核外電子的運動狀態(tài)

1、精品核外電子的運動狀態(tài)電子在原子中的運動狀態(tài),可 n,l,m,ms 四個量子數(shù)來描述 .（一）主量子數(shù)n主量子數(shù) n 是用來描述原子中電子出現(xiàn)幾率最大區(qū)域離核的遠近,或者說它是決定電子層數(shù)的.主量子數(shù)的n 的取值為1,2,3 等正整數(shù) .例如 ,n=1 代表電子離核的平均距離最近的一層,即第一電子層； n=2代表電子離核的平均距離比第一層稍遠的一層,即第二電子層 .余此類推.可見 n 愈大電子離核的平均距離愈遠.在光譜學(xué)上常用大寫拉丁字母K,L,M,N,O,P ,Q 代表電子層數(shù) .主量子數(shù)（ n ）1234567電子層符號KLMNOPQ主量子數(shù) n 是決定電子能量高低的主要因素 .對單電子原

2、子來說 ,n 值愈大 ,電子的能量愈高 .但是對多電子原子來說 ,核外電子的能量除了同主量子數(shù) n 有關(guān)以外還同原子軌道 （或電子云）的形狀有關(guān) .因此 ,n 值愈大 ,電子的能量愈高這名話 ,只有在原子軌道（或電子云）的形狀相同的條件下 ,才是正確的 .（二）副量子數(shù)l副量子數(shù)又稱角量子數(shù) .當(dāng) n 給定時 ,l 可取值為 0,1,2,3 （n-1 ）.在每一個主量子數(shù) n 中,有 n 個副量子數(shù) ,其最大值為 n-1. 例如 n=1 時,只感謝下載載精品有一個副量子數(shù) ,l=0,n=2 時,有兩個副量子數(shù) ,l=0,l=1. 余此類推 .按光譜學(xué)上的習(xí)慣 l 還可以用 s,p,d,f 等符

3、號表示 . l 0 1 2 3光譜符號s p d F副量子數(shù)l 的一個重要物理意義是表示原子軌道（或電子云）的形狀.L=0 時（稱 s 軌道）,其原子軌道（或電子云）呈球形分布（圖 4-5 ）； l=1 時（稱 p 軌道）,其原子軌道（或電子云）呈啞鈴形分布（圖 4-6 ）； 圖 4-5 s 電子云圖 4-6 p 電子副量子數(shù) l 的另一個物理意義是表示同一電子層中具有不同狀態(tài)的亞層.例如 ,n=3 時,l 可取值為 0,1,2. 即在第三層電子層上有三個亞層 ,分別為 s,p,d 亞層 .為了區(qū)別不同電子層上的亞層 ,在亞層符號前面冠以電子層數(shù) .例如 ,2s 是第二電子層上的亞層 ,3p

4、是第三電子層上的 p 亞層.表 4-1 列出了主量子數(shù) n, 副量子數(shù) l 及相應(yīng)電子層、亞層之間的關(guān)系 .表 4-1主量子數(shù) n,副量子數(shù) l 及其相應(yīng)電子層亞層之間的關(guān)系n電子層l亞層11感謝下載載精品01s2202s12p3303s13p23d感謝下載載精品4404s14p24d34f對于單電子體系的氫原子來說,各種狀態(tài)的電子能量只與n 有關(guān) .但是對于多電子原子來說 ,由于原子中各電子之間的相互作用,因而當(dāng) n 相同,l 不同時 ,各種狀態(tài)的電子能量也不同 ,l 愈大 ,能量愈高 .即同一電子層上的不同亞層其能量不同 ,這些亞層又稱為能級 .因此副量子數(shù) l 的第三個物理意義是：它同多

5、電子原子中電子的能量有關(guān) ,是決定多電子原子中電子能量的次要因素 .（三）磁量子數(shù)m磁量子數(shù) m 決定原子軌道（或電子云）在空間的伸展方向.當(dāng) l 給定感謝下載載精品時,m 的取值為從 -l 到+l 之間的一切整數(shù)（包括 0 在內(nèi)） ,即 0,±1,± 2,±3, ±l,共有 2l+1 個取值 .即原子軌道（或電子云）在空間有 2l+1 個伸展方向 .原子軌道（或電子云）在空間的每一個伸展方向稱做一個軌道 .例如 ,l=0 時 ,s電子云呈球形對稱分布 ,沒有方向性 .m 只能有一個值 ,即 m=0, 說明 s 亞層只有一個軌道為 s 軌道 .當(dāng) l=1

