处于稳定状态的原子,核外电子服从一定的分布的原则,在原子核外进行具有一定的规律性的分布。核外电子将尽可能地按能量最低原理排布,同时还要遵守泡利不相容原理和洪特规则。尽管对于原子核外的电子排布有不同的模型,但是轨道模型的电子排布还是很成功、很方便的解释了许多物理、化学等学科问题,具有重要的作用。
电子排布是表示原子核外电子排布的图式之一。有七个电子层,分别用1、2、3、4、5、6、7等数字表示K、L、M、N、O、P、Q等电子层,用s、p、d、f等符号分别表示各电子亚层,并在这些符号右上角用数字表示各亚层上电子的数目。如氧原子的电子排布式为1s22s22p4。迄今为止,只发现了7个电子层!
1、表征电子在原子核外排布状态的四个参数:
电子层 | n | 主量子数 |
电子亚层 | i | 角量子数 |
电子云的伸展方向 | m | 磁量子数 |
电子自旋 | ms | 自旋量子数 |
2、电子在排布规则
s电子亚层有1个轨道,p有3个,d有5个,f有7个。
电子在原子核外排布时遵守下列次序:1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d……
3、每个轨道电子个数
在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全相同的两个电子存在,这就是泡利不相容原理所告诉大家的。根据这个规则,如果两个电子处于同一轨道,那么,这两个电子的自旋方向必定相反。也就是说,每一个轨道中最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。根据泡利不相容原理,我们得知:s亚层只有1个轨道,最多可以容纳两个自旋相反的电子;p亚层有3个轨道,最多可以容纳6个电子;d亚层有5个轨道,最多可以容纳10个电子;f亚层有7个轨道,最多可以容纳14个电子。我们还得知:第一电子层(K层)中只有1s亚层,最多容纳两个电子;第二电子层(L层)中包括2s和2p两个亚层,总共可以容纳8个电子;第3电子层(M层)中包括3s、3p、3d三个亚层,总共可以容纳18个电子……第n层总共可以容纳2n2个电子。
对于某元素原子的核外电子排布情况,先确定该原子的核外电子数(即原子序数、质子数、核电荷数),如24号元素铬,其原子核外总共有24个电子,然后将这24个电子从能量最低的1s亚层依次往能量较高的亚层上排布,只有前面的亚层填满后,才去填充后面的亚层,每一个亚层上最多能够排布的电子数为:s亚层2个,p亚层6个,d亚层10个,f亚层14个。
最外层电子到底怎样排布,还要参考洪特规则,如24号元素铬的24个核外电子依次排列为
1s22s22p63s23p64s23d4
根据洪特规则,d亚层处于半充满时较为稳定,故其排布式应为:
1s22s22p63s23p64s13d5
最后,按照人们的习惯“每一个电子层不分隔开来”,改写成
1s22s22p63s23p63d54s1即可。
4、排布规律
(1)泡利不相容原理:每个轨道最多只能容纳两个电子,且自旋相反配对
(2)能量最低原理:电子尽可能占据能量最低的轨道
(3)洪特规则:简并轨道(能级相同的轨道)只有被电子逐一自旋平行地占据后,才能容纳第二个电子
另外:等价轨道在全充满、半充满或全空的状态是比较稳定的,亦即下列电子结构是比较稳定的:
全充满---p6或d10或f14
半充满----p3或d5或f7
全空-----p0或d0或f0
还有少数元素(如某些原子序数较大的过渡元素和镧系、锕系中的某些元素)的电子排布更为复杂,既不符合鲍林能级图的排布顺序,也不符合全充满、半充满及全空的规律。而这些元素的核外电子排布是由光谱实验结果得出的,我们应该尊重光谱实验事实。
对于核外电子排布规律,只要掌握一般规律,注意少数例外即可。