原子结构示意图规则

汽车新闻 2020-03-12200未知admin

  原子结构示意图规则 一、原子核外电子排布的原理 处于稳定状态的原子,核外电子将尽可能地按能量最低原理排布,另外,由于电 子不可能都挤在一起,它们还要遵守保里不相容原理和洪特规则,一般而言,在 这规则的指导下,可以推导出元素原子的核外电子排布情况,在中学阶段要 求的前 36 元素里,没有例外的情况发生。 1.最低能量原理 电子在原子核外排布时,要尽可能使电子的能量最低。怎样才能使电子的能量最 低呢?比方说,我们站在地面上,不会觉得有什么;如果我们站在 20 层楼 的顶上, 再往下看时我们心理感到害怕。 这是因为物体在越高处具有的势能越高, 物体总有从高处往低处的一种趋势,就像落体一样,我们从来没有见过物体 会自动从地面上升到空中,物体要从地面到空中,必须要有外加力的作用。电子 本身就是一种物质,也具有同样的性质,即它在一般情况下总想处于一种较为安 全(或稳定)的一种状态(基态),也就是能量最低时的状态。当有外加作用时, 电子也是可以吸收能量到能量较高的状态(激发态),但是它总有想回 到基态的趋势。一般来说,离核较近的电子具有较低的能量,随着电子层数的增 加,电子的能量越来越大;同一层中,各亚层的能量是按 s、p、d、f 的次序增 高的。这两种作用的总结果可以得出电子在原子核外排布时遵守下列次序:1s、 2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p…… 2.保里不相容原理 我们已经知道,一个电子的运动状态要从 4 个方面来进行描述,即它所处的电子 层、电子亚层、电子云的伸展方向以及电子的自旋方向。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, 这就是保里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,每一个轨道中只能容纳两个自旋方向相反的电子。这一点 好像我们坐电梯,每个人相当于一个电子,每一个电梯相当于一个轨道,假设电 梯足够小,每一个电梯最多只能同时供两个人乘坐,而且乘坐时必须一个人头朝 上,另一个人倒立着(为了充分利用空间)。根据保里不相容原理,我们得知: s 亚层只有 1 个轨道,可以容纳两个自旋相反的电子;p 亚层有 3 个轨道,总共 可以容纳 6 个电子;f 亚层有 5 个轨道,总共可以容纳 10 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; 3 电子层 第 (M 层) 中包括 3s、 3p、 三个亚层, 3d 总共可以容纳 18 个电子……第 n 层总共可以容纳 2n2 个电子。 3.洪特规则 从光谱实验结果总结出来的洪特规则有两方面的含义: 一是电子在原子核外排布 时,将尽可能分占不同的轨道,且自旋平行;洪特规则的第二个含义是对于同一 个电子亚层,当电子排布处于 全满(s2、p6、d10、f14) 半满(s1、p3、d5、f7) 全空(s0、p0、d0、f0)时比较稳定。这类似于我们坐电梯的情况中,要么电梯 是空的,要么电梯里都有一个人,要么电梯里都挤满了两个人,大家都觉得比较 均等, 谁也不抱怨谁; 如果有的电梯里挤满了两个人, 而有的电梯里只有一个人, 或有的电梯里有一个人,而有的电梯里没有人,则必然有人产生抱怨情绪,我们 称之为不稳定状态。 二、核外电子排布的方法 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 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 元素铬的 24 个核外电子依次排列为 1s22s22p63s23ps23d4 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: 1s22s22p63s23ps13d5 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。 三、核外电子排布在中学化学中的应用 1.原子的核外电子排布与轨道表示式、原子结构示意图的关系:原子的核外电 子排布式与轨道表示式描述的内容是完全相同的,相对而言,轨道表示式要更加 详细一些,它既能明确表示出原子的核外电子排布在哪些电子层、电子亚层上, 还能表示出这些电子是处于自旋相同还是自旋相反的状态, 而核外电子排布式不 具备后一项功能。原子结构示意图中可以看出电子在原子核外分层排布的情况, 但它并没有指明电子分布在哪些亚层上,也没有指明每个电子的自旋情况,其优 点在于可以直接看出原子的核电荷数(或核外电子总数)。 2.原子的核外电子排布与元素周期律的关系 在原子里,原子核位于整个原子的中心,电子在核外绕核作高速运动,因为电子 在离核不同的区域中运动,我们可以看作电子是在核外分层排布的。按核外电子 排布的 3 条原则将所有原子的核外电子排布在该原子核的周围, 发现核外电子排 布遵守下列规律:原子核外的电子尽可能分布在能量较低的电子层上(离核较 近);若电子层数是 n,这层的电子数目最多是 2n2 个;无论是第几层,如果作 为最外电子层时,那么这层的电子数不能超过 8 个,如果作为倒数第二层(次外 层),那么这层的电子数便不能超过 18 个。这一结果决定了元素原子核外电子 排布的周期性变化规律,按最外层电子排布相同进行归类,将周期表中同一列的 元素划分为一族;按核外电子排布的周期性变化来进行划分周期 如第一周期中含有的元素种类数为 2,是由 1s1~2 决定的 第二周期中含有的元素种类数为 8,是由 2s1~22p0~6 决定的 第三周期中含有的元素种类数为 8,是由 3s1~23p0~6 决定的 第四周期中元素的种类数为 18,是由 4s1~23d0~104p0~6 决定的。 由此可见,元素原子核外电子排布的规律是元素周期表划分的主要依据,是元素 性质周期性变化的根本所在。 对于同族元素而言, 从上至下, 随着电子层数增加, 原子半径越来越大,原子核对最外层电子的吸引力越来越小,最外层电子越来越 容易失去,即金属性越来越强;对于同周期元素而言,随着核电荷数的增加,原 子核对外层电子的吸引力越来越强,使原子半径逐渐减小,金属性越来越差,非 金属性越来越强 总的说 排布规则: 1,也是最重要的,能量最低原理。所有原则的电子排布应使该原子的能量最低。 2,洪特规则。 3,泡利不相容原理。同一个原子不存在 4 嗰量子数相同的电子。 4,经验公式。根据 n+0.7l 的大小来排。小的在前大的在后。n 为主量子数。K 层为 1,L 层为 2……类推。l 为副量子数。s 亚层为 1,p 亚层为 2……类推。 5,。“每层排 2nn 嗰,最外层不超过 8 嗰,次外层不超过 18 嗰……”

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