【元素周期表】是化学还是物理？元素周期表的基本规则

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精华笔记

元素周期表表面是个化学问题，但本质其实是物理问题。元素的排序跟对应原子的结构和性质有关。

一、原子基本结构
1. 原子的基本结构可以理解为带负电的电子围绕带正电的原子核运动。元素周期表不关心原子核内情况，只关心原子核的带电量、自旋、以及同位素的问题；

原子结构示意图

2. 历史上，人类花了很长时间才搞懂电子是怎么围绕原子核运动的，这些规律最后被总结为量子力学中的薛定谔方程；

3. 真实的原子形成过程，可以想象为在一个裸的原子核周围把电子一个个放上去。具体摆放的规则是什么？电子进去之后处在什么状态？才是科学家们关心的问题；

二、电子是怎么排布的？
4. 量子力学告诉我们，原子核周围的电子并不是传统意义上的一个个小球，而是用概率波函数描述的；

5. 薛定谔方程是个波动方程，通过解薛定谔方程，我们知道在原子核周围，电子的能量是量子化的，而不是连续的；

6. 电子的能量包含有基态、第一激发态、第二激发态等，能量是一级级向上的；

原子能级

三、泡利不相容原理
7. 根据能量最低原理，当电子在原子核周围排布的时候，应该处于能量最低的状态，因为这个状态是最稳定的，而能量高的状态有很多；

8. 但是电子是费米子，所有的费米子都要满足泡利不相容原理，也就是不能有超过一个的费米子处在同一状态，一个状态只能放一个费米子。所以一个原子里的电子，只要数目多于一个，就不可能都处在基态；

9. 除了能量状态之外，电子还有一个量子性质叫做自旋。自旋有上、下之分，两个电子即使处在同一能级，只要自旋一上一下，就不违背泡利不相容原理。所以一个能级最多可以放两个电子，第三个就放不进去了，否则就会产生完全相同的量子状态。