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化學(xué)原子軌道,怎么理解原子軌道的概念

  • 化學(xué)
  • 2023-05-17
目錄
  • 化學(xué)中原子軌道的描述
  • 原子軌道的概念
  • Cu原子軌道數(shù)怎么算
  • 原子軌道定義高中
  • 怎么理解原子軌道的概念

  • 化學(xué)中原子軌道的描述

    n是主顫稿瞎量子數(shù) 表示電子所在亞層 n=4表示在N亞層l是角量子數(shù) 表示電子所在軌道l=3表示在d軌道m(xù)是磁量子數(shù) 表示電子在軌道的具體位置 m=2 表示在d軌道敬粗的第三個(gè)茄空軌道上所以可得應(yīng)是4d

    原子軌道的概念

    “軌道”便是指在波函數(shù)界定下,電子在原子核外空間出現(xiàn)幾率較大的區(qū)域。波函數(shù)的模的平方|Ψ|2值表示單位體積內(nèi)電子在核外空間某處出現(xiàn)的幾率,電子云實(shí)際上就是|Ψ|2在空間的分布。

    研究電子云的空間分布主要包括它的徑向分布和角度分布兩個(gè)方面。徑向分布探求電子出現(xiàn)的幾率大小和離核遠(yuǎn)近的關(guān)系,被看作在半徑為r,厚度為dr的薄球殼內(nèi)電子出現(xiàn)的幾率。

    電告搭逗子云作為電子在核外空間出現(xiàn)概率密度分布的一種形象描述,原子核位于中心,小黑點(diǎn)的密疏表示核外電子概率密度的大小。

    擴(kuò)展資料:

    電子排布相關(guān)規(guī)律:

    在電子的振動(dòng)圖案中,對(duì)應(yīng)于一種振動(dòng)的能量空間的每一點(diǎn)上的幾率密度,代表電子在該點(diǎn)的或然率,在距離原子很遠(yuǎn)的地方,幾率密度為零,這意味著非常不可能在那里找到電子,在非常鄰近核的區(qū)域,電子出現(xiàn)的幾率也為零,則說(shuō)明電子無(wú)法到達(dá)此區(qū)域。

    電子依據(jù)“能級(jí)交錯(cuò)”后的能級(jí)順序順序和“能量最低原理”、“泡襪賣(mài)利不相容原理”和“洪德規(guī)則”三個(gè)規(guī)則進(jìn)行。另枝隱外,雖然電子先進(jìn)入4s軌道,后進(jìn)入3d軌道(能級(jí)交錯(cuò)的順序),但在書(shū)寫(xiě)時(shí)仍然按1s∣2s,2p∣3s,3p,3d∣4s的順序進(jìn)行。

