1樓:
一、原子核外電子排布的原理
處於穩定狀態的原子,核外電子將儘可能地按能量最低原理排布,另外,由於電子不可能都擠在一起,它們還要遵守保裡不相容原理和洪特規則,一般而言,在這三條規則的指導下,可以推匯出元素原子的核外電子排布情況,在中學階段要求的前36號元素裡,沒有例外的情況發生。
1.最低能量原理
電子在原子核外排布時,要儘可能使電子的能量最低。怎樣才能使電子的能量最低呢?比方說,我們站在地面上,不會覺得有什麼危險;如果我們站在20層樓的頂上,再往下看時我們心理感到害怕。
這是因為物體在越高處具有的勢能越高,物體總有從高處往低處的一種趨勢,就像自由落體一樣,我們從來沒有見過物體會自動從地面上升到空中,物體要從地面到空中,必須要有外加力的作用。電子本身就是一種物質,也具有同樣的性質,即它在一般情況下總想處於一種較為安全(或穩定)的一種狀態(基態),也就是能量最低時的狀態。當有外加作用時,電子也是可以吸收能量到能量較高的狀態(激發態),但是它總有時時刻刻想回到基態的趨勢。
一般來說,離核較近的電子具有較低的能量,隨著電子層數的增加,電子的能量越來越大;同一層中,各亞層的能量是按s、p、d、f的次序增高的。這兩種作用的總結果可以得出電子在原子核外排布時遵守下列次序:1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p……
2.保裡不相容原理
我們已經知道,一個電子的運動狀態要從4個方面來進行描述,即它所處的電子層、電子亞層、電子雲的伸展方向以及電子的自旋方向。在同一個原子中沒有也不可能有運動狀態完全相同的兩個電子存在,這就是保裡不相容原理所告訴大家的。根據這個規則,如果兩個電子處於同一軌道,那麼,這兩個電子的自旋方向必定相反。
也就是說,每一個軌道中只能容納兩個自旋方向相反的電子。這一點好像我們坐電梯,每個人相當於一個電子,每一個電梯相當於一個軌道,假設電梯足夠小,每一個電梯最多隻能同時供兩個人乘坐,而且乘坐時必須一個人頭朝上,另一個人倒立著(為了充分利用空間)。根據保裡不相容原理,我們得知:
s亞層只有1個軌道,可以容納兩個自旋相反的電子;p亞層有3個軌道,總共可以容納6個電子;f亞層有5個軌道,總共可以容納10個電子。我們還得知:第一電子層(k層)中只有1s亞層,最多容納兩個電子;第二電子層(l層)中包括2s和2p兩個亞層,總共可以容納8個電子;第3電子層(m層)中包括3s、3p、3d三個亞層,總共可以容納18個電子……第n層總共可以容納2n2個電子。
3.洪特規則
從光譜實驗結果總結出來的洪特規則有兩方面的含義:一是電子在原子核外排布時,將儘可能分佔不同的軌道,且自旋平行;洪特規則的第二個含義是對於同一個電子亞層,當電子排布處於
全滿(s2、p6、d10、f14)
半滿(s1、p3、d5、f7)
全空(s0、p0、d0、f0)時比較穩定。這類似於我們坐電梯的情況中,要麼電梯是空的,要麼電梯裡都有一個人,要麼電梯裡都擠滿了兩個人,大家都覺得比較均等,誰也不抱怨誰;如果有的電梯裡擠滿了兩個人,而有的電梯裡只有一個人,或有的電梯裡有一個人,而有的電梯裡沒有人,則必然有人產生抱怨情緒,我們稱之為不穩定狀態。
二、核外電子排布的方法
對於某元素原子的核外電子排布情況,先確定該原子的核外電子數(即原子序數、質子數、核電荷數),如24號元素鉻,其原子核外總共有24個電子,然後將這24個電子從能量最低的1s亞層依次往能量較高的亞層上排布,只有前面的亞層填滿後,才去填充後面的亞層,每一個亞層上最多能夠排布的電子數為:s亞層2個,p亞層6個,d亞層10個,f亞層14個。最外層電子到底怎樣排布,還要參考洪特規則,如24號元素鉻的24個核外電子依次排列為
1s22s22p63s23p64s23d4
根據洪特規則,d亞層處於半充滿時較為穩定,故其排布式應為:
1s22s22p63s23p64s13d5
最後,按照人們的習慣「每一個電子層不分隔開來」,改寫成
1s22s22p63s23p63d54s1
即可。三、核外電子排布在中學化學中的應用
1.原子的核外電子排布與軌道表示式、原子結構示意圖的關係:原子的核外電子排布式與軌道表示式描述的內容是完全相同的,相對而言,軌道表示式要更加詳細一些,它既能明確表示出原子的核外電子排布在哪些電子層、電子亞層上, 還能表示出這些電子是處於自旋相同還是自旋相反的狀態,而核外電子排布式不具備後一項功能。原子結構示意圖中可以看出電子在原子核外分層排布的情況,但它並沒有指明電子分佈在哪些亞層上,也沒有指明每個電子的自旋情況,其優點在於可以直接看出原子的核電荷數(或核外電子總數)。
2.原子的核外電子排布與元素週期律的關係
