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原子核外电子排布规律

原子核外电子排布规律 

①能量最低原理:

电子层划分为K

②每个电子层最多只能容纳2n2个电子。

 

③ 最外层最多只能容纳 8个电子(K层为最外层时不能超过2个)    次外层最多只能容纳18个电子(K层为次外层时不能超过2个    倒数第三层最多只能容纳32个电子 注意:

多条规律必须同时兼顾。

   

简单例子的结构特点:

 

(1)离子的电子排布:

主族元素阳离子跟上一周期稀有气体的电子层排布相同,如钠离子、镁离子、铝离子和氖的核外电子排布是相同的。

 

   阴离子更同一周期稀有气体的电子排布相同:

负氧离子,氟离子和氖的核外电子排布是相同的。

 

(2)等电子粒子(注意主要元素在周期表中的相对位置) 

  ①10电子粒子:

CH4、N3、NH2、NH3、NH4、O

2、OH、H2O、H3O、F、HF、Ne、Na、Mg2、Al3等。

 

  ②18电子粒子:

SiH4、P3、PH3、S2、HS、H2S、Cl、HCl、Ar、K、Ca2、PH4等。

     特殊情况:

F2、H2O2、C2H6、CH3OH 

  ③核外电子总数及质子总数均相同的阳离子有:

Na、NH4、H3O等;阴离子有:

F、OH、NH2;         HS、Cl等。

 

前18号元素原子结构的特殊性:

 

(1)原子核中无中子的原子:

11H  

(2)最外层有1个电子的元素:

H、 Li、Na;最外层有2个电子的元素:

Be、Mg、He (3)最外层电子总数等于次外层电子数的元素:

Be、Ar 

(4)最外层电子数等于次外层电子数2倍的元素:

C ;是次外层电子数3倍的元素:

O ;是次外层电子数4倍的元素:

Ne  

(5)最外层电子数是内层电子数一半的元素:

Li、P 

(6)电子层数与最外层电子数相等的元素:

H、Be、Al 

(7)电子总数为最外层电子数2倍的元素:

Be 

(8)次外层电子数是最外层电子数2倍的元素:

Li、Si  

元素周期表的规律:

 

(1)最外层电子数大于或等于3而又小于8的元素一定是主族元素,最外层电子数为1或2的元素可能是主族、副族或0族元素,最外层电子数为8的元素是稀有气体(He例外) 

(2)在元素周期表中,同周期的ⅡA、ⅢA族元素的原子序数差别有:

①第2、3周期(短周期)元素原子序数都相差1;

②第4、5周期相差11;

③第6、7周期相差25 

(3)同主族、邻周期元素的原子序数差 

     ①位于过渡元素左侧的主族元素,即ⅠA、ⅡA族,同主族、邻周期元素原子序数之差为下一周期元素所在周期所含元素总数;相差的数分别为2,8,8,18,18,32  

 ②位于过渡元素左侧的主族元素,即ⅢA~ⅦA族,同主族、邻周期元素原子序数之差为下一周期元素所在周期所含元素种数。

例如,氯和溴的原子序数之差为35-17=18(溴所在第四周期所含元素的种数)。

相差的数分别为8,18,18,32,32. 

③同主族非县令的原子序数差为上述连续数的加和,如H和Cs的原子序数为2+8+8+18+18=54 

(4)元素周期表中除Ⅷ族元素之外,原子序数为奇数(偶数)的元素,所属所在族的序数及主要化合价也为奇数(偶数)。

如:

氯元素的原子序数为17,而其化合价有-1、+1、+3、 +5、+7 ,最外层有7个电子,氯元素位于ⅦA族;硫元素的原子序数为16,而其化合价有-2、+4、+6价,最外层有6个电子,硫元素位于ⅥA族。

 

(5)元素周期表中金属盒非金属元素之间有一分界线,分界线右上方的元素为非金属元素,分界线左下方的元素为非金属元素(H除外),分界线两边的元素一般既有金属性也有非金属性。

每周期的最右边金属的族序数与周期序数相等,如:

Al为第三周期ⅢA族。

  

元素周期律:

 

(1)原子半径的变化规律:

同周期主族元素自左向右,原子半径逐渐增大;同主族元素自上而下,原子半径逐渐增大。

 

(2)元素化合价的变化规律:

同周期自左向右,最高正价:

+1~+7,最高正价=主族序数(O、F除外),负价由-4~-1,非金属负价=-(8-族序数) 

(3)元素的金属性:

同周期自左向右逐渐减弱;同主族自上而下逐渐增强。

 