    參考資料來(lái)源:-電子云

    參考資料來(lái)源:-原子軌道

    Cu原子軌道數(shù)怎么算

    原子軌道 百科名片部分原子軌道的角度分布波函數(shù)圖像定義 原子軌道(Atomic orbital)是單電子薛定諤方程的合理解ψ(x,y,z)。若用球坐標(biāo)來(lái)描述這組解,即ψ(r,θ,φ)<=>R(r)·Y(θ,φ),這里R(r)是與徑向分布有關(guān)的函數(shù),稱(chēng)為徑向分布函數(shù),用圖形描述就是原子軌道的徑向分布函數(shù);Y(θ,φ)是與角度分布有關(guān)的函數(shù),用圖形描述就是角度分布函數(shù)目錄層次 能層(電子層) 能級(jí)(電子亞層) 軌道 自旋電子排布 綜述 能量最低原理 泡利不相容原理 洪德規(guī)則(Hund's rule) 電子排布式層次 能層(電子層) 能級(jí)(電子亞層) 軌道 自旋電子排布 綜述 能量最低原理 泡利不相容原理 洪德規(guī)則(Hund's rule) 電子排布式展開(kāi)編輯本段層次能層(電子層)參見(jiàn)“腔弊電子層” 原子核外運(yùn)動(dòng)的電子繞核運(yùn)動(dòng)會(huì)受到原子核的吸引,他們運(yùn)動(dòng)能量上的差異可用他們運(yùn)動(dòng)軌道離核的遠(yuǎn)近表現(xiàn)出來(lái)。具有動(dòng)量較大的電子在離核越遠(yuǎn)的地方運(yùn)動(dòng),而動(dòng)量較小的則在離核較近的地方運(yùn)動(dòng)。但是電子繞核運(yùn)動(dòng)與人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)不同。人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量是連續(xù)變凱搜化的,由于能量的消耗,它的軌道會(huì)逐漸接近地球。但原子的能量是量子化的,原子核外電子運(yùn)動(dòng)的軌道是不連續(xù)的,他們可以分成好幾層,這樣的層,稱(chēng)為“電子層”,也稱(chēng)“能層”[1]。 氫原子光譜的巴爾默系氫原子線(xiàn)狀光譜(右圖,巴爾默線(xiàn)系)的事實(shí)可以證明電子層的存在。根據(jù)經(jīng)典電磁學(xué)理論,繞核高速旋轉(zhuǎn)的電子將不斷從原子發(fā)射連續(xù)的電磁波,但從圖中可以發(fā)現(xiàn),氫原子的光譜圖像是分立的,這與經(jīng)典電磁學(xué)的推算結(jié)果矛盾,之后,玻爾提出了電子層的概念,成功推導(dǎo)出了描述氫原子光譜的里德伯公式(σ=R'×[(n^-2)-(m^-2)])將里德伯常量R'與,普朗克常數(shù)聯(lián)系在一起,電子層的存在從此得到了公認(rèn)[2]。 通常情況下,氫原子的電子在離核最近的電子層上運(yùn)動(dòng),這時(shí)并不放出能量,此時(shí)的電子所處的狀態(tài)稱(chēng)為“基態(tài)”。當(dāng)氫原子從外界獲得能量(如灼熱、放電、輻射能等),它的電子可以遷躍到離核較遠(yuǎn)的電子層上,此時(shí)的電子所處的狀態(tài)稱(chēng)為“激發(fā)態(tài)”。當(dāng)電子從離核較遠(yuǎn)的電子層遷躍回能量相對(duì)更低也離核更近的電子層時(shí),就會(huì)以光的形式放出能量。光的頻率ν和兩電子層的能量差∣E2-E1∣有下列關(guān)系[3]: hv=∣E2-E1∣ 其中,h為普朗克常數(shù)(6.62×10^-27爾格·秒) 因?yàn)殡娮訉邮遣贿B續(xù)的所以電子遷躍放出的能量也是不連續(xù)的(量子化的),這種不連續(xù)的能量在光譜上的反映就是線(xiàn)狀光譜。 在現(xiàn)代量子力學(xué)模型中,描述電子層的量子數(shù)稱(chēng)為主量子數(shù)(principal quantum number)或量子數(shù)n,n的取值為正整數(shù)1、2、3、4、5、6、7,對(duì)應(yīng)符號(hào)為K、L、M、N、O、P、Q。對(duì)氫原子來(lái)說(shuō),n一定,其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的能量一定。一般而言:n越大,電子層的能量越高。 每個(gè)電子層所容納的電子個(gè)數(shù)有限,為2n^2個(gè),但當(dāng)一個(gè)電子層是原子的最外層時(shí),它至多只能容納8個(gè)電子,次外層最多容納18個(gè)[4]。