核内质子排列规律决定核外电子排列规律

核内质子排列规律决定核外电子排列规律

一、原子核外电子排布的原理

处于稳定状态的原子，核外电子将尽可能地按能量最低原理排布，另外，由于电子不可能都挤在一路，

它们还要遵守泡利不相容原理和洪特规则，一般而言，在这三条规则的指导下，可以推导出元素原子的核

外电子排布情况，在中学阶段要求的前36号元素里，没有例外的情况发生。

1．最低能量原理

电子在原子核外排布时，要尽可能使电子的能量最低。如何才能使电子的能量最低呢？例如说，咱们

站在地面上，不会感觉有什么危险；若是咱们站在20层楼的顶上，再往下看时咱们心理感到害怕。这是因

为物体在越高处具有的势能越高，物体总有从高处往低处的一种趋势，就像自由落体一样，咱们从来没有

见过物体会自动从地面上升到空中，物体要从地面到空中，必需要有外加力的作用。电子本身就是一种物

质，也具有一样的性质，即它在一般情况下总想处于一种较为安全（或稳定）的一种状态（基态），也就

是能量最低时的状态。当有外加作历时，电子也是可以吸收能量到能量较高的状态（激发态），可是它总

有不时刻刻想回到基态的趋势。一般来讲，离核较近的电子具有较低的能量，随着电子层数的增加，电子

的能量愈来愈大；同一层中，各亚层的能量是按s、p、d、f、g……的顺序增高的。这两种作用的总结果可

以得出电子在原子核外排布时遵守下列顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、4d……

2．泡利不相容原理

咱们已经知道，一个电子的运动状态要从4个方面来进行描述，即它所处的电子层、电子亚层、电子

云的伸展方向和电子的自旋方向。在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全相同的两个电子存在，这

