【元素周期表】哪里低能去哪里，奥夫堡原理和洪特规则

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精华笔记

原子核外电子的排布问题，在多电子的情况下是很复杂的，有很多规则需要遵守。

一、能量最低原理
1. 明确了在原子核外放电子的规则，我们就能弄清楚电子的排布规律。需要遵循的最基本原则就是能量最低原理；

2. 原子核外每放入一个新的电子，有很多可能的选择，要选择让整体的能量最低的排布方法；

二、奥夫堡原理
3. 奥夫堡原理可以说是能量最低原理的一种更精细化的表现形式。通过薛定谔方程，我们知道原子核周围存在各种能级，按照能量高低可以分为主轨道1、2、3、4……每个主轨道里还有分轨道，比如，1轨道里就是一个球形的波函数，叫s轨道；2轨道里除了球形波函数以外，还有三个哑铃型的波函数，叫p轨道；3轨道里除了球形波函数和三个哑铃型波函数之外，还有5个其它形状的波函数，叫d轨道；更高的还有f轨道，这些都是子轨道，每个子轨道里都可以容纳两个电子，自旋方向一上一下；

电子排布的优先顺序

4. 根据奥夫堡原理，原子核周围的电子会先占据1s、2s、2p、3s、3p轨道。而在此之后的电子会优先占据4s轨道，而非3d轨道。虽然主轨道4的能量是更高的，但是因为电子之间存在相互作用，4s子轨道的实际能量比3d轨道要低；

5. 因为薛定谔方程解出来的是在没有电子的情况下的理论能级。电子一旦真的放进去，电子之间的相互作用会对薛定谔方程有一定的修正，导致4s子轨道的能量更低；

三、洪特规则
6. 一种更奇怪的现象发生在铁原子身上。铁原子最外层轨道为3d，有5个子轨道和6个电子。然而这6个电子并不是两两配对去占据3个子轨道，而先是5个电子倾向于以自旋平行的方式尽量分散的占据5个子轨道，最后一个电子则随机的跟其中一个配成一对。这样分布的本质当然也是因为能量更低；

部分过渡元素的电子自旋

7. 对于这种现象，其中一个解释是电子的分散排布使得总体的电势能更低，但是仍然不够准确。70年代科学家们发现了洪特规则，即电子在分散排布的情况下，每个电子“感受”到的原子核的正电是更多的。因为当一个电子在外层的时候，内层电子会对原子核的正电产生屏蔽效果，等效于抵消了一部分正电荷。如果电子之间比较分散，且在同一层，屏蔽效果最弱，导致电势能最低；

8. 洪特规则可以解释很多事情。比如，为什么磁铁只吸引铁、钴和鎳？很多材料的磁性质，都可以用洪特规则来解释。