主量子數(shù)1 2 3 4 5 6 7 電子層KL M N O P Q 0族電子數(shù)2 2,8 2,8,8 2,8,18,8 2,8,18,18,8 2,8,18,32,18,8 暫無(wú)如果一個(gè)電子在激發(fā)態(tài),一個(gè)有著恰當(dāng)能量的光子能夠使得該電子受激輻射,釋放出一個(gè)擁有相同能量的光子,其前提就是電子返回低能級(jí)所釋放出來(lái)的能量必須要與與之作用的光子的能量一致。此時(shí),受激釋放的光子與原光子像同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng),也就是說(shuō)這兩個(gè)光子的波是同步的。利用這個(gè)原理,人們?cè)O(shè)計(jì)出了激光,它是可以產(chǎn)生頻率很窄的光的光源。 在越來(lái)越多的光譜實(shí)驗(yàn)中,人們發(fā)現(xiàn),電子在兩個(gè)相鄰電子層之間發(fā)生遷躍時(shí),會(huì)出現(xiàn)多條相近的譜線(xiàn),這表明,同一電子層中還存在著能量的差別,這種差別,就被稱(chēng)為“電子亞層”,也叫“能級(jí)”。 能級(jí)(電子亞層)如果用更加精細(xì)的光譜儀觀(guān)察氫原子光譜,就會(huì)發(fā)盯圓歷現(xiàn),原來(lái)的整條譜線(xiàn)又有裂分,這意味著量子化的兩電子層之間存在著更為精細(xì)的“層次”,這被稱(chēng)為“能級(jí)”,每一電子層都原子軌道能級(jí)圖由一個(gè)或多個(gè)能級(jí)組成,同一能級(jí)的能量相同。 描述能級(jí)的量子數(shù)稱(chēng)為角量子數(shù)(angular quantum number)用“l(fā)”表示。對(duì)于每一個(gè)電子層對(duì)應(yīng)的主量子數(shù)n,l的取值可以是0、1、2、n-1,也就是說(shuō),總共有n個(gè)能級(jí),因?yàn)榈谝浑娮訉覭的n=1,所以它只有一個(gè)能級(jí),而n=2的L層就有兩個(gè)能級(jí),表現(xiàn)在光譜上就是兩條非常相近的譜線(xiàn)。 從第一到第七周期的所有元素中,人們共發(fā)現(xiàn)4個(gè)能級(jí),分別命名為s,p,d,f。從理論上說(shuō),在第八周期將會(huì)出現(xiàn)第五個(gè)能級(jí)。主量子數(shù)n1 23 4 電子層 K L M N 角量子數(shù)(l)取值 0 0,1 0,1,2 0,1,2,3 能級(jí)符號(hào) 1s 2s,2p 3s,3p,3d 4s,4p,4d,4f 能級(jí)分裂 s,p,d,f能級(jí)的能量有大小之分,這種現(xiàn)象稱(chēng)為“屏蔽效應(yīng)”,屏蔽效應(yīng)產(chǎn)生的主要原因是核外電子間靜電力的相互排斥,減弱了原子核對(duì)電子的吸引:s能級(jí)的電子排斥p能級(jí)的電子,把p電子“推”離原子核,p、d、f之間也有類(lèi)似情況 總的屏蔽順序?yàn)?ns>np>nd>nf 因?yàn)殡x核越遠(yuǎn),能量越大,所以能量順序與屏蔽順序成反比 能量順序?yàn)?ns 同一電子層之間有電子的相互作用,不同電子層之間也有相互作用,這種相互作用稱(chēng)為“鉆穿效應(yīng)”,其原理較為復(fù)雜,鉆穿效應(yīng)的直接結(jié)果就是上一電子層的d能級(jí)的能量高于下一電子層s的能量。即,d層和s層發(fā)生交錯(cuò),f層與d層和s層都會(huì)發(fā)生交錯(cuò)。 我國(guó)化學(xué)家徐光憲提出了一條能級(jí)計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)定律:能級(jí)的能量近似等于n+0.7l。 美國(guó)著名化學(xué)家萊納斯·鮑林也通過(guò)計(jì)算給出了一份近似能級(jí)圖(見(jiàn)右圖)這幅圖近似描述了各個(gè)能級(jí)的能量大小,有著廣泛的應(yīng)用[5]。 軌道在外部磁場(chǎng)存在的情況下,許多原子譜線(xiàn)還是發(fā)生了更細(xì)的分裂,這個(gè)現(xiàn)象被叫做塞曼效應(yīng)(因電場(chǎng)而產(chǎn)生的裂分被稱(chēng)為斯塔克效應(yīng)),這種分裂在無(wú)磁場(chǎng)和電場(chǎng)時(shí)不存在,說(shuō)明,電子在同一能級(jí)雖然能量相同,但運(yùn)動(dòng)方向不同,因而會(huì)受到方向不同的洛倫茲力的作用。這些電子運(yùn)動(dòng) 描述軌道的量子數(shù)稱(chēng)為磁量子數(shù)(magnetic quantum number)符號(hào)“m”,對(duì)于每一個(gè)確定的能級(jí)(電子亞層),m有一個(gè)確定的值,這個(gè)值與電子層無(wú)關(guān)(任何電子層內(nèi)的能級(jí)的軌道數(shù)相同)能級(jí)s p d f 磁量子數(shù) 1 3 5 7 軌道數(shù) 1 3 5 7 軌道的形狀可以根據(jù)薛定諤方程球座標(biāo)的Y(θ,φ)推算,s能級(jí)為一個(gè)簡(jiǎn)單的球形軌道。