就是泡利不相容原理所告知大家的。按照这个规则，若是两个电子处于同一轨道，那么，这两个电子的自

旋方向一定相反。也就是说，每一个轨道中只能容纳两个自旋方向相反的电子。这一点恍如咱们坐电梯，

每一个人相当于一个电子，每一个电梯相当于一个轨道，假设电梯足够小，每一个电梯最多只能同时供两

个人乘坐，而且乘坐时必需一个人头朝上，另一个人倒立着（为了充分利用空间）。按照泡利不相容原理，

咱们得知：s亚层只有1个轨道，可以容纳两个自旋相反的电子；p亚层有3个轨道，总共可以容纳6个

电子；d亚层有5个轨道，总共可以容纳10个电子。咱们还得知：第一电子层（K层）中只有1s亚层，

最多容纳两个电子；第二电子层（L层）中包括2s和2p两个亚层，总共可以容纳8个电子；第3电子层

（M层）中包括3s、3p、3d三个亚层，总共可以容纳18个电子……第n层总共可以容纳2n2个电子。

3．洪特规则

从光谱实验结果总结出来的洪特规则有两方面的含义：一是电子在原子核外排布时，将尽可能分占不

同的轨道，且自旋平行；洪特规则的第二个含义是对于同一个电子亚层，当电子排布处于

全满（s二、p六、d10、f14）

半满（s一、p3、d五、f7）

全空（s0、p0、d0、f0）时比较稳定。这种似于咱们坐电梯的情况中，要么电梯是空的，要么电梯里

都有一个人，要么电梯里都挤满了两个人，大家都感觉比较均等，谁也不抱怨谁；若是有的电梯里挤满了

两个人，而有的电梯里只有一个人，或有的电梯里有一个人，而有的电梯里没有人，则必然有人产生抱怨

情绪，咱们称之为不稳定状态。

4、核外电子排布的方式

对于某元素原子的核外电子排布情况，先肯定该原子的核外电子数（即原子序数、质子数、核电荷数），

如24号元素铬，其原子核外总共有24个电子，然后将这24个电子从能量最低的1s亚层依次往能量较高

的亚层上排布，只有前面的亚层填满后，才去填充后面的亚层，每一个亚层上最多能够排布的电子数为：s

亚层2个，p亚层6个，d亚层10个，f亚层14个。最外层电子到底如何排布，还要参考洪特规则，如

24号元素铬的24个核外电子依次排列为

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

2262624

按照洪特规则，d亚层处于半充满时较为稳定，故其排布式应为：

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

2262615

最后，依照人们的习惯“每一个电子层不分隔开来”，改写成

1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s

2262651

用洪特规则可以解释为何Cr原子的外层电子排布为3d4s而不是3d4s，Cu原子的外层电子排布为

5142

3d4s而不是3d4s。

10192

核外电子排布的原理是从大量事实中归纳出来的一般规律，绝大多数原子核外电子的实际排布与这些

原理是一致的。可是随着原子序数的增大，核外电子排布变得复杂，用核外电子排布的原理不能满意地解

释某些实验的事实。在学习中，咱们首先应该尊重事实，不要拿原理去适应事实。也不能因为原理不完善

而通盘否定原理。科学的任务是承认矛盾，不断地发展这些原理，使之加倍趋于完善。

5、有许多老的问题，在取得答案的同时就得了了新的理论。

1、是什么因素由谁决定了“核外电子有强列的排列规律”？决定电子排列规律的是电子本身性质，仍

是核内质子中子？

二、电子高速自旋：是以电子自身一点在自旋，仍是以一个小半径在旋转？为何要自旋？自旋线速度

是多少？谁决定电子的自旋？

3、电子的高速自旋正是此刻宇宙产生的原因。或许根本就没人相信：宇宙的来源就是这么简单？

4、同一轨道上的两个电子自旋方向真的是不相同仍是观察时利用照物发生转变而出现了错误结论？

二、原始态的N宇宙

首先申明：组成宏观宇宙的三种粒子是中子质子电子，本文只研究这三种，不研究过小的不能直接组

成物质的粒子，也不研究中子质子由什么东东组成。全世界在没有弄清楚中子质子电子结合性质，没弄清

楚核结构和核力性质，就去研究质子中子由什么组成是完全在浪费全世界实验资源，根本没的必要。也不

要去相信科学家，90%以上的科学家只是书本知识丰硕算了。

一、质子不自旋时电子运动状态

宇宙产生于奇点，仍是产生于一个金蛋，这些不重要。但宏观物质中质子产生于中子这是必需的。所

以咱们以为原始宇宙要么是由冷纯中子组成，要么某一刹时原始宇宙由冷纯中子组成。原始温度必然是个

