钻穿效应

钻穿效应（penetration effect）是指在多 电子 原子 中，电子在 原子核 附近的概率较大，能够更多地避免其余电子的屏蔽，受到核的较强吸引而更靠近核。这种进入原子内部空间的作用使得 电子云 分布状况不同，电子云和电子云间、电子云和核电荷间的相互作用引起 原子轨道 能变化的能量效应。当 主量子数 n一定时， 角量子数 l越小，电子云的第一个峰离核越近，即钻得越深，这就是轨道钻穿效应。随核电荷数的增加，最靠近核的小峰在能量上的作用越来越明显。

基本性质

从 量子力学 观点来看， 电子 可以出现在 原子 内任何位置上。也就是说， 散逸层 电子可以钻入内部壳层而更靠近 原子核 ，从而削弱了内层电子的屏蔽效用，相对增加了原子的 有效核电荷 ，使得原子轨道的能级降低，这种现象称为钻穿效应。钻穿效应越大，意味着电子可以出现在离核近一些的区域，电子的能量越低。

定性判断

钻穿效应的大小可以根据核外 电子云 的 径向分布函数 进行定性判断：

主量子数 n相同而 角量子数 l不同的轨道，能级的顺序是：Ens<Enp<End<Enf，这种现象叫作能级分裂。这是因为主量子数相同的各态中，s态峰的数目最多，它的分布特点是：主峰离核最远，小峰靠核最近，随着核电荷的增加，最靠近核的小峰在能量上的作用越来越明显。这一方面是小峰所代表的电子云有效地避开其他电子的屏蔽，作用在小峰上的 有效核电荷 大；另一方面，小峰所代表的电子云离核近。两个因素都使 电子 和 原子核 的相互作用能增加，对该轨道的 能级 降低影响较大。

对于n和l都不同的轨道，n值大的电子亚层能级反而比n值小的电子亚层能级低，例如E4s<E3d，这种现象称为 能级交错 。能级交错也可以用钻穿效应来说明，进行比较可以看出：4s最大峰虽然比3d离核要远，但是它有小峰很靠近核。因此，4s比3d钻穿能力要大。4s电子虽然 主量子数 较3d大，但 角量子数 小，钻穿效应大，使得4s轨道能级低于3d轨道的能级，即E4s<E3d。其他能级次序的不规则排列，如E5s<E4d，E6s<E4f< E5d，大体上都可以用同样的原因予以说明。