p能級(jí)軌道為啞鈴形,分別占據(jù)空間直角坐標(biāo)系的x,y,z軸,即有三個(gè)不同方向的軌道。d的軌道較為復(fù)雜,f能級(jí)的七個(gè)軌道更為復(fù)雜。所有軌道的角度分布波函數(shù)圖像參見(jiàn)a gallery of atomic orbitals and molecular orbitals[6]. 自旋高分辨光譜事實(shí)揭示核外電子還存在著一種奇特的量子化運(yùn)動(dòng),人們稱(chēng)其為自旋運(yùn)動(dòng),用自旋磁量子數(shù)(spin m.q.n)表示,每個(gè)軌道最多可以容納兩個(gè)自旋相反的電子。記做“↑↓”但需要指出,這里的自旋和地球的自轉(zhuǎn)不同,自旋的實(shí)質(zhì)還是一個(gè)等待發(fā)現(xiàn)的未解之謎[4]。 原子核也可以存在凈自旋。由于熱平衡,通常這些原子核都是隨機(jī)朝向的。但對(duì)于一些特定元素,例如氙-129,一部分核自旋也是可能被極化的,這個(gè)狀態(tài)被叫做超極化,在核磁共振成像中有很重要的應(yīng)用。 編輯本段電子排布綜述電子在原子軌道的運(yùn)動(dòng)遵循三個(gè)基本定理:能量最低原理、泡利不相容原理、洪德定則。 能量最低原理能量最低原理的意思是:核外電子在運(yùn)動(dòng)時(shí),總是優(yōu)先占據(jù)能量更低的軌道,使整個(gè)體系處于能量最低的狀態(tài)。 泡利不相容原理物理學(xué)家泡利在總結(jié)了眾多事實(shí)的基礎(chǔ)上提出:不可能有完全相同的兩個(gè)費(fèi)米子同時(shí)擁有樣的量子物理態(tài)。泡利不相容原理應(yīng)用在電子排布上,可表述為:同一軌道上最原子軌道多容納兩個(gè)自旋相反的電子。該原理有兩個(gè)推論: ①若兩電子處于同一軌道,其自旋方向一定不同; ②若兩個(gè)電子自旋相同,它們一定不在同一軌道; ③每個(gè)軌道最多容納兩個(gè)電子。 洪德規(guī)則(Hund's rule)洪德在總結(jié)大量光譜和電離勢(shì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提出:電子在簡(jiǎn)并軌道上排布時(shí),將盡可能分占不同的軌道,且自旋平行[5]。對(duì)于同一個(gè)電子亞層,當(dāng)電子排布處于 全滿(mǎn)(s^2、p^6、d^10、f^14) 半滿(mǎn)(s^1、p^3、d^5、f^7) 全空(s^0、p^0、d^0、f^0) 時(shí)比較穩(wěn)定。 電子排布式最初人們只是用電子結(jié)構(gòu)示意圖來(lái)表示原子的微觀(guān)結(jié)構(gòu),但電子結(jié)構(gòu)示意圖只能表示出原子的電子層而不能表示出能級(jí)和軌道,電子排布式由此誕生。 電子排布式的表示方法為:用能級(jí)符號(hào)前的數(shù)字表示該能級(jí)所處的電子層,能級(jí)符號(hào)后的指數(shù)表示該能級(jí)的電子數(shù),電子依據(jù)“能級(jí)交錯(cuò)”后的能級(jí)順序順序和“能量最低原理”、“泡利不相容原理”和“洪德規(guī)則”三個(gè)規(guī)則進(jìn)行進(jìn)行。另外,雖然電子先進(jìn)入4s軌道,后進(jìn)入3d軌道(能級(jí)交錯(cuò)的順序),但在書(shū)寫(xiě)時(shí)仍然按1s ∣ 2s,2p ∣ 3s,3p,3d ∣ 4s的順序進(jìn)行。 示例 H:1s^1 F:1s^2 ∣ 2s^2,2p^5 S:1s^2 ∣ 2s^2,2p^6 ∣ 3s^2,3p^4 Cr:1s^2 ∣ 2s^2,2p^6 ∣ 3s^2,3p^6,3d^5 ∣ 4s^1 (注意加粗?jǐn)?shù)字,是3d^5,4s^1而不是3d^4,4s^2,因?yàn)閐軌道上,5個(gè)電子是半充滿(mǎn)狀態(tài),這里體現(xiàn)了洪德規(guī)則)。 簡(jiǎn)化電子排布式 為了書(shū)寫(xiě)方便,通常還會(huì)將電子排布式進(jìn)行簡(jiǎn)化,用稀有氣體結(jié)構(gòu)代替已經(jīng)充滿(mǎn)的電子層 示例 Cr:1s^2 ∣ 2s^2,2p^6 ∣ 3s^2,3p^6,3d^5 ∣ 4s^1 簡(jiǎn)化后:[Ar]3d^5 ∣ 4s^1 簡(jiǎn)化后剩下的電子排布部分是價(jià)電子,會(huì)參與化學(xué)反應(yīng),在元素周期表中有標(biāo)示。

