核外电子的排布规律.docx
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核外电子的排布规律
核外电子的排布规律
一、能量最低原理
所谓能量最低原理是，原子核外的电子，总是尽先占有能量最低的原子轨道，只有当能量较低的原子轨道被占满后，电子才依次进入能量较高的轨道，以使原子处于能量最低的稳定状态。
原子轨道能量的高低为：
1．当n相同，l不同时，轨道的能量次序为s＜p＜d＜f。
例如，E3S＜E3P＜E3d。
2．当n不同，l相同时，n愈大，各相应的轨道能量愈高。
例如，E2S＜E3S＜E4S。
3．当n和l都不相同时，轨道能量有交错现象。
即（n－1）d轨道能量大于ns轨道的能量，（n-1）f轨道的能量大于np轨道的能量。
在同一周期中，各元素随着原子序数递增核外电子的填充次序为ns，（n－2）f，（n－1）d，np。
核外电子填充次序如图1所示。
图1电子填充的次序
图2多电子原子电子所处的能级示意图
最外层最多能容纳8电子,次外层最多能容纳18电子。
每个电子层最多容纳的电子数为2n2个（n为电子层数的数值）如:
各个电子层中电子的最大容纳量
电子层（n）
K
（1）
L
（2）
M（3）
?
N（4）?
电子亚层
s
s?
p?
s
p
d?
s
p
d
f
?
亚层中的轨道数
1?
?
1
?
3
1?
3
5
1
3
5
7
?
亚层中的电子数
?
2
?
2
?
6
2
6?
10
2
6
10
14
?
每个电子层中电子的最大容纳量（2n2）
?
2
?
8
18
32?
从表可以看出，每个电子层可能有的最多轨道数为n2，而每个轨道又只能容纳2个电子，因此，各电子层可能容纳的电子总数就是2n2。
二、鲍利（Pauli）不相容原理
鲍利不相容原理的内容是：
在同一原子中没有四个量子数完全相同的电子，或者说在同一原子中没有运动状态完全相同的电子。
例如，氦原子的1s轨道中有两个电子，描述其中一个原子中没有运动状态的一组量子数（n，l，m，ms）为1，0，0，+1/2，另一个电子的一组量子数必然是1，0，0，－1/2，即两个电子的其他状态相同但自旋方向相反。
根据鲍利不相容原理可以得出这样的结论，在每一个原子轨道中，最多只能容纳自旋方向相反的两个电子。
于是，不难推算出各电子层最多容纳的电子数为2n2个。
例如，n=2时，电子可以处于四个量子数不同组合的8种状态，即n=2时，最多可容纳8个电子，见下表。
n
2
2
2
2
2
2
2
2
l
0
0
1
1
1
1
1
1
m
0
0
0
0
+1
+1
－1
－1
ms
+1/2
－1/2
+1/2
－1/2
+1/2
－1/2
+1/2
－1/2
在等价轨道中，电子尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同，这就叫洪特规则。
洪特规则实际上是最低能量原理的补充。
因为两个电子同占一个轨道时，电子间的排斥作用会使体系能量升高，只有分占等价轨道，才有利于降低体系的能量。
例如，碳原子核外有6个电子，除了有2个电子分布在1s轨道，2个电子分布在2s轨道外，另外2个电子不是占1个2p轨道，而是以自旋相同的方向分占能量相同，但伸展方向不同的两个2p轨道。
碳原子核外6个电子的排布情况如下：
作为洪特规则的特例，等价轨道全充满，半充满或全空的状态是比较稳定的。
全充满、半充满和全空的结构分别表示如下：
全充满：
；半充满：
；全空：
。
用洪特规则可以解释为什么Cr原子的外层电子排布式为3d54s1而不是3d44s2，Cu原子的外层电子排布为3d104s1而不是3d94s2。
应该指出，核外电子排布的原理是从大量事实中概括出来的一般规律，绝大多数原子核外电子的实际排布与这些原理是一致的。
但是随着原子序数的增大，核外电子排布变得复杂，用核外电子排布的原理不能满意地解释某些实验的事实。
在学习中，我们首先应该尊重事实，不要拿原理去适应事实。
也不能因为原理不完善而全盘否定原理。
科学的任务是承认矛盾，不断地发展这些原理，使之更加趋于完善。
原子的最外层电子数为什么不超过8个?
次外层电子数为什么不超过18个?
