一、电子云与原子轨道概念:
1、电子云:现代量子力学指出,不可能像描述宏观运动物体那样,确定一定状态的核外电子在某时刻处于原子核外空间何处,而只能确定它在核外各处出现的概率,核外电子的概率分布图看起来像一片云雾,因而被形象地称为电子云。
(1)电子云表示电子在核外空间某处出现的几率,不代表电子的运动轨迹。(2)电子云图中小黑点的疏密表示电子出现几率的多少。
2、原子轨道:为了描绘电子云的形状,人们常把电子云中电子出现几率约为90%的空间圈出来,把这种电子云轮廓图称为原子轨道。
(1)不同的能级的电子原子轨道形状是不同的,如s电子的原子轨道是球型的,p电子的原子轨道是纺锤形的。
(2)不同能层的同种能级的电子原子轨道形状相似,只是半径不同,能层序数n越大,原子轨道的半径越大。
(3)s能级只有1个原子轨道,p能级有3个相互垂直的原子轨道,分别以px、py、pz表示。
二、原子轨道能量高低的判断:
不同的原子轨道其能量是有差别的,这主要与能层和能级有关系。(1)在每一能层中,不同原子轨道的能量顺序按能级符号顺序ns、np、nd、nf……依次升高。
(2)不同能层中,能级符号相同的,n越大,能量越高,如1s<2s<3s<4s<……
(3)相同能级的不同原子轨道,能量相同,如2px=2py=2pz等。
(4)不同能层、不同能级的电子原子轨道的能量高低按照构造原理能量依次升高,即
1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f<5d<6p<7s……三、原子轨道与电子填充顺序:
基态原子核外电子排布遵循下列原理:
1、能量最低原理:原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态,简称能量最低原理。核外电子总是尽先占有能量最低的轨道,只有邓能量最低的轨道占满后,电子才依次进入能量较高的轨道。
2、泡利原理:1个原子轨道里最多容纳2个电子,而且自旋方向相反(用“↑↓”表示),或者说,在同一个原子中,不可能有2个处于完全相同状态的原子,这个原理是由泡利首先提出的,称为泡利原理。在同一个原子轨道里点子的自旋方向是不同的,自旋只有2种方向:顺时针方向和逆时针方向。
3、洪特规则:当电子排布在同一能级的不同轨道时,总是优先单独占据一个轨道。而且自旋方向相同,这个规则是由洪特首先提出的,称为洪特规则。
(1)在能量相同的轨道上分布的电子,将尽可能分占不同轨道,而且自旋方向相同。如碳原子的2个p电子的排布:应该是:↑↑而不是:↑↓
再如:氮原子的3个p电子也是分布在3个p轨道上,并且自旋相同。
↑↑↑
(2)等价轨道全充满、半充满、或全空的状态一般比较稳定,也就是说,具有下列电子层结构的原子是比较稳定的:
全充满:p6,d10,f14 半充满:p3,d5,f7 全空:p0,d0,f0 例如:24Cr:[Ar]3d54s1(稳定)而不是:3d44s2
10192
29Cu:[Ar]3d4s(稳定)而不是3d4s 四、原子核外电子排布的表示方法:
1、原子结构示意图:表示原子的核电荷数和核外电子排布的图示。圆圈表示原子核,圈内数字表示质子数目,“+”表示质子带正电荷,弧线表示电子层,弧线上的数字表示该层上的电子数。这种方法只能粗略的表示原子的电子层结构情况,电子层数、最外层电子数等信息。
2、电子排布式:用数字在能级符号右上角表明该能级上排布的电子数。电子排布时按照构造原理、洪特规则等进行,在书写时应将同一层的电子写在一起,如:26Fe 按能量由低到高排列为1s22s22p63s23p64s23d6,然后将同层的排在一起即该原子的电子排布式: 1s22s22p63s23p63d64s2。
为了避免电子排布式书写过长,通常把内层电子已达稀有气体元素电子结构的部分写成原子实,即以相应稀有气体元素符号外加方括号表示:如26Fe的电子排布式也可写为:[Ar] 3d64s2。
3、轨道表示式:是用方框和箭头表明核外电子排布的式子。每一个方框表示一个轨道,能量相同的轨道连在一起。与电子排布式相比,它具有轨道上自旋方向和在成键时电子变化明晰的特点,但是稍微麻烦些。书写时先写元素符号,再根据能量最低原理、泡利原理、洪特规则等书写。如:
15P
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↑↑
1s 2s 2p 3s 3p
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