    原子軌道定義高中

    嚴(yán)格說(shuō)來(lái)不能說(shuō)軌道,應(yīng)說(shuō)是亞層

    只有指明電子層數(shù)時(shí)才說(shuō)軌道,如1s 2p 軌道

    s亞層是角量子數(shù)L為1的軌道,能容納一對(duì)自選相反的電子

    p亞層是角量子數(shù)為2的軌道,能容納三對(duì)自選相反的電子

    d亞層是角量子數(shù)為3的軌道,能容納五對(duì)自選相反的電子

    往下f,g亞層以此類(lèi)推,容納2L+1個(gè)電子

    在多電子的原子中,我們根據(jù)電子自身能量的高低,將其排布在不同的電子層中,電子層用n表示,n的取值范圍是正整數(shù),即n=1,2,3,4,5......電子的n值越大,代表電子的能量越高。

    而同一電子層中的電子的能量還不完全相同,為了區(qū)別這些能量不同的電子,我們將其排入不同的亞層,亞層根據(jù)能量的高低可用s、p、d、f、g......表示,每個(gè)電子層的亞層數(shù)等于電子層的序數(shù)。如:

    n=1,只有一個(gè)s亞層

    n=2,有s、p兩個(gè)亞層

    n=3,有s、p、d三個(gè)亞層

    依此類(lèi)推

    一個(gè)電子層中的每個(gè)亞層稱(chēng)作一個(gè)能級(jí)。

    每個(gè)亞層的形狀各不相同,亞層的形狀在空間有不同的伸展方向,s、p、d、f亞層分別有1、3、5、7個(gè)伸展方向,每個(gè)伸展方向叫做一個(gè)軌道?;\統(tǒng)來(lái)說(shuō),s亞層的軌道可簡(jiǎn)稱(chēng)為s軌道,p亞層的軌道可簡(jiǎn)稱(chēng)為p軌道唯頃敏,d亞層的軌道可簡(jiǎn)稱(chēng)為d軌道。要是準(zhǔn)確描述軌道,需要將電子層和亞層結(jié)合一起,如:1s,2s,2p,3s,3p,3d等等。

    原子有核外電子,電子要排在軌道上;

    總的說(shuō)來(lái),核外電子層分K、L、M、N、O、P,

    可是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)指枝,在這每一層上,又有很多能量不同的區(qū)域,即電子亞層;

    這種電子亞層有四種,分別用字母s,p,d,f來(lái)表示;

    電子亞層,其實(shí)你就可以理解為電子軌道群,

    每個(gè)亞層上都有若干個(gè)軌道,

    s亞層有1個(gè)軌道,p亞層有3個(gè)軌道,d亞層有5個(gè)軌道,f亞層有7個(gè)軌道,

    有了這些軌道,電子才能裝進(jìn)去,每個(gè)軌道上能容納2個(gè)自旋方乎橘向相反的電子(意思就是說(shuō),這兩個(gè)電子旋轉(zhuǎn)方向不一樣)。

