在化学中开壳（open-shell）和闭壳（closed-shell）是什么意思？

开壳（open-shell，壳念qiào）或闭壳（closed-shell）属于物理学或量子化学中的概念。

开壳（或开壳层）指部分充满的壳层组态，或叫做开壳层组态；闭壳（或闭壳层）指完全充满的壳层组态，或叫做闭壳层组态。

具体而言，

一、开壳

是指存在未配对电子的体系。

通常分为两种情况：

1. 对于奇电子数体系（如自由基中间体），因为一定存在未配对电子，所以是开壳；
2. 对于某些偶电子数体系（如下图，氧气基态分子轨道），因为有有未配对的电子，所以也是开壳。

氧气分子基态（三线态）分子轨道图

二、闭壳

具有偶电子数的体系中，自旋向上和自旋向下的电子数相同，并且自旋相反的电子两两配对（如下图，氮气分子轨道），所以是闭壳。

氮气分子轨道图

三、举例

同样是氧气，激发态不一样，壳层组态也是不一样的。

如下图，氧气分子第一激发态是单线态，闭壳；第二激发态是单线态，开壳（未配对）；基态是三线态，开壳（自旋相反）。

氧分子第一激发态（左，单线态）、第二激发态（中，单线态）和基态（右，三线态）分子轨道图