为什么原子最外层最多可容8个电子,次外层最多排18个,第三外层最多排32个?

题目

为什么原子最外层最多可容8个电子,次外层最多排18个,第三外层最多排32个?

答案

有一个叫做泡利不相容原理的东西,说两个电子不能处于同一个状态.原子的核外电子的状态是由这么几个量子数来描述的：
n,L,s,L3,s3
一层电子是说n相同的那些状态,n可以取1,2,3,...
对于一个n来说,
L可以取0,1,...(n-1)共n种可能的状态
s是1/2
L3可以取-L,-L+1,...,0,...,L共2L+1种可能的状态.
s3可以取-1/2,1/2
这样对于一个n来说,有n个可能的L,每个L有2L+1个可能的L3,另外,对于每一个这些状态,都有两个可能的s3,加起来是：
(2*0+1+2*1+1+...+2*(n-1)+1)*2
=((n-1)*n+n)*2=2n^2个可能的状态.每个状态只能容纳一个电子,这样的话,对应于n=1,2.,可容纳的电子数为：
n=1 --> 2*1^2=2
n=2 --> 2*2^2=8
n=3 --> 2*3^2=18
n=4 --> 2*4^2=32