    那么我再給你找些實(shí)用的資料,以后對(duì)你會(huì)很有用的:

    ①K層只有s亞層,簡(jiǎn)稱(chēng)為1s;L層有s,p兩個(gè)亞層,簡(jiǎn)稱(chēng)為2s,2p;M層有s,p,d三個(gè)亞層,簡(jiǎn)稱(chēng)為3s,3p,3d;等等。

    ②由于亞層的存在,使同一個(gè)電子層中電子能量出現(xiàn)不同,甚至出現(xiàn)低電子層的高亞層能量大于高電子層的低亞層,各亞層能量由低到高排列如下:

    1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,4f,5d,6p,7s,5f....... 補(bǔ)充一點(diǎn):根據(jù)能量最低原理,電子通??偸窍忍畛淠芰康偷膩唽樱ǘ诉@個(gè)你就知道為什么有時(shí)第三層,就是M層有時(shí)沒(méi)有填滿(mǎn),電子就去添下一層N層了吧,如鈣,3s和3p都填滿(mǎn)了,但是沒(méi)填3d,就去填4s)

    ③:如果你想更了解關(guān)于電子亞層的知識(shí),可以再了解一下:能量最低原理,洪特原理,保里不相容原理,洪特特例,如下:一、原子核外電子排布的原理處于穩(wěn)定狀態(tài)的原子,核外電子將盡可能地按能量最低原理排布,另外,由于電子不可能都擠在一起,它們還要遵守保里不相容原理和洪特規(guī)則,一般而言,在這三條規(guī)則的指導(dǎo)下,可以推導(dǎo)出元素原子的核外電子排布情況,在中學(xué)階段要求的前36號(hào)元素里,沒(méi)有例外的情況發(fā)生。 1.最低能量原理電子在原子核外排布時(shí),要盡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(shuō),我們站在地面上,不會(huì)覺(jué)得有什么危險(xiǎn);如果我們站在20層樓的頂上,再往下看時(shí)我們心理感到害怕。這是因?yàn)槲矬w在越高處具有的勢(shì)能越高,物體總有從高處往低處的一種趨勢(shì),就像自由落體一樣,我們從來(lái)沒(méi)有見(jiàn)過(guò)物體會(huì)自動(dòng)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(zhì),也具有同樣的性質(zhì),即它在一般情況下總想處于一種較為安全(或穩(wěn)定)的一種狀態(tài)(基態(tài)),也就是能量最低時(shí)的狀態(tài)。當(dāng)有外加作用時(shí),電子也是可以吸收能量到能量較高的狀態(tài)(激發(fā)態(tài)),但是它總有時(shí)時(shí)刻刻想回到基態(tài)的趨勢(shì)。一般來(lái)說(shuō),離核較近的電子具有較低的能量,隨著電子層數(shù)的增加,電子的能量越來(lái)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(jié)果可以得出電子在原子核外排布時(shí)遵守下列次序:1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p…… 2.保里不相容原理我們已經(jīng)知道,一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)要從4個(gè)方面來(lái)進(jìn)行描述,即它所處的電子層、電子亞層、電子云的伸展方向以及電子的自旋方向。在同一個(gè)原子中沒(méi)有也不可能有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的兩個(gè)電子存在,這就是保里不相容原理所告訴大家的。根據(jù)這個(gè)規(guī)則,如果兩個(gè)電子處于同一軌道,那么,這兩個(gè)電子的自旋方向必定相反。也就是說(shuō),每一個(gè)軌道中只能容納兩個(gè)自旋方向相反的電子。這一點(diǎn)好像我們坐電梯,每個(gè)人相當(dāng)于一個(gè)電子,每一個(gè)電梯相當(dāng)于一個(gè)軌道,假設(shè)電梯足夠小,每一個(gè)電梯最多只能同時(shí)供兩個(gè)人乘坐,而且乘坐時(shí)必須一個(gè)人頭朝上,另一個(gè)人倒立著(為了充分利用空間)。根據(jù)保里不相容原理,我們得知:s亞層只有1個(gè)軌道,可以容納兩個(gè)自旋相反的電子;p亞層有3個(gè)軌道,總共可以容納6個(gè)電子;f亞層有5個(gè)軌道,總共可以容納10個(gè)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(gè)電子;第二電子層(L層)中包括2s和2p兩個(gè)亞層,總共可以容納8個(gè)電子;第3電子層(M層)中包括3s、3p、3d三個(gè)亞層,總共可以容納18個(gè)電子……第n層總共可以容納2n2個(gè)電子。 3.洪特規(guī)則從光譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出來(lái)的洪特規(guī)則有兩方面的含義:一是電子在原子核外排布時(shí),將盡可能分占不同的軌道,且自旋平行;洪特規(guī)則的第二個(gè)含義是對(duì)于同一個(gè)電子亞層,當(dāng)電子排布處于全滿(mǎn)(s2、p6、d10、f14)半滿(mǎn)(s1、p3、d5、f7)全空(s0、p0、d0、f0)時(shí)比較穩(wěn)定。這類(lèi)似于我們坐電梯的情況中,要么電梯是空的,要么電梯里都有一個(gè)人,要么電梯里都擠滿(mǎn)了兩個(gè)人,大家都覺(jué)得比較均等,誰(shuí)也不抱怨誰(shuí);如果有的電梯里擠滿(mǎn)了兩個(gè)人,而有的電梯里只有一個(gè)人,或有的電梯里有一個(gè)人,而有的電梯里沒(méi)有人,則必然有人產(chǎn)生抱怨情緒,我們稱(chēng)之為不穩(wěn)定狀態(tài)。