電子殼層

電子殼層 (Electron shell)
高雄市立高雄高級中學化學科陳藝菁老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

電子殼層大略可被視為電子環繞在原子核 (atom nucleus) 外的軌道 (orbit)。每個殼層只能容納一定數量的電子，且每個殼層的電子都有其特定的能量範圍。殼層的能量由內往外遞增，每一殼層必須完全填滿電子，其後的電子才能再填充至較外殼層。最外面殼層的電子決定原子的化學性質。

歷史

Charles Barkla和Henry Moseley首先在研究X射線吸收的實驗中，發現電子殼層的存在。Barkla以字母K, L, M, N, O, P, and Q標記這些殼層，這些術語的起源是按照字母排序。後來發現這些字母與量子數的n值1,2,3,…是一致的。目前，這些符號也被用於指定X射線光譜線的Siegbahn符號 (Siegbahn notation)中。電子殼層的名稱來自波耳模型，是指電子在核外特定距離運轉，而這些軌道形成圍繞於原子核的殼層。物理化學家Gilbert Lewis對價電子參與化學鍵結的早期理論有許多貢獻，之後Linus Pauling應用量子力學 (quantum mechanics) 觀點擴充此理論使其更周延。

主電子殼層 (shell)

主電子殼層由最內層向外分別標誌為K,L,M,N,O,P,Q或是1,2,3,4,5,6,7。因為較外層的電子有較高的平均能量，與原子核的吸引力較弱，它們比內層電子更易脫離核向外層移動，因此外層電子可用以決定原子的化學反應活性。依此看來，元素的電子組態會影響該元素的反應活性。

副電子殼層 (Subshells)

毎一主電子殼層含有一個或多個副電子殼層，而副殼層又組成原子軌域。例如第一主電子殼層K，有一個副電子殼層稱為”1s”; 第二主電子殼層L，有兩個副電子殼層，分別為”2s”和”2p”; 第三主電子殼層則有”3s”, “3p”, and “3d”，以此類推。下表列出各個不同的副電子殼層：

• 第一欄是副電子殼層的符號, 以小寫形式表示. 例如”4s”是第四主電子殼層中的副電子殼層s。
• 第二欄是副電子殼層的角量子數 (azimuthal quantum number)，是用以表徵副電子殼層的數字。
• 第三欄是填入副電子殼層的最大電子數，例如第一列中的s表示只要是s形式 (1s,2s…) 的副電子殼層，最多只有兩個電子。
• 第四欄指出哪些主電子殼層具有此種副電子殼層，例如第一、二列中每個主電子殼層都有s副電子殼層，但第二主電子殼層以上才有p副殼層，亦即沒有1p副殼層。

價電子殼層 (Valence shells)

價電子殼層是原子中的最外殼層，在價電子殼層的電子通常被稱為價電子 (valence electrons)，但是價電子的真正定義是：原子中，決定原子具有的化學反應的電子。當價電子殼層被填滿時（惰性氣體），原子是最沒活性的；而只有一個電子在價電子殼層（alkalis-鹼金族）或只差一個電子就填滿殼層（鹵素-halogens）時，是最有活性的。

然而，事實並非如此單純。決定化學反應的是離核最遠處、具有最高能量的電子。通常，較內層副電子殼層中的電子會比較外層副電子殼層中的電子能量低；由於d殼層是較外層的副殼層，這個效應大到使3d電子能量甚至高於4s電子，亦即是使得3d電子成為具有最高能量且足以決定其化學反應的價電子。因此，在判斷價電子時，不能單由電子是否在價殼層來判斷。

參考資料
http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_shell