基态的碳原子核外的电子共有几种状态？

Question

如题所述

Answer 1

基态碳原子是指碳原子处于其最低能级状态。碳原子的原子序数为6，这意味着在它的核外有6个电子。
在量子力学中，一个电子的空间运动状态可以由四个量子数来描述：主量子数(n)、角动量量子数(l)、磁量子数(m_l)以及自旋量子数(m_s)。
对于基态碳原子，它的电子分布为1s²2s²2p²。这意味着有两个电子在1s轨道，两个电子在2s轨道，两个电子在2p轨道。
1s轨道的电子有一个唯一的空间运动状态（n=1, l=0, m_l=0）。
2s轨道的电子也有一个唯一的空间运动状态（n=2, l=0, m_l=0）。
2p轨道的电子有三个可能的空间运动状态，分别对应m_l=-1,0,1。但在基态下，只有两个电子在2p轨道，因此只占据了这三个状态中的两个。
因此，基态的碳原子核外的电子共有1（来自1s轨道）+ 1（来自2s轨道）+ 2（来自2p轨道）= 4种不同的空间运动状态。
需要注意的是，每个空间运动状态可以容纳两个电子（它们的自旋量子数m_s为+1/2和-1/2），所以6个电子可以完全填充这4种空间运动状态。