。
由于能级交错的原因，End＞E（n+1）s。
当ns和np充满时（共4个轨道，最多容纳8个电子），多余电子不是填入nd，而是首先形成新电子层，填入（n＋1）s轨道中，因此最外层电子数不可能超过8个.。
同理可以解释为什么次外层电子数不超过18个。
若最外层是第n层，次外层就是第（n－1）层。
由于E（n-1）f＞E（n+1）s＞Enp，在第（n＋1）层出现前，次外层只有（n－1）s、（n－1）p、（n－1）d上有电子，这三个亚层共有9个轨道，最多可容纳18个电子，因此次外层电子数不超过18个。
例如，原子最外层是第五层，次外层就是第四层，由于E4f＞E6s＞E5p，当第六层出现之前，次外层（第四层）只有在4s、4p和4d轨道上有电子，这三个亚层共有9个轨道，最多可容纳18个电子，也就是次外层不超过18个电子.。
原子电子层结构及与元素基本性质的关系
1、随元素核电荷数递增，元素原子外层电子结构呈周期性变化，导致元素性质呈周期性的变化。
这就是元素周期律。
周期与能级组的关系
周期
能级组
能级组内各原子轨道
能级组内轨道所能容纳的电子数
各周期中元素
1
一
1s
2
2
2
二
2s2p
8
8
3
三
3s3p
8
8
4
四
4s3d4p
18
18
5
五
5s4d5p
18
18
6
六
6s4f5d6p
32
32
7
七
7s5f6d7p
32
32
（1）周期数==电子层数==最外电子层的主量子数=相应能级组数n。
（2）各周期元素的数目==相应能级组中原子轨道所能容纳的电子总数。
（3）主族元素所在族数=原子最外层电子数（ns+np电子数）=最高正价数。
副族ⅢB～ⅦB族数=（n-1）d+ns电子数；Ⅷ族（n-1）d+ns电子数为8，9，10；ⅠB、ⅡB族为（n-1）d10ns1和（n-1）d10ns2；零族的最外电子数为2或8。
（4）根据原子电子层结构特点，将周期表分为S区，P区（主族元素）；d区和ds区（过渡元素）；f区（内过渡元素）。
元素的分区
①s区元素，最外电子层结构是ns1和ns2，包括IA、IIA族元素。
②p区元素，最外电子层结构是ns2np1-6，从第ⅢA族到第0族元素。
③d区元素，电子层结构是（n-1）d1-9ns1-2,从第ⅢB族到第Ⅷ类元素。
④ds区元素，电子层结构是（n-1）d10ns1和（n-1）d10ns2，包括第IB、IIB族。
⑤f区元素，电子层结构是（n-2）f0-14（n-1）d0-2ns2，包括镧系和锕系元素。
2．元素基本性质变化的规律性
元素原子半径r电离能I及电负性X随原子结构呈周期性递变。
（1）同一周期从左至右，Z*逐渐增大r逐渐减小，I、χ逐渐增大，因而元素的金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。
长周期的过渡元素，其次外层电子数依次增多，Z*依次增加不大，性质递变较缓慢。
（2）同一族从上至下，主族元素Z*变化不大，电子层依次增多，r逐渐增大，I、和χ逐渐减小，因而元素金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱，副族元素从上到下，r增加不大，而Z*增大起了主导作用，除ⅢB族外，其它副族从上到下I逐渐增大，金属性逐渐减弱。
练习
1、画出锂、氧、钠原子的轨道表示式。
2、写出碳、氟、硫、钙、铜原子，镁离子、铁离子、Br-的电子排布式。
3、写出下列金属的元素符号、说明在表中位置、写出价电子层排布式：
钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、银、金、锌、汞。
铁1s22s22p63s23p63d64s2。
4．39号元素钇的电子排布应是下列各组中的哪一组？
A．1s22s22p63s23p63d104s24p64d15s2B．1s22s22p63s23p63d104s24p65s25p1
C．1s22s22p63s23p63d104s24p64f15s2D．1s22s22p63s23p63d104s24p65s25d1
A．外围电子构型为4d15s2
5．某元素位于周期表中36号元素之前，失去3个电子后，在角量子数为2的轨道上刚好半充满，该元素是什么？
A．铬?
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B．钌?
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C．砷?
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D．铁
D．铁。
Fe3+外围电子构型是3s23p63d5
6．下列元素中，哪一个元素外围电子构型中3d全满，4s半充满？
A．汞?
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B．银?
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C．铜?
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D．镍
C．3d全满为3d10，4s半满为4s1，具有外电子构型为3d104s1的元素是IB族铜。
7．外围电子构型为4f75d16s2的元素在周期表中应在什么位置？
A．第四周期ⅦB族?
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B．第五周期ⅢB族
C．第六周期ⅦB族?
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D．第六周期ⅢB族
D．第六周期ⅢB族，由于内层4f未填满，该元素必然是镧系元素钆。
8．下列四种元素的电子构型中，其电子构型的离子状态在水溶液中呈无色的是哪一种？
A．2，8，18，1?
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B．2，8，14，2
C．2，8，16，2?
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D．2，8，18，2
D．最外层具有2（s2），8（s2p6），18（s2p6d10）和18+2等稳定结构类型离子一般都没有颜色，因为在这些结构中，电子所处的状态比较稳定，一般可见光难以激发它们，因而不显颜色。
9．如果发现114号元素，该元素应属下列的哪一周期哪一族？
A．第八周期ⅢA族?
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B．第六周期ⅤA族
C．第七周期ⅣB族?
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D．第七周期ⅣA族
D．原子序数为114的元素，其电子层结构可能为（Rn）7s25f146d107p2，它属于第七周期第四主族。
10．第二周期各对元素的第一电离能大小次序如下，其错误的是哪一组？
A．Li＜Be?
?
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?
?
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?
?
B．B＜C?
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C．N＜O?
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D．F＜Ne
C．应N＞O。
周期表中同一周期电离能有些曲折变化。
按照洪特规则，等价轨道全满（p6，d10），半满（p3，d5）和全空（p0，d0）是相对稳定的。
在第二周期中，N有较高的第一电离能是因为N原子为p3半充满之故。
11．外层电子构型为3d54s1的元素是，T1+离子的价电子构型是____。
铬（半满）、T1+（铊）的价电子构型是6s2。
12．周期表中所有元素按原子结构的特征，可分为五大区，它们是
A．____，B．____，C．____，D．____，E．____。
A．s电子区；B．p电子区；C．d电子区；D．f电子区；（E）ds区。
13．如果第七周期是完全周期，其最终的稀有气体的电子层结构为____，其原子序数应为____。
第七周期稀有气体的电子层结构为：
[Rn]7s26d107p6，原子序数为118。
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