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核外电子排布
★★★★★核外电子排布的原则
(1 泡利不相容原理
(2 能量最低原理
(3 洪特规则
【泡利不相容原理】
根据光谱实验和周期率,泡利(W.Pauli)提出了著名的泡利不相容原理:在一个原子中,不可能有四个量子数完全相同的两个电子。因此,在一个轨道中,最多可容纳两个自旋方向相反的电子。
由此可以计算出电子层的最大容量。下表列出了1~4电子层中电子的最大容量以及主层、亚层、轨道与量子数的关系。
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【能量最低原理】
核外电子在各轨道上的分布应使原子处于能量最底的状态。
多电子原子在基态时,核外电子总是尽可能分布到能量最低的轨道,这称为能量最低原理。
【洪特规则】
n、l相同的轨道,即同一亚层上的各个轨道叫做等价轨道,亦称为简并轨道。
电子分布到能量相同的等价轨道时,将尽可能地分占不同的轨道且自旋平行。
洪特规则应用举例
25Mn原子的电子排布式为 : 1s22s22p63s23p63d54s2
3d5 ×
√
★★——全充满、半充满规则(洪特规则的特例)
在等价轨道上(n, l相同的亚层),处于全充满(p6、d10、f14)半充满(p3、d5、f7)或全空(p0、d0、f0)的状态时,体系能量较低,状态较稳定。
示例:24Cr 3d54s1 而不是: 3d44s2
42Mo 4d55s1 而不是: 4d45s2
29Cu 3d104s1 而不是: 3d94s2
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▲上述几条分布规律主要是由实验归纳而得,有助于我们掌握、推测大多数元素原子的的核外电子分布状况。
倘有个别原子例外,其电子排布并不符合上述规律。
例如,41Nb是4d45s1 而不是4d35s2
44Ru是4d75s1 而不是4d65s2
各元素原子中电子分布的实际情况,最终只能由光谱等实验来确定。
【原子轨道能级的顺序】
为了掌握多电子原子的核外电子排布规律,必须了解各种原子轨道的能级高低。对于多电子原子,每个电子不仅受到原子核的吸引,还受到同原子内其它电子的排斥。这两种作用的相对大小,决定了原子轨道的能级高低。其中,原子核对电子的吸引作用主要取决于核电荷数的大小和电子离核的远近距离;而多电子原子内电子间的相互作用,通常归结为屏蔽效应和钻穿效应。