的原子的行星模型。 根据电子能量的不同，电子离核的距离也不同，电子能量越大，离核越远。 由此形成了k、l、m、n、o、p、q……这也是周期表中7个周期的来历。 只有1个电子层是一周期元素，2个电子层的是二周期元素……依次类推。 但是，电子的能量也分有很多种，动能、势能……具体下来有转动动能、平动动能等，简单的说，电子除了绕核公转外，还要绕自己本身自转，就像地球一样。 自转也会有能量，核物理中称为自旋。 除了粒子自旋外，其所在轨道也有自旋，耦合之后会出现一些很复杂的现象。 总之，如果上化学竞赛，老师会给仔细讲解这部分内容的，打很难打出来，上网查也可以。 电子因为这些有4个量子数：主量子数n、角量子数l、磁量子数m，自旋量子数ms。 这些都是能量相关的，几种不同能量的交叠，导致了一个现象：就是比如第5层的电子不一定就在第4层的外面，这个现象类似于冥王星，虽然它离太阳最远，但是因为它的轨道偏离其它8大行星所在轨道平面（相当于轨道自旋），所以，很大部分时间里，冥王星实际距日距离比海王星还近，也就是说有一段时间实际上海王星会旋转到冥王星外面。 对应原子物理学中的电子，电子就有s电子（角量子数l=0，轨道圆形）、p电子（角量子数l=1，轨道无柄哑铃形）、d电子、f电子…… 实际上因此的能量排布就有了变化：1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p→7s→5f→6d→7p…当电子受到原子核的吸引进驻1s轨道开始，直到7p轨道排满，原子核所在空间就已经被118个电子紧紧包围。 换句话说，此时的这个原子核就是118号元素uuo。 仔细看就会发现，1s（一周期元素），2s、2p（二周期元素），3s、3p（三周期元素），4s、4p（四周期元素），5s、5p（五周期元素），6s、6p（六周期元素），7s、7p（七周期元素），每一个壳层都是以sp收尾（一周期例外，所以一周期的氢和氦是2个电子为稳定结构），而d、f的出现，都会在其前面间有更外一层的s电子。 换句话说，每一周期的元素，最终，最外层电子必须是s电子或者是p电子。 ——这是角量子数的原因，暂时记作因素①。 再看一个空间量子数m（也就是磁量子数，它是角量子数的空间投影。 ）对于s电子，l=0，m=0（值有1个，也就是说它只有一个空间投影）； p电子，l=1，m=-1，0，1（值有3个，也就是说p轨道实际上在空间有3层投影，简单说来，同一个主轨道中，p轨道实际上有3根。 p轨道算亚层轨道。 ）； d电子，l=2，m=-2，-1，0，1，2（值有5个，也就是说有5根d轨道。 ）……由此，结合①，知道，除了一周期外（一周期只有1s轨道，一根主轨道，不分层，可以认为没有亚层轨道。 ），其余的周期元素都是s、p结尾，最多在最外层有1s+3p，4根亚层轨道。 这是磁量子数作用的结果，记作因素②。 最后一个自旋量子数ms，自旋只有两个方向，要么顺时针，要么逆时针，而在同一根亚层轨道里，仅能容纳两个自旋相反的电子。 要解释这个现象，首先，发挥睿智的想象力，把电子首先想成一个带负电的金属球，而且这个球还在自转。 金属球围绕着自己的一条对称轴逆时针方向转动，负电荷在球的表面将形成一股顺时针方向的电流。 当两个这样的金属球靠拢时，它们彼此之间除了受到库仑排斥力（同种电荷互相排斥）外，还将受到这个“电流”所引起的安培力影响。 当两个球自转方向相同的时候，在内侧切向上的电流方向是“↓↑”相反的，根据左手定则可以判断出两个球受到的力是一个排斥力。 而两球自转方向相反的时候，内侧切向上的电流方向是“↓↓”相同的，同理可以知道，这种情况下的两个球受到的力是吸引力。 关于这点，不信可以自己拿两根平行的导线通电之后做做实验，看看是不是“同向相吸，异向相斥”。 另外，还得说在自然界普遍存在的一个原理——能量最低原理。 何为“能量最低”，意思就是说自然界中的物体始终有一个对外释放能量的趋势，以保持自身能量最低。 ——这可以作为第③个因素，也就是每个亚层轨道容纳2个电子。 综上所述：2×4=8。 4是4个亚层轨道。 最外层只能排到8个电子 这是由原子核外电子排列的所遵循的能量最低原理决定的。 在各层中，离原子核远，电子的能量越大，电子都首先排满能量低的运行轨道，这样排列到到最外层时，能量最低的轨道只有八个，如果电子多于八个，还有比此能量要求低的轨道（同一层也因轨道不同而能量不同）可以排布电子。 因此，就造成了最外层电子最多只能有八个 8电子是稳定结构，太多或太少都会不稳定

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