在原子裡,原子核位於整個原子的中心,電子在核外繞核作高速運動,因為電子在離核不同的區域中運動,我們可以看作電子是在核外分層排布的。按核外電子排布的3條原則將所有原子的核外電子排布在該原子核的周圍,發現核外電子排布遵守下列規律:原子核外的電子儘可能分佈在能量較低的電子層上(離核較近);若電子層數是n,這層的電子數目最多是2n2個;無論是第幾層,如果作為最外電子層時,那麼這層的電子數不能超過8個,如果作為倒數第二層(次外層),那麼這層的電子數便不能超過18個。
這一結果決定了元素原子核外電子排布的週期性變化規律,按最外層電子排布相同進行歸類,將週期表中同一列的元素劃分為一族;按核外電子排布的週期性變化來進行劃分週期
如第一週期中含有的元素種類數為2,是由1s1~2決定的
第二週期中含有的元素種類數為8,是由2s1~22p0~6決定的
第三週期中含有的元素種類數為8,是由3s1~23p0~6決定的
第四周期中元素的種類數為18,是由4s1~23d0~104p0~6決定的。
由此可見,元素原子核外電子排布的規律是元素週期表劃分的主要依據,是元素性質週期性變化的根本所在。對於同族元素而言,從上至下,隨著電子層數增加,原子半徑越來越大,原子核對最外層電子的吸引力越來越小,最外層電子越來越容易失去,即金屬性越來越強;對於同週期元素而言,隨著核電荷數的增加,原子核對外層電子的吸引力越來越強,使原子半徑逐漸減小,金屬性越來越差,非金屬性越來越強。
3.元素原子的核外電子排布與元素的化學性質
元素的化學性質直接決定於該元素原子的核外電子排布情況,如鹼金屬元素的最外層電子結構可表示為ns1,說明鹼金屬元素一般容易失去最外層的1個電子(價電子),變成正一價的陽離子,從而形成惰性氣體的穩定結構(此性質即強還原性);而鹵素的最外層電子結構可表示為ns2np5,說明鹵素在一般情況下很容易得到1個電子,變成負1價的陰離子,從而形成惰性氣體的穩定結構(此性質即強氧化性),當然,它們也可以失去最外層的價電子而呈現出+1、+3、+5、+7等價態。對於同一族元素而言,隨著電子層數的增加,金屬性越來越強,非金屬性越來越弱,這也取決於元素原子的核外電子排布情況。有了這些理論知識作指導(如下式所示),我們可以理解和推測元素的化學性質及其變化規律,從而大大減輕我們的記憶量。
2樓:那如此三四三天
大學原子物理,量子物理都有所介紹,不妨看一些參考書籍
電子的這些軌道都是人們為了解釋研究問題方便引入的,其實沒有真實的電子軌道,只不過是一種統計規律。
另外s p d等電子軌道也是能量的一種統計體現(能量守恆可能人人都知道),多了一下子也說不完,但我強烈建議把它看作一個物理問題,因為在量子物理與原子物理當中對這一問題解釋得很清楚(大學課程),中學化學也講結構決定性質,其實原來是沒有這麼細的分科的,扯遠了,呵呵
3樓:
是根據薛定諤的波函式ψ解出來的函式表示式,每一個表示式代表一種軌道。它還代有幾個引數:n l m ms.
:有s p d f--不同的軌道,在同n(即中學的k l m n o p電子層)情況下,它們分別代表不同能量狀態。
s 空間為圓形
p 空間為啞鈴形
d 為花瓣形。
exp:1s 2s 3s 4s ----
2p 3p 4p----
原子軌道理論
4樓:偃旗
至於分子軌道理論要點有以下三點:第一,原子形成分子後,電子就不再侷限於個別原子的原子軌道,而是從屬於整個分子的分子軌道。所以分子軌道強調分子的整體性,換句話說在形成分子之後我們考慮它們時就不能一個原子一個原子來孤立考慮,電子也要在其形成的分子軌道中來考慮,不能再用什麼原子外層電子排布什麼的來看了。
第二,分子軌道中電子的分佈也和原子中的電子分佈一樣,遵循泡利不相容原理(最多一個分子軌道兩個電子)、能量最低原理(按照排布之後能量要最低,以後你讀大學會學到反鍵軌道知識等等,那時你就知道為什麼要能量最低了)和洪特規則(一個軌道的電子要自旋相反,這和軌道的自旋量子數有關,以後《結構化學》中會學到)。在分子軌道中電子可以配對,也可以不配對(分子形成之後會有自旋的單電子存在,它們是不配對的,所有會有順磁和反磁的分子)。第三,分子軌道可以近似地通過原子軌道的線性組合而得到比如s軌道和s軌道組成σ分子軌道。
分子軌道的數目等於組合前各原子軌道數目之和。
sp:一個s軌道和一個p軌道進行雜化,混合後重新分成2個完全等價的軌道,直線型。剩下的兩個p軌道與該直線垂直,可用於成派鍵。
sp2:一個s軌道和兩個p軌道進行雜化,形成3個完全等價的軌道,處於平面正三角形。剩下的一個p軌道與該平面垂直,可用於成派鍵。
sp3:一個s軌道和三個p軌道進行雜化,形成四個完全等價的軌道,在空間成正四面體結構。
等性,指形成的雜化軌道分別與其它原子成鍵。
不等性,指形成的雜化軌道中有的放了孤對電子,沒有和其它原子成鍵。
如ch4是sp3等性雜化,nh3、h2o是sp3不等性雜化。
如bf3是sp2等性雜化,so2是sp2不等性雜化。
如becl2是sp等性雜化,co是sp不等性雜化。
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