网站地图
电子分布

氢原子是单电子原子,也就是说,氢原子核外只有一个电子。其余元素的原子,其电子数都超过一个,例如钠原子核外有11个电子。在原子核外电子的数目和分布是有一定规律的,各电子层上电子的数目,电子层上的电子数与电子层的关系为2n的平方,通常人们也称第1层为k层,第2层为L层,第3层为M层,第四层为N层。依此类推。

根据原子光谱实验的结果和对元素周期系的分析、归纳,总结出核外电子分布的基本原理。

(1)泡利(Pauli)不相容原理

在同原子中,不可能有四个量子数完全相同的电子存在。每个轨道内最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。

(2)能量最低原理

多电子原子处在基态时,核外电子的分布在不违反泡利原理的前提下,总是尽先分布在能量较低的轨道,以使原子处于能量最低的状态。

(3)洪特(Hund)规则

原子在同亚层的等价轨道上分布电子时,将尽可能单独分布在不同的轨道,而且自旋方向相同(或称自旋平行)。这样分布时,原子的能量较低,体系较稳定。 [1]

原子轨道的能量主要与主量子数(n)有关。对多电子原子来说(除H外其它元素原子的统称),原子轨道的能量还与副量子数(Z)和原子序数有关。

原子中各原子轨道能级的高低主要根据光谱实验确定,但也可从理论上去推算。原子轨道能级的相对高低情况,若用图示法近似表示,就是所谓近似能级图。在无机化学中比较实用的是鲍林(Pauling)近似能级图。

某元素只要根据其原子光谱中的谱线所对应的能量,就可以作出该元素原子的原子轨道能级图。

在图中每一个小圆圈代表一个原子轨道。每个小圆圈所在的位置的高低就表示这个轨道能量的高低(但并未按真实比例绘出)。图中还根据各轨道能量大小的相互接近情况,把原子轨道划分为若干个能级组(图中实线方框内各原子轨道的能量较接近,构成一个能级组)。“能级组”与元素周期表的周期是相对应的。

从图可以看出:

(1)各电子层能级相对高低为K<L<M<N<…;

(2)同一原子同一电子层内,对多电子原子来说电子间的相互作用造成同层能级的分裂。

(3)同一电子亚层内,各原子轨道能级相同。

(4)同一原子内,不同类型的亚层之间,有能级交错现象,例如:4s<3d<4p, 5s<4d<5p,6s<4f<5d<6p。 [1]

对于能级图,需要明确几点:

(1)它是从周期系中各元素原子轨道能级图中归纳出来的一般规律,不可能完全反映出每个元素的原子轨道能级的相对高低;所以只有近似意义。

(2)它原意是要反映同一原子内各原子轨道能织之间的相对高低。所以,不能用鲍林近似能级图来比较不同元素原子轨道能级的相对高低。

(3)经进一步研究发现,鲍林近似能级图实际上只反映同一原子外电子层中原子轨道能级的相对高低,而不一定能完全反映内电子层中原子轨道能级的相对高低。

(4)电子在某一轨道上的能量,实际上与原子序数(更本质地说与核电荷数)有关。核电荷数越多,对电子的吸引力越大,电子离核越近的结果使其所在轨道能量降得越低。 [1]

(1)核外电子填入轨道的顺序

核外电子的分布是客观事实,本来不存在人为地向核外原子轨道填入电子以及填充电子的先后次序问题,但这作为研究原子核外电子运动状态的一种科学假想,对了解原子电子层的结构,事实证明是有益的。

对多电子原子来说,由于紧靠核的电子层一般都布满了电子,所以其核外电子的分布宅要看外层电子是怎样分布的。前面已经提到,鲍林近似能级图能反映外电子层中原子轨道能级的相对高低,因此也就能反映核外电子填入轨道的最后顺序,

应用鲍林近似能级图,并根据能量最低原理,可以设计出核外电子填入轨道顺序图(图55)。有了核外电子填入轨道顺序图,再根据泡利不相容原理、洪特规则和能量最低原理,就可以准确无误地写出91种元素原子的核外电子分布式来。 [2]

(2)基态原子的价层电子构型

价电子所在的亚层统称价层。原子的价层电子构型是指价层的电子分布式,它能反映出该元素原子电子层结构的特征。但阶层中的电子并非一定全是价电子。在书写原子核外电子分布式寸,为简便起见,可用该元素前一周期的稀有气体的元素符号作为原子实(原子实是指原子中除去最高能级组以外的原子实体),代替相应电子分布部分。 [2]


相关文章推荐:
电子 |
相关词汇词典