什么是“固体导电”？“固体导电”的本质是：电子在固体中的定向移动。如下图1中所示：电子从固体的一端流入，逆着电场方向在固体中移动，最后从固体的另一端流出的过程，就是“固体导电”。我们也称这个过程为“电子的传导”过程。

不同的固体，传导电子的能力并不一样。有些固体很容易传导电子,我们就称其为“导体”，如金属铜、铝、银、铁、镁、钠等。也有的固体几乎不传导电子,我们称其为“绝缘体”，如橡皮、陶瓷、塑料、石英，晶体氯化钾(KCL)等。还有一类物质,它们传导电子的能力介于导体和绝缘体之间,我们称之为“半导体”,如锗、硅、硒以及一些硫化物和氧化物等。那么导体、绝缘体、半导体到底各有什么样的特点、以致它们的导电能力会不同呢？

要回答这个问题，就要先弄清楚：“固体导电的原理”到底是什么？关于“固体的导电原理”说来话长，为了减轻大家的阅读负担，本话题一共分为（上）、（中）、（下）三个小节为大家讲述。本节就从原子的“核外电子排布规律”与“能级划分”说起!

首先，我们来说原子的组成和结构。原子是由两部分组成：原子核和电子。其中原子核带正电荷，位于原子中心；电子带负电荷（每个电子带1个负电荷），和带正电荷的原子核之间有静电吸引，围绕在原子核周围运转。因为原子整个呈中性，所以原子中的电子数目和原子核所带的正电荷数目正好相等。下图2中，我们以钠原子为例具体说明！

从上图2中，我们也可以看出：原子核外的电子并不是杂乱无章地堆叠在一起，而是分成一层一层的秩序井然地排布在原子核周围，围绕着原子核运转。图中一层一层的的有电子排布的圆圈，所代表的就是电子层。电子层与电子层之间有着宽广的区域，但电子是不能排布在这些宽广的区域之中的。究其原因，那是因为原子本身是一个比较复杂的体系，构成原子的原子核、电子都带电荷，且具有波粒二象性。各微粒子之间除了力的作用，还有波的干涉等等，产生了量子效应。最终：电子就只能排布在少数几个分立的电子层上。

目前共发现的电子层数最多是7层，通常我们按由里到外的顺序，用数字1、2、3、4、5、6、7来表示。电子层呈现出的规律性主要分为两点：

每个电子层所能容纳的电子数目是有限制的（具体见下图3）

因为电子与原子核之间有静电引力作用，要将电子从离原子核近的电子层移到离原子核远的电子层，需要给予电子能量或给电子施加力的作用，以克服这种库仑力，所以从势能上来说：离原子核的距离越远，该电子层上的电子所具有的能量越高。下图3中，我们也以钠原子为例为大家阐明！

从图3中呈圆形的电子层的截面图（电子层实际上是球状的），我们可以看出：在同一个电子层上运行的电子，离原子核的距离是相等的，但这并不表示在它们的状态就是完全相同的。科学家们通过对许多元素的电离能的进一步分析发现：即便在同一电子层中，电子的能量还是稍有差异的，电子云的形状也不相同。根据这些差异可以将某个电子层进一步分成一个或若干个电子亚层。目前发现的电子亚层类型共有5种，分别用字母s、p、d、f……表示。不同类型的电子亚层有着不同的特点，具体见下表1：

在同一个电子层、不同电子亚层上的电子能量是沿着“spdf……”递增的。下图4中，我们继续以钠原子为例进行阐明：

正如上图4中所示：“电子层的序数（1，2，3，4……）+代表电子亚层类型的字母（s,p,d……）”才代表一个电子亚层。每个电子亚层都有一个特定的能量值（根据不确定原理，这里的能量值，是指在给定一定的精确度的情况下的一个值，真实情况是：其还是有一个很狭小的能量范围的）。落在同一个电子亚层上的所有电子，能量值都是相同的；而位于不同电子亚层上的电子，能量值是不同的。所以一个电子亚层就对应着一个能级，我们给能级与电子亚层的代号名称也是相同的（如:电子亚层4s,对应的就是能级4s）。有了不同的电子亚层（能级），再增添上不同电子亚层（能级）上的电子数目的信息，我们可以将一个原子的核外电子排布情况，用“电子排布式”的方式体现出来。如下图5中所示：

前文中我们讲到：一般来说，电子层序数越大，其上电子的势能就越大。但加入电子亚层的角动量，动能等因素后，电子的总能量的大小未必严格按照这个规律。比如说19号元素钾，其能级4s的能量值就低于能级3d（这样的例子很多）。

我们之所以这么强调原子的“能级划分”、以及各个能级的能量值的高低顺序，是因为电子的排布符合“能量最低原理”。所谓“能量最低原理”，就是：电子的排布要尽可能使电子的能量最低，所以原子核外的电子总是会优先排布在能量值较低的能级上。填满了较低能量值的能级之后，再填较高能量值的能级，一级一级往上填。弄清楚能级的高低顺序，对了解某个原子的电子排布是非常重要的。下图6中，我们将以钾原子为例为大家阐明：核外电子的排布是如何遵守“能量最低原理”的。

而原子的核外电子排布除了遵守“能量最低原理”之外，还要遵守“泡利不相容原理”和“洪特规则”。这三者合称为核外电子排布的“三大规律”。

先说“泡利不相容原理”，“泡利不相容原理”主要包含两个层面的含义：

电子自旋态只有有两种:顺时针方向和逆时针方向；

同一轨道上不能容纳两个自旋方向相同的电子。

这就决定了：每一个轨道最多就只能容纳2个电子，且这两个电子的自旋方向必须相反。下图7中，我们为大家具体阐明：

说完了泡利不相容原理，我们再说“洪特规则”。“洪特规则”也主要包括两方面的含义：

（1）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。

(2)对于同一个电子亚层，当电子排布处于全满（s2、p6、d10、f14）、半满（s1、p3、d5、f7）、全空（s0、p0、d0、f0）时比较稳定。

下图8中，我们将以24号元素铬为例，为大家阐明洪特规则在电子排布中所起的作用：

关于原子的“核外电子排布规律”和“能级划分”，本文就介绍到这里。主要目的是和大家一起对一些“化学知识”温故而知新，并为下一节阐述“固体导电原理”的核心部分打下基础。下一节中，我们将和大家一起探讨“电子是如何在晶体中移动起来的？”，敬请读者们

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