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4p
Illi
3$
3p
LLU
3d
□2p
2&
图2多电子原子电子所处的能级示意图
最外层最多能容纳8电子,次外层最多能容纳18电子
ILI丨丨I丨1
5f
IIII1III
4f
2
每个电子层最多容纳的电子数为2n个(n为电子层数的数值)如:
各个电子层中电子的最大
电子层(n)
K⑴
L⑵
M⑶
N⑷
电子亚层
s
P
d
f
亚层中的轨道数
1
3
5
7
亚层中的电子数
6
10
14
容纳量
每个电子层中电子的最大容纳量(2n2)
8
18
32
KLMHOP
最多能容:
2318咒%72
(2x12)(2x"
)(2x32)(2x42)(2x52)(2x禺
从表可以看岀,每个电子层可能有的最多轨道数为n2,而每个轨道又只能容纳2个
电子,因此,各电子层可能容纳的电子总数就是2n2。
二、鲍利(Pauli)不相容原理
鲍利不相容原理的内容是:
在同一原子中没有四个量子数完全相同的电子,或者说在同一
原子中没有运动状态完全相同的电子。
例如,氦原子的1s轨道中有两个电子,描述其中一个原
子中没有运动状态的一组量子数(n,l,mms)为1,0,0,+1/2,另一个电子的一组量子数必然是1,0,0,—1/2,即两个电子的其他状态相同但自旋方向相反。
根据鲍利不相容原理可以得岀这样的结论,在每一个原子轨道中,最多只能容纳自旋方向相反的两个电子。
于是,不难推
算岀各电子层最多容纳的电子数为2n2个。
例如,n=2时,电子可以处于四个量子数不同组合的8
种状态,即n=2时,最多可容纳8个电子,见下表。
n
l
m
+1
+1
—1
ms
+1/2
—1/2
在等价轨道中,电子尽可能分占不同的轨道,且自旋方向相同,这就叫洪特规则。
洪特规则实际上是最低能量原理的补充。
因为两个电子同占一个轨道时,电子间的排斥作用
会使体系能量升高,只有分占等价轨道,才有利于降低体系的能量。
例如,碳原子核外有6个电
子,除了有2个电子分布在1s轨道,2个电子分布在2s轨道外,另外2个电子不是占1个2p轨道,而是以自旋相同的方向分占能量相同,但伸展方向不同的两个2p轨道。
碳原子核外6个电
子的排布情况如下:
QTjEBj匚111Lil卅2护2戸(电子推布此)
1t2s2p
作为洪特规则的特例,等价轨道全充满,半充满或全空的状态是比较稳定的。
全充满、半充满和全空的结构分别表示如下:
frjlOrl*»
弓加严*0汕j-0
全充满:
-山-;
半充满:
:
「一;
全空:
一J/O
用洪特规则可以解释为什么Cr原子的外层电子排布式为3d54s1而不是3d44s2,Cu原子的外层
电子排布为3d104s1而不是3d94s2o
应该指岀,核外电子排布的原理是从大量事实中概括岀来的一般规律,绝大多数原子核外电子的实际排布与这些原理是一致的。
但是随着原子序数的增大,核外电子排布变得复杂,用核外电子排布的原理不能满意地解释某些实验的事实。
在学习中,我们首先应该尊重事实,不要拿原理去适应事实。
也不能因为原理不完善而全盘否定原理。
科学的任务是承认矛盾,不断地发展这些原理,使之更加趋于完善。
原子的最外层电子数为什么不超过8个?
次外层电子数为什么不超过18个?
