原子的电子排布

本页只讲一条中四内容标准：原子的电子排布。它是原子结构与元素周期表、化学键之间的桥梁，因为电子如何排布决定了元素如何表现。

把这里的填充规则学好，你在 SPM化学 往后就能直接从电子排布读出族与反应活性。

电子如何填入壳层

电子在核周围的壳层（能级）里运动。它们先填离核最近的一层，因为那一层能量最低，只有当内层填满后才开始新的一层。

对前 20 种元素，每一层最多能容纳的电子数是：

• 第一层（离核最近）：最多 2 个电子。
• 第二层：最多 8 个电子。
• 第三层：最多 8 个电子（对前 20 种元素而言）。

电子排布（电子构型）写成每一层的电子数，从最内层起，用点或逗号隔开。例如，一个有 11 个电子的原子，其排布为 2.8.1：第一层两个、第二层八个、第三层还剩一个。

价电子及其含义

最外层的电子称为价电子。它们是化学里最重要的电子，因为参与成键的正是它们，所以它们决定元素的化学性质与反应活性。

有两条快速规则把电子排布与元素周期表联系起来：

• 被占据的壳层数告诉你元素所在的周期（行）。
• 价电子数告诉你元素所在的族。

关键观念。 价电子数相同的元素处于同一族，化学性质相似。这就是为什么第 1 族金属都以相似方式反应，而第 18 族稀有气体都不活泼，它们的最外层已填满、很稳定。

例题

题目。 一个原子的质子数为 17。

写出它的电子排布，说出价电子数，并说出该元素的族与周期。

第一步，求电子数。 在中性原子里，电子数 = 质子数 = 17 个电子。

第二步，按顺序填层。 第一层放 2 个（剩 15），第二层放 8 个（剩 7），再把 7 个放进第三层。

电子排布是 2.8.7。

第三步，读出价电子。 最外层（第三层）含有 7 个价电子。

第四步，说出族与周期。 价电子数 = 7，所以该元素在第 17 族。

被占据的壳层数 = 3，所以它在第 3 周期。（这个元素是氯。

）

答案。 电子排布 2.8.7；7 个价电子；第 17 族，第 3 周期。

练习题

题目。 一个原子的质子数为 20。

(a) 写出它的电子排布。(b) 说出价电子数。

(c) 说出该元素的族与周期。

答案。 (a) 20 个电子填成 2（第一层）、8（第二层）、8（第三层）、2（第四层），电子排布为 2.8.8.2。(b) 最外层有 2 个价电子。(c) 两个价电子意味着第 2 族，四个被占据的壳层意味着第 4 周期。（这个元素是钙。）

考试提示

严格按 2、然后 8、然后 8 的顺序填层，任何一层都不要超过上限，最常见的错误就是写成 2.9 或 2.8.9 这样把某层填过头。族直接从价电子数读，周期从壳层数读；如果你得到的族或周期对不上任何真实元素，就把填充重数一遍。

记住：当原子的最外层填满时（第一层 2 个、其余层 8 个），它就被描述为稳定，这就是「稳定八隅体」的观念，它解释了稀有气体为何不活泼，也是你接下来要学的化学键的驱动力。

逐一构建前 20 种元素

值得按顺序练一遍前 20 种元素的排布，因为它们遵循一个简单、重复的规律。氢（1 个电子）就是 1；氦（2）是 2，第一层填满。

从锂（2.1）到氖（2.8），第二层每次填入一个电子，氖的第二层填满。从钠（2.8.1）到氩（2.8.8），第三层以同样方式填满。

接着钾（2.8.8.1）与钙（2.8.8.2）开始第四层。注意价电子的规律如何重复，锂、钠、钾都以 1 个价电子结尾，这正是它们化学性质相似、处于同一族的原因。

把这份清单按顺序写一遍，就能把填充规则与族的规律一起记牢。

为什么最外层填满意味着稳定

当原子的最外层填满时，它在化学上就稳定，第一层是双电子（duplet）（2 个电子），其后各层是八隅体（octet）（8 个电子）。稀有气体本来就有填满的最外层，所以不活泼。

其余每个原子都倾向于得到、失去或共用电子，以达到同样的满层排布，而这种朝向稳定双电子或八隅体的驱动力，正是化学键形成的原因。现在把这一点弄懂，就意味着下一两章的离子键与共价键会立刻说得通，而不像是彼此无关的新规则。

本节定位

本条标准为**物质与原子结构一章收尾，并直接引向元素周期表与化学键两章，价电子在那里发挥真正的作用。请用复习笔记复习它，用例题**操练填充规则。

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快速回顾

• 电子先填最内层；对前 20 种元素，上限是 2、8、8。
• 电子排布写成用点隔开的数字，如 2.8.1。
• 价电子在最外层，决定化学性质。
• 壳层数 = 周期；价电子数 = 族。