极限温度，感激许多科学家为咱们找到了一个极限温度——绝对零度（0K）。原始宇宙也一样被死亡的最

后阶段的星系冷核塌缩碰撞。绝对零度的中子被外界最后塌缩星系碰撞，许许多多的中子被碰割裂出许多

质子和电子，绝对零度的质子不会自旋，割裂出的电子由质子决定运动状态，质子不自旋不作圆周旋转，

电子也一样不会自旋不用圆周旋转。若是质子不自旋，根本没有任何力量阻止电子回规质子。冷电子的结

果也只能与质子中和，变成新的冷中子。只要温度不上升，原始宇宙永远这样孤单。由此可看出温度是决

定质子自旋的根本动力，而质子是决定电子运动状态的根本原因。下面推论：当N宇宙产生时更能证明温

度是质子的生命。

温度是决定质子自旋的根本动力。温度是决定质子自旋的根本动力，可以由热力学原理反推：温度越

低物质运动越慢，当温度接近绝对零度时，物质原子再也不作运动，原子核也再也不作太大的转动。科学

家得出绝对零度是不能达到的，绝对零度真的不能达到吗？若是绝对零度存在，原子核中重要粒子质子运

动状态会怎么样？若是存在这个极限：绝对零度存在，质子运动状态必然达到一个极限——静止不动。一

但质子再也不自旋，电子再也不受任何力量支持运动状态，也只好与质子中和，成为一个冷中子。要证明

这个理论也不是不可能：太阳系中，天王星是太阳系内温度低的行星，最低的温度只有49K(-224℃)，海

海星比原来想像的更亮、更冷和更小，表面温度为-240℃，冥王星的表面温度知道很不很清楚，科学家以

为可能在35到45K（-238到-228℃）之间。我以为若是按天天星到海王星下降了16℃计算，则冥王星

的表面温度应该在-256℃以下。那么，若是冥王星（或柯伊伯带行星）外还有星球，若也按下降了16℃计

算，那它温度应在-273℃左右了。科学家真的有能力，他们发现冥王星运动状态受到外围A行星影响，而

到此刻为止科学家并汉有发现A行星。按温度下降来看A行星已经抵达了绝对零度，也就是说A行星就是

变成了一块大的冷中子球。按发现一般行星的方式，科学家永远发现不了它的形状，若知道冷中子性质，

科学家或许能感知到它的存在。科学家发现宇宙中有许多暗物质，那这些冷中子块就是暗物质的根本来源。

大的星系暴发时物质散布仍是较均匀的，星系与星系间不可能是真空的，之间的物质在绝对零度时会是什

么状态？冷中子块就是其间的暗物质。

若是将研究中子质子的组成所用的资金，用来制造两只飞船，一只能自行发烧维持体温，一只不发烧，

一同发向太阳的外围，如有一天一只能发还信息，一只不能发还信息而失终。所有的问题就解决了。去证

明吧：温度是决定质子自旋的根本动力。

（或许原始宇宙本身因压力大而具有必然高温，这个环境相当于常压下的绝对零度的环境范围，整个

研究都是以这种基态为原则进行研究的。以下也一样。）

而质子是决定电子运动状态的根本原因。科学家还真有能力，他们发现质子上正电荷散布在一个很小

的范围内，（霍夫施塔特早年用快电子冲击质子中子实验时发现：质子的电荷散布在一个小范围内，而中子

在这小范围的正电荷外围散布着小圈负电荷。这些“小范围”与整个质子中子体积比较相当于一个小小的

点。）电子与它中和时也正是这小地方的中心。这个小范围的正电荷正是控制核外电子的中心。当质子静止

不动不自旋时，割裂到外的电子只受正负电荷间的库仑引力作用，再没有其它任何力量阻止它返回质子上

的正电荷区，此时只有中和现象发生。二者间何时有斥力出现，何时就产生了宏观宇宙。

二、质子无规律非光速转动时，电子运动状态

原始宇宙继续被死亡后的星系冷核塌缩碰撞，假设这时温度上升了万分之一开，中子撞裂的质子有了

一些运动状态——非光速转动，撞出的电子受库仑力作用也随那点正电荷非光速转动，正电荷随质子转动

时产生一点点与电子的斥力，这个斥力还不能阻止电子再次与质子中和。原始宇宙仍是一样冷悽。

三、N宇宙的在一次偶然中产生

一、质子上正电荷绕质子半径光速自旋，电子运动状态。

原始宇宙继续被死亡后的星系冷核塌缩碰撞，新的一页开始了，温度极速上升，质子高速旋转，割裂

学家没有发现这个质子的产生，但科学家们确能计算出这个质子这样自旋产生的一个特殊的力量，（他们没

算过，但能算出），对相邻质子或外围电子而言这个力的名字叫安培力，是磁场对外围运动电荷产生的力的

作用。质子正电荷绕半径光速自旋产生一个电流环，电流环产生一个强磁场，组成质子中子的物质是易磁

化物质，使这个磁场强度增强4倍左右，这个强磁场对外围电流或相邻电流环有强力的作用，就叫安培力。

这里有个比偶然还要独特的的事件发生了：这个安培力对相邻同向自旋的质子（同时质子间库仑斥力一路