O
由于能级交错的原因,氐>En+i)s。
当ns和np充满时(共4个轨道,最多容纳8个电子),多
余电子不是填入nd,而是首先形成新电子层,填入(n+1)s轨道中,因此最外层电子数不可能超
过8个.o
同理可以解释为什么次外层电子数不超过18个。
若最外层是第n层,次外层就是第(n-1)
层。
由于E(n-1)f>E(n+1)s>Enp,在第(n+1)层岀现前,次外层只有(n—1)s、(n—1)p、(n—1)d上有
电子,这三个亚层共有9个轨道,最多可容纳18个电子,因此次外层电子数不超过18个。
例如,
原子最外层是第五层,次外层就是第四层,由于曰>Es>図,当第六层岀现之前,次外层(第四
层)只有在4s、4p和4d轨道上有电子,这三个亚层共有9个轨道,最多可容纳18个电子,也就
是次外层不超过18个电子.o
原子电子层结构及与元素基本性质的关系
1、随元素核电荷数递增,元素原子外层电子结构呈周期性变化,导致元素性质呈周期性的变化
这就是元素周期律。
周期与能级组的关系
周期
能级组
能级组内各原子轨道
能级组内轨道所能容纳的电子数
各周期中元素
-一一
1s
-二-
2s2p
三
3s3p
4
四
4s3d4p
五
5s4d5p
六
6s4f5d6p
七
7s5f6d7p
元素的分区
③d区元素,电子层结构是(n-1)d1-9ns1-2,从第皿B族到第忸类元素
练习
1、画岀锂、氧、钠原子的轨道表示式。
2、写出碳、氟、硫、钙、铜原子,镁离子、铁离子、Br-的电子排布式。
3、写出下列金属的元素符号、说明在表中位置、写出价电子层排布式:
钛、钒、铬、锰、铁、钻、镍、铜、银、金、锌、汞。
铁1s22s22p63s23p63d64s2
4.39号元素钇的电子排布应是下列各组中的哪一组?
2,2,6只2只610,2,6,,12
A.1s2s2p3s3p3d4s4p4d5sB
22626102612
C.1s2s2p3s3p3d4s4p4f5s
A.外围电子构型为4d15s2
D.铁。
Fe3+外围电子构型是3s23p63d5
6.下列元素中,哪一个元素外围电子构型中
3d全满,4s半充满?
D•镍
7•外围电子构型为
4f75d16s2的元素在周期表中应在什么位置?
A.第四周期叫B族
C.第六周期叫B族
B•第五周期皿B族
D•第六周期皿B族
D.第六周期皿B族,由于内层4f未填满,该元素必然是镧系元素钆。
8•下列四种元素的电子构型中,其电子构型的离子状态在水溶液中呈无色的是哪一种?
A.2,8,18,1B.2,8,14,
C.2,8,16,2D.2,8,18,
D.最外层具有2(S2),8(s2p6),18(s2p6d10)和18+2等稳定结构类型离子一般都没有颜色,因为在这些结构中,电子所处的状态比较稳定,一般可见光难以激发它们,因而不显颜色。
9•如果发现114号元素,该元素应属下列的哪一周期哪一族?
A.第八周期皿a族
C.第七周期WB族
B•第六周期Va族
D•第七周期Wa族
214102
D.原子序数为114的元素,其电子层结构可能为(Rn)7s5f6d7p,它属于第七周期第四
主族。
10•第二周期各对元素的第一电离能大小次序如下,其错误的是哪一组?
11
A.LivBe
C.应N>
0。
周期表中同一周期电离能有些曲折变化。
按照洪特规则,等价轨道全满(P6,
d10),半满(p3,d5)和全空(p0,d0)是相对稳定的。
在第二周期中,N有较高的第一电离能是
因为N原子为p3半充满之故。
12•外层电子构型为3d54s1的元素是,T1+离子的价电子构型是
铬(半满)、T1+(铊)的价电子构型是6s2。
13•周期表中所有元素按原子结构的特征,可分为五大区,它们是
A.,B.,C.,D.,E.。
A.s电子区;
B.p电子区;
C.d电子区;
D.f电子区;
(E)ds区。
14•如果第七周期是完全周期,其最终的稀有气体的电子层结构为,其原子序数应为
118
第七周期稀有气体的电子层结构为:
[Rn]7s26d107p6,原子序数为
(1)周期数==电子层数==最外电子层的主量子数=相应能级组数n
(2)各周期元素的数目==相应能级组中原子轨道所能容纳的电子总数。
(3)主族元素所在族数=原子最外层电子数(ns+np电子数)=最高正价数。
副族皿B〜%B族数=(n-1)d+ns电子数;
忸族(n-1)d+ns电子数为8,9,10;
IB、HB族为(n-1)d10ns12
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