二、核外電子排布的方法對(duì)于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(shù)(即原子序數(shù)、質(zhì)子數(shù)、核電荷數(shù)),如24號(hào)元素鉻,其原子核外總共有24個(gè)電子,然后將這24個(gè)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(mǎn)后,才去填充后面的亞層,每一個(gè)亞層上最多能夠排布的電子數(shù)為:s亞層2個(gè),p亞層6個(gè),d亞層10個(gè),f亞層14個(gè)。最外層電子到底怎樣排布,還要參考洪特規(guī)則,如24號(hào)元素鉻的24個(gè)核外電子依次排列為 1s22s22p63s23p64s23d4根據(jù)洪特規(guī)則,d亞層處于半充滿(mǎn)時(shí)較為穩(wěn)定,故其排布式應(yīng)為:1s22s22p63s23p64s13d5 最后,按照人們的習(xí)慣“每一個(gè)電子層不分隔開(kāi)來(lái)”,改寫(xiě)成1s22s22p63s23p63d54s1即可。三、核外電子排布在中學(xué)化學(xué)中的應(yīng)用 1.原子的核外電子排布與軌道表示式、原子結(jié)構(gòu)示意圖的關(guān)系:原子的核外電子排布式與軌道表示式描述的內(nèi)容是完全相同的,相對(duì)而言,軌道表示式要更加詳細(xì)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于自旋相同還是自旋相反的狀態(tài),而核外電子排布式不具備后一項(xiàng)功能。原子結(jié)構(gòu)示意圖中可以看出電子在原子核外分層排布的情況,但它并沒(méi)有指明電子分布在哪些亞層上,也沒(méi)有指明每個(gè)電子的自旋情況,其優(yōu)點(diǎn)在于可以直接看出原子的核電荷數(shù)(或核外電子總數(shù))。 2.原子的核外電子排布與元素周期律的關(guān)系在原子里,原子核位于整個(gè)原子的中心,電子在核外繞核作高速運(yùn)動(dòng),因?yàn)殡娮釉陔x核不同的區(qū)域中運(yùn)動(dòng),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?chē)?,發(fā)現(xiàn)核外電子排布遵守下列規(guī)律:原子核外的電子盡可能分布在能量較低的電子層上(離核較近);若電子層數(shù)是n,這層的電子數(shù)目最多是2n2個(gè);無(wú)論是第幾層,如果作為最外電子層時(shí),那么這層的電子數(shù)不能超過(guò)8個(gè),如果作為倒數(shù)第二層(次外層),那么這層的電子數(shù)便不能超過(guò)18個(gè)。這一結(jié)果決定了元素原子核外電子排布的周期性變化規(guī)律,按最外層電子排布相同進(jìn)行歸類(lèi),將周期表中同一列的元素劃分為一族;按核外電子排布的周期性變化來(lái)進(jìn)行劃分周期如第一周期中含有的元素種類(lèi)數(shù)為2,是由1s1~2決定的第二周期中含有的元素種類(lèi)數(shù)為8,是由2s1~22p0~6決定的第三周期中含有的元素種類(lèi)數(shù)為8,是由3s1~23p0~6決定的第四周期中元素的種類(lèi)數(shù)為18,是由4s1~23d0~104p0~6決定的。由此可見(jiàn),元素原子核外電子排布的規(guī)律是元素周期表劃分的主要依據(jù),是元素性質(zhì)周期性變化的根本所在。對(duì)于同族元素而言,從上至下,隨著電子層數(shù)增加,原子半徑越來(lái)越大,原子核對(duì)最外層電子的吸引力越來(lái)越小,最外層電子越來(lái)越容易失去,即金屬性越來(lái)越強(qiáng);對(duì)于同周期元素而言,隨著核電荷數(shù)的增加,原子核對(duì)外層電子的吸引力越來(lái)越強(qiáng),使原子半徑逐漸減小,金屬性越來(lái)越差,非金屬性越來(lái)越強(qiáng)。 3.元素原子的核外電子排布與元素的化學(xué)性質(zhì)元素的化學(xué)性質(zhì)直接決定于該元素原子的核外電子排布情況,如堿金屬元素的最外層電子結(jié)構(gòu)可表示為ns1,說(shuō)明堿金屬元素一般容易失去最外層的1個(gè)電子(價(jià)電子),變成正一價(jià)的陽(yáng)離子,從而形成惰性氣體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)(此性質(zhì)即強(qiáng)還原性);而鹵素的最外層電子結(jié)構(gòu)可表示為ns2np5,說(shuō)明鹵素在一般情況下很容易得到1個(gè)電子,變成負(fù)1價(jià)的陰離子,從而形成惰性氣體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)(此性質(zhì)即強(qiáng)氧化性),當(dāng)然,它們也可以失去最外層的價(jià)電子而呈現(xiàn)出+1、+3、+5、+7等價(jià)態(tài)。對(duì)于同一族元素而言,隨著電子層數(shù)的增加,金屬性越來(lái)越強(qiáng),非金屬性越來(lái)越弱,這也取決于元素原子的核外電子排布情況。有了這些理論知識(shí)作指導(dǎo)(如下式所示),我們可以理解和推測(cè)元素的化學(xué)性質(zhì)及其變化規(guī)律,從而大大減輕我們的記憶量。