作用下距离在1－3倍质子直径内表现为引力）是吸引力作用，而对受质子上正电荷控制的相同方向自旋的

电子正好是斥力作用。宏观宇宙就在这奇妙中产生了。还有必要具体计算么？没有必要了，知道半径、速

度、电荷大小，中国4亿大学生人人都能计算了，小儿科麻。

电子运动状态如何？电子受质子正电荷控制，其运动状态与质子上正电荷点运动状态完全一样，但要

自由得多。电子受正电荷控制绕一点（不在电子上的点）光速旋转，旋转半径为质子半径；这就是电子的

“自旋”，并非是以自身为点真正的自旋。所以，这里特别更证：电子的自旋——是以质子半径为半径以光

速为线速度的高速旋转。若是只有一个质子和一个电子，且处于基态，可以看到电子与质子正好在同一轴

上同向自旋。质子产生的强磁对同向自旋的电子电流环是个强力的斥力作用。当电子靠近质子时这个斥力

迅速变大，大大大于与正电荷的库仑引力而并排斥开。当电子远离质子时，这个斥力迅速减小，质子电子

间库仑引力起主要作用，电子又被吸引。再考虑作用其它运动所需的向心力，电子终将在必然位置与质子

间力达到均衡。宏观物质由此产生。小儿科的计算就不算了，这个距离大约为10米左右。如图5-1

-10

受控电子为何只能以光速与质子同轴自旋？质子上正电荷光速自旋，电子要受控制只能以光速相跟上；

若是电子大于质子半径要跟上质子正电荷，那电子就必需以大于光速跟上质子自旋，光速是个极限，大于

光速是不可能的，电子也就只能回规质子半径。若是电子自旋半径小于质子半径，电子可以小于光速自旋，

电子就有更多能力跟上正电荷，有能力跟上就有能力扩大自旋半径，从而回规到质子半径自旋。所以受控

电子只能与质子同轴同半径光速自旋。如图5-2：

这个结构使中子大小为10数量级变成原子10数量级高压下产生许多重原子和许多超重中子的

-15

-10

，

原子，质子磁场分主轴分枝叉贯穿整个原始宇宙，整个原始宇宙四分五裂，割裂出特大的中子块夹着质子，

极快的速度曝胀，在几十秒内膨胀了几千倍，那么，那就是科学家取得的：宇宙背景辐射同温的问题就取

得解决。各个大块自成体系这就是此刻的各星系团。

二、同一轨道上两个电子运动状态

所有电子质子中子都最先出此刻质子磁场的北极N极出现，或许是第一个电子首先出此刻N极的原因

吧。所以我把这个宇宙叫做N宇宙。氢原子中质子在N极控制了一个电子如图5-3中的A处，同时在B

处也可以控制一个电子，这时氢原子变成了氢负离子如图。受控制的两个电子都只能与质子同轴同半径自

旋。

可是，“泡利不相容原理：在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全相同的两个电子存在”，这

就是泡利不相容原理所告知大家的。按照这个规则，若是两个电子处于同一轨道，那么，这两个电子的自

旋方向一定相反。也就是说，每一个轨道中只能容纳两个自旋方向相反的电子。”是我的理论与泡利不相

容原理矛盾了吗？不是。如图5-3可看出三个粒子同轴自旋，当眼观位置在A处时，A电子正好逆时针方

向自旋。眼观点是不变的，原子是高速圆周旋转的，当B电子转到眼观处时，B电子正好是顺时针方向自

旋。同一轨道的两个电子正好正逆时针自旋。必然要理解泡利不相容原理它没有错，它是在实验多次观察

发现的知识，人们没办法控制原子核不动，也不能高速改变眼观点。而我此刻是在把核固定好来观察的。

除同轴自旋能产生让电子质子彼此排斥的力之外，再也找不到任何力使电子质子彼此排斥了。这就是现今

N宇宙的来源，也只能这样产生了。

第一个质子出现后，它的强磁使周围中子磁化，更多的中子在高温强磁下迅速割裂更多的电子变成质

子，靠太近的相邻质子迅速排斥，被辐射而出。沿着许多磁轴迅速发生一样的连锁反映，质子连着中子大

块大块的被爆射到空中……，一个小小的时间里，原始宇宙四分五裂土崩瓦解，一直到现今宇宙，这个N

宇宙可能进行了五分之二的时间。N宇宙的终结：将有三分之一被S宇宙吸引，有三分之二会回归到原始

状态。在这个进程中：星系暴发死亡、再暴发再死亡……最后愈来愈小愈来愈冷，走到最后变成个个冷中子

块。

3、半满全满亚层结构与核的三角四面体形状的关系

原子核内质子的具体排列结构是如何的？仍是得从核外电子排列提及。

能量最低原理 自然界一个普遍的规律是“能量越低越稳定”。原子中的电子也是如此。按照以上原则，

电子在原子轨道中填充排布的顺序为1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d…。”

