巖土工程師備考資料：多電子原子的能級(jí)

　　多電子原子的能級(jí)

　　(一)屏蔽效應(yīng)：在多電子原子中其余電子抵消核電荷對(duì)指定電子的作用叫做屏蔽效應(yīng)。

　　屏蔽效應(yīng)規(guī)律：(1)外層電子對(duì)內(nèi)層電子不起屏蔽作用(2)同層電子互相間也有屏蔽作用，但小于內(nèi)層對(duì)外層(3)離核越近的電子對(duì)外層電子屏蔽效應(yīng)越大。

　　—般地說：(1)當(dāng)n不同，L相同時(shí)，n越大，能量越高，如：E(1s)

　　(2)當(dāng)n相同，L不同時(shí)，L越大，能量則越高，例如：E(3s)

　　(二)鉆穿效應(yīng)：

　　在多電子原子中，每個(gè)電子既對(duì)其他電子起屏蔽作用，又被其他電子所屏蔽;某個(gè)電子被屏蔽的多少，除與其他電子的數(shù)目和狀態(tài)有關(guān)外，也與該電子本身所處的狀態(tài)(n和L)有關(guān)，特別是與該電子在核附近出現(xiàn)的幾率大小有關(guān)，一般來說，在原子核附近出現(xiàn)幾率較大的電子，可以較多地回避其他電子的屏蔽作用，直接受到較大有效核電荷的吸引，因而能量較低，在原子核附近出現(xiàn)幾率較小的電子，被屏蔽得較多，因而能量較高，這種由于外層電子鉆到內(nèi)層，使它更靠近原子核，更易回避其他電子的屏蔽，因而能量更低的現(xiàn)象，叫做電子的鉆穿效應(yīng)。所以總的看來，ns、np、，nd各電子分層離核的平均距離都差不多，但由于它們的電子云徑向分布的特點(diǎn)各不相同，因而ns電子在離核更近的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的總幾率要比np電子大，nd,nf則更少些，所以鉆穿效應(yīng)強(qiáng)的順序?yàn)椋簄s>np>nd>nf

　　而它們的能級(jí)則正好相反。

　　鉆穿效應(yīng)不僅能解釋n相同，L不同時(shí)軌道能量的高低，而且可解釋n和L都不相同時(shí)，有的軌道發(fā)生的能級(jí)次序交錯(cuò)現(xiàn)象。

　　如：E4s3d4p，E5s4d5p, E6s4f5d6p

　　象這種主量子數(shù)較大的某些亞層能量，反而比主量子數(shù)較小的某些亞層能量低的現(xiàn)象，叫做能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象。

　　4、核外電子排布原理和電子排布

　　電子排布的“三原理”，這三個(gè)基本原理是能量最低原理，保里不相容原理和洪特規(guī)則。

　　(一)能量最低原理：就是電子在原子軌道上的分布，要盡可能的使電子的能量為最低，這就是說，電子首先填充l s軌道，然后接近似能級(jí)圖的次序向較高能級(jí)填充。

　　(二)保里不相容原理：每個(gè)原子軌道至多只能容納兩個(gè)電子，而且這兩個(gè)電子自旋方向必須相反，或者是說，在同一個(gè)原子中，不可能有兩個(gè)電子處于完全相同的狀態(tài)，即描寫原子中電子所處狀態(tài)的四個(gè)量子數(shù)(n，L，m，ms)不可能有兩個(gè)電子具有一組完全相同的數(shù)值。

　　(三)洪特規(guī)則：

　　在能量相等的軌道(也稱等價(jià)軌道或簡(jiǎn)并軌道)如3個(gè)p軌道，5個(gè)d軌道，7個(gè)f軌道上分布的電子，將盡可能分占不同的軌道，而且自旋的方向相同。

　　例1 氮(N)原子中3個(gè)p電子是分布在3個(gè)p軌道上，并具有相同的自旋方向作為洪特規(guī)則的特例，等價(jià)軌道全充滿，半充滿或全空的狀態(tài)一般比較穩(wěn)定，也就是說，具有下列電子層結(jié)構(gòu)的原子是比較穩(wěn)定的。

　　全充滿：p6、d10、f14，半充滿：p3、d5、f7，全空：p0、d0、f0

　　(四)核外電子排布：在確定電子層結(jié)構(gòu)中，有些特殊情況要注意：

　　K、Ca原子，E 3d>E4s，因此電子先填充4s，然后再填充到3d上去，再排4p。同樣，后面的能級(jí)圖，也應(yīng)先排能量低的如5 s一4d一5p，6s一4f一5d一6p。

　　K，19： 1s22s22p63s23p64s1

　　另外，兩個(gè)特殊的：Cu：29，1s22s22p63s23p63d104s1

　　Cr：24, 1s22s22p63s23p63d54s1

　　(五)元素周期表的劃分

　　(1)周期：元素所在的周期數(shù)等于該元素原子的電子層數(shù)，即第1周期元素原子有一個(gè)電子層，主量子數(shù)n=1，第3周期有三個(gè)電子層，最外層主量子數(shù)n=3，因此，這種關(guān)系表示為：周期數(shù)=最外電子層的主量子數(shù)n。

　　另外：各周期元素的數(shù)目等于相應(yīng)能級(jí)組中原子軌道所容納的電子數(shù)。

　　例2

　　周期數(shù) 元素?cái)?shù)目 相應(yīng)能級(jí)組中原子軌道 電子最大容量

　　1 2 1 s 2

　　2 8 2 s2p 8

　　3 8 3s3p 8

　　4 18 4s3d4p 18

　　5 18 5 s4d5p 18

　　6 32 6s4f5d6p 32

　　7 20 7 s5f6d7p 未滿

　　(2)族：

　　主族元素的族數(shù)=原子最外電子層的電子數(shù)(ns+np)主族元素最高氧化數(shù)恰好等于原子最外電子層上的電子數(shù)目。

　　副族元素的族數(shù)=(n-1)d+ns的電子數(shù)

　　(3) 區(qū)的劃分：

　　s區(qū)：最外電子層結(jié)構(gòu)是s1和s2，包括I A族堿金屬和ⅡA族堿土金屬。

　　p區(qū)：包括電子層結(jié)構(gòu)從 s2p1 —s2p6的元素，即ⅢA一ⅦA主族元素，0族元素。

　　d區(qū)：本區(qū)元素的電子層結(jié)構(gòu)最外層ns的電子數(shù)為1到2個(gè)，次外層d軌道上

　　電子數(shù)在l～9之間，包括ⅢB族到Ⅷ族元素，d區(qū)元素又可稱為過渡元素。

　　ds 區(qū)：電子層結(jié)構(gòu)是d10 s1和d10s2，包括I B族到ⅡB族元素。

　　f區(qū)：本區(qū)元素的差別在倒數(shù)第三層(n一2)f軌道上電子數(shù)不同，由于最外兩

　　層電子數(shù)基本相同，故它們的化學(xué)性質(zhì)非常相似，包括鑭系元素和錒系元素。

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