原子轨道的能量

在一个原子中，带负电的电子被吸引到带正电的原子核上。在多电子原子中，还观察到电子-电子排斥。吸引力和排斥力取决于粒子之间的距离，以及各个粒子上电荷的符号和大小。当粒子上的电荷相反时，它们会相互吸引。如果两个粒子具有相同的电荷，则它们会互相排斥。

随着电荷量的增加，力的量也增加。然而，当电荷分离更多时，力减小。因此，电子与其核之间的吸引力与它们之间的距离成正比。如果电子更靠近原子核，则它与原子核的结合会更紧密；因此，不同壳（不同距离）中的电子具有不同的能量。

对于具有多个能级的原子，由于电子电子排斥，内部电子部分地屏蔽了外部电子免受原子核的吸引。核心电子屏蔽外壳中的电子，而同一价壳中的电子不会有效地阻碍彼此经历的核吸引。这可以用有效核电荷 Z _eff 的概念来解释。考虑到任何电子-电子排斥，这是原子核对特定电子施加的拉力。对于氢，只有一个电子，因此核电荷（ Z ）和有效核电荷（ Z _eff ）相等。对于所有其它原子，内部电子部分屏蔽了外部电子免受原子核的吸引，因此：

轨道穿透描述了电子更靠近原子核的能力。 s 轨道中的电子可以更靠近原子核，并且具有更高的穿透能力。球形 s 轨道的概率密度在原子核处不为零。 ＆nbsp;不同的子壳具有不同的空间方向。由于哑铃形的轨道， p -电子的渗透要少得多。它的波函数有一个穿过原子核的节点，在那里发现电子的概率为零。因此，与 p 电子相比， s 轨道电子与原子核的结合更紧密，能量更低。与 p 轨道电子相比， d 电子具有更低的穿透力和更高的能量。
对于各种壳和子壳，电子的穿透能力趋势可以描述如下

屏蔽和穿透的影响很大，并且4 s 电子的能量可能低于3 d 电子。

本文改编自 Openstax，化学2e，第6.4节：原子的电子结构（电子结构）。