「sp軌道知識」.doc

首先要明白一個(gè)軌道能級的概念。電子在圍繞核放置時(shí)，其能量是固定的，按能量級大小分別可以分為S、P、D、F四個(gè)能級。其中第一層最多有兩個(gè)電子，即只有一個(gè)S軌道；第二、三層最多有8個(gè)電子，包含一個(gè)S軌道和一個(gè)P軌道；第四層最多的18個(gè)電子，包含一個(gè)S、一個(gè)P、一個(gè)D軌道；依次類推，目前已知的原子中電子最多的一層包含32個(gè)電子，包含SPDF軌道各一個(gè)。 在各軌道中，S軌道包含一個(gè)軌道，最多可有兩個(gè)自旋方向相反的電子，當(dāng)軌道電子為零空或滿時(shí)處于穩(wěn)定狀態(tài)，即類似氫離子和氦原子的狀態(tài)。P軌道包含三個(gè)軌道，最多可容納6個(gè)電子,當(dāng)三個(gè)軌道為全空、全満時(shí)為穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)三個(gè)軌道各只有一個(gè)電子時(shí)，由于電子自旋方向相同時(shí)，也處于一種穩(wěn)定狀態(tài)，稱為亞穩(wěn)定狀態(tài)；D軌道有五個(gè)軌道，最多容納10個(gè)電子，穩(wěn)定狀態(tài)理由同上；F軌道有7個(gè)軌道，最多容納14個(gè)電子，穩(wěn)定狀態(tài)理由也同上。 當(dāng)原子失去電子時(shí)，它首先失去的是外層的電子，當(dāng)電子由高層軌道向低層軌道轉(zhuǎn)移時(shí)，稱為“躍遷”，此時(shí)多余的能量將被釋放出，這就是化學(xué)反映中發(fā)光、發(fā)熱的原因。同理，當(dāng)電子吸收了外界能量，使其軌道由低層次向高層次轉(zhuǎn)移時(shí)，稱為“激發(fā)”，處于激發(fā)態(tài)的電子很不穩(wěn)定，很快便會向低軌道（正常軌道）“躍遷”，同時(shí)放出恒定的能量，如果是發(fā)光，同發(fā)出的是單純的色光，即“激光”。 既然知道了”軌道”想理解電子的填充并不難，但是要理解，”軌道”只是個(gè)概念，并不是真實(shí)存在的東西這一點(diǎn)很重要 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號元素里，沒有例外的情況發(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，我們站在地面上，不會覺得有什么危險(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(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。一般來說，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)動狀態(tài)要從4個(gè)方面來進(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)原子中沒有也不可能有運(yùn)動狀態(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，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)含義是對于同一個(gè)電子亞層，當(dāng)電子排布處于 全滿（s2、p6、d10、f14） 半滿（s1、p3、d5、f7） 全空（s0、p0、d0、f0）時(shí)比較穩(wěn)定。這類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，要么電梯里都擠滿了兩個(gè)人，大家都覺得比較均等，誰也不抱怨誰；如果有的電梯里擠滿了兩個(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，而有的電梯里沒有人，則必然有人產(chǎn)生抱怨情緒，我們稱之為不穩(wěn)定狀態(tài)。 二、核外電子排布的方法 對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號元素鉻的24個(gè)核外電子依次排列為 1s22s22p63s23p64s23