什麼是電子殼層？

殼層：電子的層次

原子核周圍的電子位於殼層中，殼層也稱為能階，有點像一棟建築的樓層。第一層最靠近原子核，能量最低，之後的每一層都更遠、能量更高。

殼層從原子核向外依序編號為 1、2、3……，也有字母名稱：前四層分別是 K、L、M 和 N。元素的週期數告訴你它的原子使用了幾個殼層，所以位於第 3 週期的鈉，電子分布在三個殼層中。

每個殼層能容納多少電子

每個殼層能容納的最大電子數由公式 2n² 決定，其中 n 是殼層編號。第一層容納 2 × 1² = 2，第二層容納 2 × 2² = 8，第三層容納 2 × 3² = 18，第四層容納 2 × 4² = 32。

電子先填入能量最低的殼層，當一個殼層填滿後，下一個電子就開始填入更外面的新殼層。氦的 2 個電子填滿第一層，所以鋰的第三個電子必須進入第二層，形成 2, 1 的排列。

前 20 種元素的 2-8-8 模式

對前 20 種元素而言，有一條簡單的規則可以得出電子排列：第一層放 2 個電子，第二層最多 8 個，第三層最多 8 個，剩下的放在第四層。碳（6 個電子）是 2, 4。鈉（11）是 2, 8, 1。氯（17）是 2, 8, 7。氬（18）是 2, 8, 8。

第三層可以容納 18 個電子，但鉀（19）是 2, 8, 8, 1，鈣（20）是 2, 8, 8, 2，這是因為第四層的前一部分能量比第三層的其餘部分稍低。從鈧（21）開始，電子又回頭填入第三層，所以 2-8-8 規則只適用到鈣為止。

繪製波耳圖

波耳圖是原子殼層的快速草圖。先畫一個小圓代表原子核，裡面寫上元素符號，再為每個殼層畫一個圓環，並把電子以小點的方式放在圓環上。

計算範例：鈉。它的原子序是 11，所以電中性的鈉原子有 11 個電子。第一個圓環放 2 個，剩下 9 個。第二個圓環放 8 個，剩下 1 個，這最後一個電子單獨位於第三個圓環上。圖上顯示的是 2, 8, 1。

為什麼最外層殼層很重要

最外層殼層中的電子，也就是價電子，決定了原子如何反應。外層殼層填滿的原子，例如氖（2, 8）和氬（2, 8, 8），幾乎完全不起反應。鋰（2, 1）、鈉（2, 8, 1）和鉀（2, 8, 8, 1）各有一個很容易失去的外層電子，所以這三種都是活潑的金屬。

波耳模型及其限制

丹麥物理學家尼爾斯·波耳在 1913 年提出這個模型。他認為電子在具有固定能量的固定軌道上運行，當電子從較高的軌道落到較低的軌道時會放出光。這解釋了發光氫氣所發出光的確切顏色，在當時是很大的成功。

不過這個模型有其限制。它只能正確預測氫和其他單電子原子發出的光，而且電子並不像行星繞著太陽那樣真的繞著原子核轉。在現代量子模型中，每個電子占據一個軌域，也就是它可能出現的區域，而每個殼層又分成稱為 s、p、d 和 f 的次殼層。只要記得它是經過簡化的，它仍然是計算電子數的好用工具。