元素周期表中的s p f d 的电子层排布问题为什么到第三周期都是3s* 3p*第四周期的是4s* 3d* 4p*镧系和锕系的*f* 还有为什么 d 的前面比周期数少 1 ,f 的比周期少 2

元素周期表中的s p f d 的电子层排布问题为什么到第三周期都是3s* 3p*第四周期的是4s* 3d* 4p*镧系和锕系的*f* 还有为什么 d 的前面比周期数少 1 ,f 的比周期少 2
元素周期表中的s p f d 的电子层排布问题
为什么到第三周期都是3s* 3p*
第四周期的是4s* 3d* 4p*
镧系和锕系的*f*
还有为什么 d 的前面比周期数少 1 ,f 的比周期少 2

元素周期表中的s p f d 的电子层排布问题为什么到第三周期都是3s* 3p*第四周期的是4s* 3d* 4p*镧系和锕系的*f* 还有为什么 d 的前面比周期数少 1 ,f 的比周期少 2
亚层电子层
、n、l、m、ms表示薛定谔方程是描述微观粒子运动的基本方程,1927年奥地利物理学家薛定锷将光的波动方程引申来描述原子中单个电子运动规律建立起来的,是一个二阶偏微分方程. 在解方程时,为了使解出的函数有合理的物理意义,还必须引入一套参数 n、l、m 作为限制条件.这一套参数在量子化学中称为量子数.其取值规则为：
n = 1,2, 3,…,∞ n 为自然整数
l ≤ n – 1 l = 0,1,2,…, ( n -1)
|m| ≤ l m = 0, ±1, ±2, … , ±l
1、主量子数（n）
描述电子离核的远近,确定原子的能级或确定轨道能量的高低.决定轨道或电子云的分布范围.一般,n 值越大,电子离核越远,能量越高.主量子数所决定的电子云密集区或能量状态称为电子层（或主层）.
主量子数 n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, … （共取n个值）
电子层符号 K,L,M,N, O, P, Q , …
2、角量子数（副量子数）( l )
同一电子层（n)中因副量子数（l)不同又分成若干电子亚层（简称亚层,有时也称能级）. l确定同一电子层中不同原子轨道的形状.在多电子原子中,与 n 一起决定轨道的能量.
副量子数 l = 0, 1, 2, 3, 4, …, n-1 （共可取 n 个值））
亚层符号 s, p、 d、 f、 g……
3、磁量子数（m）
确定原子轨道在空间的伸展方向.
m = 0, ±1, ±2, ±3, …, ±l 共可取值( 2l +1)个值
s、p、d、f轨道空间伸展方向数分别为1、3、5、7 ( m的取值个数)
m的每一个取值表示具有某种空间方向的电子轨道,同一个亚层l的m的取值对应亚层的不同伸展方向,在没有外加磁场的条件下,同一个亚层的能量相同,即在n, l 相同,m不同的轨道能量相同,将能量相同的轨道互称为等价轨道或简并轨道.
n 、l决定了电子的能量大小,l决定了电子运动的动量大小,由于n、l是量子化的,所以电子的能量、动量都是量子化的,m决定了同一角动量l在空间的不同分布.
角动量的方向不同,轨道磁矩不同,与外加磁场的相互作用不同,由于轨道磁矩的方向是量子化的与外磁场的作用能也是量子化的,从而m不同附加的能量值不同,本来2l+1个轨道在外加磁场中发生能级分裂,被称为赛曼效应.在外加磁场下计算动量在磁场方向投影大小是利用m.
4、ms每个电子都在自旋,在量子力学计算自旋动量大小时取1/2,方向有两个,在计算有外磁场时自旋动量在磁场方向投影大小去±1/2.
根据波利不相容原则在原子中没有四个量子数完全相同的电子,因此对于同一个亚层l,能容纳的电子个数为2（2l+1）
2、n、l、j、mj表示
由上可知存在轨道角动量、自旋角动量,因此将产生轨道磁矩和自旋磁矩,轨道磁矩在原子范围内形成一个磁场,自旋磁矩相对于磁场将有两种不同的取向,因而产生不同的附加能量.
电子运动：轨道运动+自旋运动
电子总角动量：J=L+S (矢量)可知总角动量也是量子化的
量子力学可知： J=根号j（j+1）h j=|l+-s| s=1/2
l=0时即s轨道电子,j=1/2,由量子力学计算轨道磁矩为0,只有自旋磁矩
L=0 J=S=根号3/4h
l=1,p轨道时j =1/2、3/2 ,J有两个值
同理d轨道分裂为j =3/2、5/2,f轨道分裂为j =5/2、7/2,……
由上可知总角动量的大小与j有关,在有外加磁场的时候动量在磁场方向的投影大小由mj计算,mj的取值范围为 –j,-j+1, …,-1/2,1/2, …,j-1,j
如果j=l+1/2,mj共2l+2个,j=l-1/2,mj共2l个
电子的定态可以用量子数n,l,m,ms表示,自旋条件下每个亚层l 量子数为 2（2l+1）个,也可以用量子数n,l,j,mj表示,在自旋耦合条件下共有2（2l+1）个量子数.
在不考虑轨道-自旋耦合的时候,动量大小有l决定,在外磁场下方向由m确定,考虑轨道-自旋耦合时,动量大小由j决定,在外磁场下方向由mj确定.
在耦合后,在没有外加磁场的时候,一个电子的能量表示：
E=E(n,l)+ΔE(j,n,l)
能量主要有主、角量子数确定,当l=0,s轨道没有耦合,ΔE=0,当j=l+1/2时ΔE＞0,当j=l-1/2时ΔE＜0
在光谱分析时考虑自旋耦合,除了s轨道外,p,d,f轨道都分裂为两个能级,能量由低到高依次为：
s——p1/2——p3/2——d3/2——d5/2——f5/2——f7/2