原子結(jié)構(gòu)備課參考資源03(編輯修改稿)
2025-07-23 08:38 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 向相反的2個(gè)電子。由于每個(gè)電子層中原子軌道的總數(shù)是n2個(gè)，因此各電子層中電子的最大容量是2n2個(gè)。2．能量最低原理 在不違背泡利不相容原理的前提下電子在個(gè)軌道上的排布方式應(yīng)使整個(gè)原子能量處于最低狀態(tài)，即多電子原子在基態(tài)時(shí)核外電子總是盡可能地先占據(jù)能量最低的軌道，稱為能量最低原理。3．洪特規(guī)則 電子在能量相同的軌道(即等價(jià)軌道)上排布時(shí)，總是盡可能以自旋相同的方向分占不同的軌道，因?yàn)檫@樣的排布方式總能量最低，稱為洪特規(guī)則。 洪特規(guī)則特例：對(duì)于同一電子亞層，當(dāng)電子分布為半充滿（pdf7）、全充滿（pdf14）和全空（p0、d0、f0）時(shí)，電子云分布呈球狀，原子結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。三、多電子原子軌道的能級(jí)1. 近似能級(jí)圖原子軌道的能量主要與主量子數(shù)有關(guān)，對(duì)多電子原子來(lái)說(shuō)，原子軌道的能級(jí)還和角量子數(shù)及原子序數(shù)有關(guān)。圖85為Pauling近似能級(jí)圖。該圖反映核外電子填入軌道的最后順序。 近似能級(jí)圖是按原子軌道能量高低的順序排列的，能量相近的能級(jí)劃為一組放在一個(gè)方框中稱為能級(jí)組。不同能級(jí)組之間的能量差較大，同一能級(jí)組內(nèi)各能級(jí)之間的能量差別較小。圖中共列出6組，它們依次是： 第一能級(jí)組：1s 第二能級(jí)組：2s，2p 第三能級(jí)組：3s，3p 第四能級(jí)組：4s，3d，4p 第五能級(jí)組：5s，4d，5p 第六能級(jí)組：6s，4f，5d，6p 第七能級(jí)組：7s，5f，6d，7p… 圖85 原子軌道近似能級(jí)圖每一個(gè)小圓圈代表一個(gè)原子軌道。s亞層只有一個(gè)原子軌道，p亞層中有3個(gè)能量相等的原子軌道。在量子力學(xué)中把能量基本相同的狀態(tài)叫做簡(jiǎn)并狀態(tài)。所以p軌道是三重簡(jiǎn)并的，這3個(gè)原子軌道能量基本相同，只是空間取向不同，所以又稱它們是等價(jià)軌道。同樣d亞層的5個(gè)d軌道是五重簡(jiǎn)并的，f亞層的7個(gè)f軌道是七重簡(jiǎn)并的。圖85反映出：? 主量子數(shù)n相同，角量子數(shù)l不同者，它們的能量有微小的差別，l 值越大，能量也越大，即EnsEnpEndEnf，例如： E4sE4pE4dE4f，這種在同一能級(jí)組中的能量差別稱為能組分裂。? 若角量子數(shù)相同，其能級(jí)次序則由主量子數(shù)決定 ，n 越大能量越高，例：如E2pE3pE4p。? 若主量子數(shù)n和角量子數(shù) l 同時(shí)變動(dòng)時(shí)，能量次序就比較復(fù)雜。這種情況常發(fā)生在第三層以上的電子層中，如E4sE3dE4p，等。這種現(xiàn)象稱為能級(jí)交錯(cuò)。? 核外電子的能級(jí)次序，直接關(guān)系到核外電子的排布次序，因此引起許多學(xué)者的關(guān)注。我國(guó)化學(xué)家徐光憲教授總結(jié)歸納出一個(gè)近似公式，利用(n+)值的大小，來(lái)計(jì)算各原于軌道的相對(duì)次序，并將所得值的整數(shù)部分相同者，作為一個(gè)能級(jí)組。? 必須指出，Pauling的近似能級(jí)圖，只是基本上反映了多電子原子核外電子的能級(jí)填充次序，如果忽略了不同元素的原子的個(gè)性，認(rèn)為所有元素的原子都能滿足近似能級(jí)圖，顯然是不現(xiàn)實(shí)的。后來(lái)的光譜實(shí)驗(yàn)和量子力學(xué)的理論證明，隨著元素原子序數(shù)的增加，核對(duì)電子的引力增加，軌道的能量都有所下降，由于下降的程度不同，所以能級(jí)的相對(duì)位置就隨之而變。圖86 原子軌道能級(jí)與原子序數(shù)的關(guān)系圖當(dāng)代的美國(guó)無(wú)機(jī)化學(xué)家科頓(Cotton)指出：原子軌道的能級(jí)在很大程度上取決于原子序數(shù)。他根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)畫出了原子軌道能量隨原子序數(shù)而變化的圖，稱為Cotton能級(jí)圖。從圖86中可知：隨著原子序數(shù)的增加，各原子軌道能量都逐漸降低，由于下降的程度不同，因而發(fā)生能級(jí)交錯(cuò)。例如，當(dāng)原子序數(shù)大于21時(shí)，3d的能級(jí)就低于4s能級(jí)。Cotton能級(jí)圖更能反映原子核外電子的實(shí)際情況。四、電子分布式和電子構(gòu)型應(yīng)用Pauling近似能級(jí)圖和核外電子填充規(guī)則，110種元素中可以準(zhǔn)確寫出91種原子的核外電子分布式，只有19種元素原子外層電子的分布情況稍有例外，我們主要要求主族、過(guò)渡元素中符合上述規(guī)律的元素核外電子的排布(不包括放射性元素)。1． 電子分布式（電子構(gòu)型、電子組態(tài)）：原子實(shí)：為避免電子分布式書寫過(guò)繁，可用該元素前一周期稀有氣體元素符號(hào)外加方括號(hào)表示。價(jià)電子構(gòu)型：決定元素化學(xué)性質(zhì)的主要是原子的外層電子，所以主族元素只寫出ns np軌道的電子分布式，副族元素只寫出（n1）d ns 軌道的電子分布式。核外電子填充實(shí)例和表示方法：例1：15P 電子分布式：1s22s22p63s23p3 原子實(shí)表示 [Ne] 3s23p3 例2： 24Cr [Ar] 4s13d5 3d5是半滿狀態(tài)穩(wěn)定，所以4s的一個(gè)電子排在3d軌道上。以上是電子填充順序（能級(jí)交錯(cuò)），電子分布式按n的大小順序?qū)?。即?24Cr [Ar] 3d54s1 例3：29Cu [Ar] 3d104s1 原因同上。例4：82Pb 電子填充順序1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s25d104f146p2或： 82Pb [Xe]6s25d104f146p2電子分布式：82Pb [Xe] 4f145d106s26p22．離子的電子構(gòu)型實(shí)例：原子失去電子后便成為離子，離子的電子排布取決于電子從何軌道中失去。電子失去順序，按照徐光憲的n+ 規(guī)則，值大的先失去。失電子順序?yàn)椋簄p ns （n1）d （n2）f基態(tài)原子外層電子填充順序?yàn)椋海簄s （n2）f （n1）d np例：26Fe2+ [Ar]3d64s0 而26Fe[A
公司管理相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1