“洪特原理 在能量相等的轨道上，自旋平行的电子数量最多时，原子的能量最低。所以在能量相等的

轨道上，电子尽可能自旋平行地多占不同的轨道”

“由保里不相容原理得知：s亚层只有1个轨道，可以容纳两个自旋相反的电子；p亚层有3个轨道，

总共可以容纳6个电子；d亚层有5个轨道，总共可以容纳10个电子。第一电子层（K层）中只有1s亚

层，最多容纳两个电子；第二电子层（L层）中包括2s和2p两个亚层，总共可以容纳8个电子；第三电

子层（M层） 中包括3s、3p、3d三个亚层，总共可以容纳18个电子……第n层总共可以容纳2n个电

2

子。”

核内质子的排列决定电子排列规律，质子也原用类似的规律，咱们用大写字母表示质子的亚层结构，

则会出现能量最低原理：质子在原子核轨道中填充排布的顺序为1S 2S 2P 3S 3P 4S 3D 4P 5S 4D5P 6S 4F

5D 6P 7S 5F 6D…。”

洪特原理：在能量相等的轨道上，自旋平行的质子数量最多时，原子核的能量最低。所以在能量相等

的轨道上，质子尽可能自旋平行地多占不同的轨道，也就是半满、全满、全空状态。

保里不相容原理：S亚层只有1个轨道，可以容纳两个同轴自旋的质子；P亚层有3个轨道，总共可以

容纳6个质子；D亚层有5个轨道，总共可以容纳10个质子；F亚层有7个轨道，总共可以容纳14个质

子。第一质子层（K层）中只有1S亚层，最多容纳两个质子；第二质子层（L层）中包括2S和2P两个亚

层，总共可以容纳8个质子；第三质子层（M层） 中包括3S、3P、3D三个亚层，总共可以容纳18个质

子……第n层总共可以容纳2n个质子。

2

按以上排列的质子又是如何组成核结构的呢？大自然给与咱们太多的提示：你看看周边的大树，它们

在骨干上先分出三支末节，第二层分出的末节上又分出4-5节末节，第三层最外末节上分出6-7支末节，

而顶层老是2-3支末节或一支小骨干。

原子核结构与大树结构类似，我就叫它：大树形接触式原子核结构。

因此，所有S亚层质子都排列在骨干轴上，1S亚层以单中子结构组成，其余S亚层以双中子结构组成；

在2S亚层隔壁分出三支2P亚层，且以单中子结构组成；多质子大核以主要形式排列到第2层后，首尾质

子因核力作用而明显偏离轴心，为了增强核力和整体的稳定，就由同样地位的3支P质子组成三角分支结

构，这3个P支节在主轴S层质子上取名为3支P亚层。稳定态时，这3支P亚层分支与主轴正好形成四

面体，称之为：三角四面体结构，在三角分区以后的主轴结构是以S亚层双中子次要形式组成。第3层以

后的分支又可在3支P亚层分支上生长出5支D亚层分支，第4层以后的5支D亚层分支上又可分生出7

支F亚层分支，各亚层分支由能极高低和轨道数决定。所有亚层分支结构形式都是单中子形主要结构形式。

多支节大核的分支以2支或3支组成体系，由各体系组成趋三角四面体形，整体核的形状仍以主轴为中心

组成趋三角四面体形结构的亚稳定结构。整个多质子大核结构形如一棵理想大树：有骨干、有分支、有次

分支，有主根、有分根、有次分根……它以主轴为主体、以三角四面体为根本，首尾三角四面体形结构组成

为最稳定结构。

为何2S后主轴以双中子结构组成？双中子结构核力较弱（核力势垒可见），而2S上的三支2P支节

会随主轴高速小圆环旋转，旋转产生的电流环与相邻质子自旋同向，由此产生的安培力引力较强，从而增

