1.核外电子从内到外，最外层电子数依次不得超过2n²，各周期的元素数：2、8、8、18、18、32、32。

2.最外层电子数不得超过8，次外层电子数不得超过18。 这是由泡利不相容原理、洪特规则等量子力学原理决定的，在化学中属于结构化学的研究范畴，高中教材中只要求掌握规律，记住结论。 Ca的核外电子排布为“2 8 8 2”，如果第3层有9个电子就违反了第1条规则。

事实上，第3个电子层有s、p、d这3个能级：s能级有1个轨道，最多2个电子；p能级有3个轨道，最多6个电子；d能级电子数为0。加起来最多可以排8个电子。如果有9个就不符合理论了。 您认为第3层最多有2×3²=18个电子是不是？没错，第3层的确最多可以排满18个电子！不过，谁说非要先把第3层排满才能排第4层？可能因为第1、2层情况是这样，您就相信电子排布一定是从内到外吧？事实上，电子的填充顺序是按照能量从低到高的原则，第2层的所有能级能量都大于第1层，第3层能量也都大于第2层，但是第4层的部分能级(4s能级，4表示电子层，s表示能级名称)就不同了，位于靠外的4s能级能量居然反常地低于第3层的部分能级(3d能级)！这就是传说中的能级交错现象。 能级交错的影响是：到了填充第3层电子的时候，电子会先填充第3层的部分轨道(先不填满哦！)，然后直接填充第4层的部分轨道(也不填满)，最后再回过头来把填满第3层的工作做完。电子层大于3时，能级交错就很普遍了。而且电子层越多，能级交错越复杂。 最大电子数2n²的规则并没有改变，出问题的是电子的填充规则。它只是想把能量更低的轨道先填满，而轨道的能量不是从内到外按顺序排列的。 “这其中，是不是因为能级交错现象，从而使d能级的电子数为0啊？” 这的确是能级交错造成的，能自己发现这一点真不错哦！我本来还担心问题没说得透彻，看来效果够了。 有兴趣的话，可以看看下面的原子结构基本知识，我尽量写得浅显： 核电荷数大的原子，核外电子就很多。事实上，核外电子并不是挤在一起绕核旋转的。不同的电子与原子核距离是不同的，而且距离原子核更近的电子能量更低。按照经典的概念，电子是在轨道上运动的，即原子核外有许多不同能量的轨道，轨道的能量就代表了电子运动的能量，以方便研究，距离原子核近的轨道能量低。 把电子轨道按照“能量相近的划分到一组”的原则，可以把电子轨道分为多组，每一组轨道被称为一个能层，也就是电子层。有些相邻轨道之间的能量差很大，而有些相邻轨道之间的能量差很小，所以能层的划分就变得比较简单。具体的划分方法是人为规定的。能层的名字有：K、L、M、N……等，一直按字母表顺序接下去，目前只有7个电子层。 在同一能层(电子层)中，有多个轨道，各轨道的能量有相同的，也有相近的。把同一能层中能量不同的轨道分组，而把能量相同的轨道放在一起，就成了能级。能级的划分与能层相似，属于能层的下一级。能级有s、p、d、f、g、h……等，一直按字母表顺序接下去，而不同的能层中能级数量也不同。第1个电子层只有1个s能级，第2个电子层有s、p2个能级。第3能层有3个能级……第7能层有7个能级。 对于每一个能级，都含有能量完全相同的轨道。s能级有1个轨道，p能级有3个轨道，d能级有5个轨道……之后每个能级的轨道数依次递增2。 根据泡利不相容原理，每个轨道最多容纳2个电子，而且这2个电子必须是自旋相反。遵守泡利不相容原理的微观粒子叫费米子，例如电子、中子、质子，而不遵守泡利不相容原理的微观粒子叫玻色子。 能层、能级、轨道、跃迁(电子在能量不同的轨道之间跳跃，会吸收或者释放能量)……这些概念都是量子物理学家玻尔(Niels Henrik David Bohr)提出来的，在结构化学中，由量子化学家鲍林加以推广。海森堡建立现代量子力学后，这个模型在物理中逐渐被淘汰，甚至已缺乏正确性，而在基础化学中得以保留，以简化问题。 从下图中可以看出，随着电子层数的增加，电子填充开始在多个能层之间反复迂回，而且能级交错越来越复杂。

Q:能级交错来解释水分子中的氧和氢

A:

能级交错（Energy Level Crossing）是量子力学中的一个现象，指的是在某些情况下，原子或分子的能级顺序在不同的电子排布或核间距下会发生变化。这种现象在解释水分子中氧和氢原子的电子排布和化学键形成时可以提供一些洞见。

水分子（H2O）由一个氧原子和两个氢原子组成。氧原子有8个价电子，而每个氢原子有1个价电子。在水分子中，氧原子与两个氢原子形成共价键。这些共价键是通过氧原子的2p轨道和氢原子的1s轨道的重叠形成的。

在水分子的基态中，氧原子的电子排布通常是1s² 2s² 2p⁴。然而，在形成化学键时，氧原子的一个2s电子可以被激发到一个空的2p轨道上，形成1s² 2s¹ 2p⁵的排布。这种排布使得氧原子能够更有效地与两个氢原子形成两个σ键。

能级交错在这里的作用是，当氧原子与氢原子接近并形成化学键时，氧原子的2s和2p轨道的能量可能变得非常接近，以至于它们的相对能量顺序可以发生改变。这种能量的重新排列有助于形成更稳定的化学键，因为电子可以重新分布以最小化整个分子的能量。

此外，水分子中的氢键也是由氧原子的孤对电子与另一个水分子中的氢原子之间的相互作用形成的。这种氢键的形成进一步稳定了水分子的结构，并导致了水的一些独特的物理性质，如高沸点和高表面张力。

总的来说，能级交错提供了一种理解氧原子在形成水分子时电子排布变化的方式，有助于解释水分子的结构和性质。然而，能级交错并不是解释水分子特性的唯一因素，还需要考虑其他量子化学效应和分子间相互作用。

Q:上述s和p能级谁的高

A:

在原子中，能级通常按照主量子数（n）来排序，主量子数越大，能级越高。对于同一主量子数内的电子，s能级的能量通常低于p能级。例如，在第二能级（n=2）中，2s能级的能量低于2p能级。

然而，当涉及到不同电子排布的原子或分子时，能级交错可能会发生，导致通常能量较高的能级在特定条件下能量降低，而通常能量较低的能级能量升高，从而发生能级的相对位置交换。在水分子中，氧原子的一个2s电子可能被激发到2p能级，这在化学键形成过程中是一种常见的现象。

在水分子的基态，氧原子的电子排布是1s² 2s² 2p⁴。但在形成化学键时，一个2s电子可能被激发到一个2p轨道，形成1s² 2s¹ 2p⁵的排布。这种激发可以增加氧原子与氢原子形成化学键的能力，因为2p轨道相对于2s轨道在空间上更加扩展，更容易与氢原子的1s轨道重叠。

所以，在水分子中，虽然在一般情况下2s能级的能量低于2p能级，但在化学键形成过程中，2s电子的激发可以导致能级的相对位置发生变化，从而影响分子的稳定性和化学性质。