    怎么理解原子軌道的概念

    原子軌道(Atomicorbital)是單電子薛定諤方程的合理解ψ(x,y,z)。若用球坐標(biāo)來(lái)描述這組解,即ψ(r,θ,φ)<=>R(r)·Y(θ,φ),這里R(r)是與徑向分布有關(guān)的函數(shù),稱(chēng)為徑向分布函數(shù),用圖形描述爛謹(jǐn)就是原子軌道的徑向分布函數(shù);Y(θ,φ)是與角度分布有關(guān)的函數(shù),用圖形描述饑姿基就是角度分布函數(shù).

    用通俗點(diǎn)的語(yǔ)言回答就是:電子由于在原子核外做量子化的不連續(xù)運(yùn)動(dòng),所以沒(méi)有像人造衛(wèi)星繞地球轉(zhuǎn)那樣的確定運(yùn)行軌道,所以電子饒核運(yùn)動(dòng)的軌道得用量子力學(xué)來(lái)描述,其量子力學(xué)描述就如上段所講.通俗講的話(huà)就是若以點(diǎn)來(lái)表示電子在某一時(shí)刻的空間位置的話(huà),那冊(cè)鋒處于某一能量狀態(tài)的原子軌道的圖象就如下圖所表示的一樣,點(diǎn)密集的地方電子出現(xiàn)的概率大,點(diǎn)稀疏的地方電子的出現(xiàn)概率就小,下圖就是表示電子在原子軌道中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的最直接方式。

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