大了相邻间的核力。若以单中子结构组成则因相邻质子太多产生的库仑斥力太大而排斥。主轴尖为何以三

角四面体结构？也是一样道理。

电子分层，质子也分层，电子最外以s或p亚层结束，质子也是S或P亚层且组成三角四面体形。由

此可见核外电子的所有排列规律全数由核内质子排列规律决定。

这就是核的形状。当核高速园周旋转时，从外界观察可以发现它形如“球形”，当核主要以主轴方式

旋转时，从外界观察可以发现它形如“仿垂形”。不旋转（现实中是不可能的）观察就象一棵理想的大树。

所以，把本文推导得出的核结构叫做大树形接触式原子核结构。如下图5-4钴60核的结构图：

1956年李政道、杨振宇推断弱彼此作用中“宇称不守恒”，建议用β衰变电子的角散布来推断。1957

年吴建雄等完成了此项实验：(文献1)

“把β衰变的钴60核（ C ）放在强磁场中，温度降到1K以下，最后达到，这样有60％的钴60

60

O

核（ C ）磁矩取顺磁场方向。低温下原子核热运动减低，以避免扰乱原子核的有序化。实验发现，60％

60

O

的β射线从反磁场方向发射出来，40％的β射线从顺磁场方向发射出来。” 实验证明：钴60核（ C ）

60

O

β衰变发生在核磁的南极，或说是逆磁方向，也就是图5－4的X处。实验映证：核结构排列老是在核磁北

极排满后才在核磁南极排列。实验映证：衰变后的三角形比衰变前稳定得多。从整个核结构可以直观看出

核结构是非对称的，反过来讲明弱彼此作历时宇称不守恒的原因。

特别更证：从结构上说“宇称不守恒”实际上是核的结构并非是对称性质的，老是N极大，S极小。

洪特原理：在能量相等的轨道上，自旋平行的质子数量最多时，原子核的能量最低。所以在能量相等

的轨道上，质子尽可能自旋平行地多占不同的轨道，也就是半满、全满、全空状态。5个3D质子全排在下

部（N极）符合半满状态，上部2支3D质子出现不稳定状态（一眼看出结构根本不和谐），因此在止处

经β衰变后变成了Ni核，使外层非三角体形结构衰变后成为三角体形结构，从而核变成稳定结构。

在原子核内，中子的主要作用有点是保护性质的作用，中子的多少与核的自旋和稳定有关，转动平稳、

结构稳定的核相应中子数就多些。

原子同位素核的结构，按核的主要结构形式和次要结构形式组合后余下的中子如何排列？余下的中子

将占据下一个质子能极的位置。对于大核余下的中子太多，它不仅占据下一名质子能级位置，还将占据更

下级的第二、三能极的位置。在大核分支处核力增强，园周旋转慢，外围需要的向心力小，在亚层分支之

间处也可吸引一些中子（排列规律之外，亚层分支之间处）；因为质子与质子的库仑斥力，使这些地方不能

排上1个质子，只能吸引排列一些中子。所以， 越大的、转动越慢的核吸引的中子数越多，同一元素中子

数不同而成为同位素。

四、S宇宙的发展和N宇宙的终结。

现今的N宇宙还在不断扩展，必然有种力量对它吸引，这个力量就是S宇宙，或许有多个S宇宙，正

在等待咱们的N宇宙的许多星系死亡后的撞击，或许时间是500亿年。此刻在N宇宙边外的星系，当内

核燃烧完后，慢慢冷却成为冷中子块，500亿年后首先撞击S宇宙，一次又一次撞击，当N宇宙的1/4（或

1/3）撞击到S宇宙，S宇宙有了热量，中子裂变出质子，新的宇宙产生了。而同时N宇宙余下的2/3（或

3/4）却不断缩为一块冰凉的原始宇宙。总之，宇宙产生于质子的自旋，宇宙也消失于质子再也不自旋。