(4)元素的非金属性:

同周期制作仙游逐渐增强;同主族自上而下逐渐减弱。

 

(5)最高价化合物对应水化物的酸、碱性:

同周期自左向右酸性逐渐增强,碱性逐渐减弱;同主族自上而下酸性逐渐减弱,碱性逐渐增强。

 

(6)非金属气态氢化物的形成难以、稳定性:

同周期自左向右形成由难到易,稳定性逐渐增强;同主族自上而下形成由易到难,稳定性逐渐减弱。

  

原子核外电子按照轨道式排布时遵守下列次序:

1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f<5d<6p<7s<5f<6d<7p 规律总结:

s有1个轨道,最多容纳2个电子           

p有3个轨道,最多容纳6个电子           

d有5个轨道,最多容纳10个电子           

f 有7个轨道,最多容纳14个电子 

每一个轨道可以容纳两个自选方向相反的电子 s

原子核外电子排布规律   

  1、泡利不相容原理:

每个轨道最多只能容纳两个电子,且自旋相反配对    

2、能量最低原理:

电子尽可能占据能量最低的轨道  

  3、洪特规则:

简并轨道(能级相同的轨道)只有被电子逐一自旋平行地占据后,才能容纳第二个电子 

  另外:

等价轨道在全充满、半充满或全空的状态是比较稳定的,亦即下列电子结构是比较稳定的:

 

  全充满---p6或d10 或f14   半充满----p3或d5或f7   全空-----p0 或d0或 f0 

  还有少数元素(如某些原子序数较大的过渡元素和镧系、锕系中的某些元素)的电子排布更为复杂,既不符合鲍林能级图的排布顺序,也不符合全充满、半充满及全空的规律。

而这些元素的核外电子排布是由光谱实验结构得出的,我们应该尊重光谱实验事实。

   对于核外电子排布规律,只要掌握一般规律,注意少数例外即可。

 

  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,在这三条规则的指导下,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号元素里,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,不会觉得有什么危险;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,就像自由落体一样,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),但是它总有时时刻刻想回到基态的趋势。

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;第3电子层(M层)中包括3s、3p、3d三个亚层,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号元素铬,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号元素铬的24个核外电子依次排列为    1s22s22p63s23p64s23d4  

  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:

    1s22s22p63s23p64s13d5  

  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《原子核外电子排布应遵循的三大规律》

一) 泡利不相容原理:

   

1.在同一个原子里,没有运动状态四个方面完全相同的电子存在,这个结论叫泡利不相容原理。

   

2.根据这个原理,如果有两个电子处于一个轨道(即电子层 电子亚层 电子云的伸展方向都相同的轨道),那么这两个电子的自旋方向就一定相反。

   

3.各个电子层可能有的最多轨道数为 ,每个轨道只能容纳自旋相反的两个电子,各电子层可容纳的电子总数为2个。

(二) 能量最低原理:

   

1.在核外电子的排布中,通常状况下,电子总是尽先占有能量最低的原子轨道,只有当这些原子轨道占满后,电子才依次进入能量较高的原子轨道,这个规律叫能量最低原理 。

   

2.能级:

就是把原子中不同电子层和亚层按能量高低排布成顺序,象台阶一样叫做能级。

   

(1) 同一电子层中各亚层的能级不相同,它们是按s,p,d,f的次序增高。

 不同亚层:

ns< np< nd< nf   

(2) 在同一个原子中,不同电子层的能级不同。

离核越近,n越小的电子层能级越低。

 同中亚层:

1s< 2s< 3s;1p< 2p< 3p;   

(3) 能级交错现象:

多电子原子的各个电子,除去原子核对它们有吸引力外,同时各个电子之间还存在着排斥力,因而使多电子原子的电子所处的能级产生了交错现象。

 

例如:

E3d >E4S , E4d >E5S,n≥3时有能级交错现象。

3.电子填入原子轨道顺序:

1s 2s2p 3s3p 4s3d4p 5s4d5p 6s4f5d6p 7s5f6d7p,能级由低渐高。

  

(三)洪特规则:

   

1.在同一亚层中的各个轨道上,电子的排布尽可能单独分占不同的轨道,而且自旋方向相同,这样排布整个原子能量最低。

   

2.轨道表示式和电子排布式:

 轨道表示式:

 一个方框表示一个轨道  电子排布式:

亚层符号右上角的数字表示该亚层轨道中电子的数目  

3. 洪特规则的特例:

   同一电子亚层中当电子排布全充满、半充满、全空比较稳定。

 

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