6、 時,m 可有 -1,0,+1 三個取值 ,說明 p 電子云在空間有三種取向 ,即 p 亞層中有三個以 x,y,z 軸為對稱軸的px,py,pz軌道 .當(dāng) l=2 時,m 可有五個取值 ,即 d 電子云在空間有五種取向 ,d 亞層中有五個不同伸展方向的 d 軌道（圖 4-7 ）.圖 4-7 s,p,d電子云在空間的分布n,l 相同 ,m 不同的各軌道具有相同的能量,把能量相同的軌道稱為等價軌道 .（四）自旋量子數(shù)ms原子中的電子除繞核作高速運動外,還繞自己的軸作自旋運動.電子的自旋運動用自旋量子數(shù)ms 表示 .ms 的取值有兩個 ,+1/2和-1/2. 說明電子的自旋只有兩個方向,即順時針方向

7、和逆時針方向.通常用“”和“”表示.綜上所述 ,原子中每個電子的運動狀態(tài)可以用n,l,m,ms 四個量子數(shù)來描述 .主量子數(shù) n 決定電子出現(xiàn)幾率最大的區(qū)域離核的遠近（或電子層）,并且是決定電子能量的主要因素；副量子數(shù)l 決定原子軌道（或電子云）的形狀 ,同時也影響電子的能量；磁量子數(shù)m 決定原子軌道感謝下載載精品（或電子云）在空間的伸展方向；自旋量子數(shù) ms 決定電子自旋的方向.因此四個量子數(shù)確定之后 ,電子在核外空間的運動狀態(tài)也就確定了 . 量子數(shù) ,電子層 ,電子亞層之間的關(guān)系每個電子層最多容納的電子數(shù)2 8 18 2n2主量子數(shù) n 1 2 3 4電子層KLMN角量子數(shù) l 0 1 2

8、 3電子亞層s p d f每個亞層中軌道數(shù)目1357每個亞層最多容納電子數(shù)261014核外電子的分布：1. 原子中電子分布原理：（兩個原理一個規(guī)則）：(1) 、泡利（ Pauli ）不相容原理在同一原子中 ,不可能有四個量子數(shù)完全相同的電子存在.即每一個軌道內(nèi)最多只能容納兩個自旋方向相反的電子.(2) 、能量最低原理多電子原子處于基態(tài)時,核外電子的分布在不違反泡利原理前提下,總是盡先分布在能量較低的軌道,以使原子處于能量最低狀態(tài).(3) 、洪特 (Hund) 規(guī)則原子在同一亞層的等價軌道上分布電子時,盡可能單獨分布在不同的軌道 ,而且自旋方向相同（或稱自旋平行）.感謝下載載精品基態(tài)原子中電子的

9、分布1、核外電子填入軌道的順序應(yīng)用近似能級圖 ,根據(jù)“兩個原理一條規(guī)則” ,可以準(zhǔn)確地寫出 91 種元素原子的核外電子分布式來 .在 110 種元素中 ,只有 19 種元素原子層外電子的分布稍有例外：它們是若再對它們進一步分析歸納還得到一條特殊規(guī)律全充滿,半充滿規(guī)則：對同一電子亞層 ,當(dāng)電子分布為全充滿 （P6、d10 、f14 ）、半充滿（ P3、d5 、f7 ）或全空（ P0、d0 、f0) 時 ,電子云分布呈球狀 , 原子結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定 ,可挑出 8 種元素 ,剩余 11 種可作例外 . 多電子原子結(jié)構(gòu)1、核外電子排布三原理（1）泡利不相容原理：解決各電子層電子數(shù)目問題. 在任何一個原子中

10、,決不可能有兩個電子具有四個完全相同的量子數(shù),即在同一個原子中 ,不可能有運動狀態(tài)完全相同的電子 . 當(dāng) n 一定時 ,L 可取 (n-1) 個值 ,而在 L 限定下 ,原子軌道可有 (2L+1)個伸展方向 ,即(2L+1) 個軌道 ,而每個軌道可容納兩個電子,所以每層最多容納電子數(shù)為電子層1234電子數(shù)281832（2）最低能量原理：解決電子排布問題 多電子原子在基態(tài)時 ,核外電子總是盡可能地先占據(jù)能量最低的軌道,以使體系能量最低 .感謝下載載精品 軌道能級規(guī)律當(dāng)角量子數(shù)相同時 ,隨主量子數(shù)增加 ,軌道能級升高1s<2s<3s<4s;2p<3p<4p<5p

11、; 3d<4d<5d當(dāng)主量子數(shù)相同時 ,隨角量子數(shù)增加 ,軌道能級升高 ns<np<nd<nf 當(dāng)主量子數(shù)與角量子數(shù)都不同時 ,能級次序比較復(fù)雜 ,有時出現(xiàn) “能級交錯 ”現(xiàn)象,即某些主量子數(shù)較大的原子軌道其能級可以比主量子數(shù)較小的原子軌道低 .如 4s<3d, 5s<4d , 6s<4f<5d<6p 鮑林近似能級圖鮑林根據(jù)大量光譜數(shù)據(jù)以及某些近似的理論計算 ,得到了多電子原子的原子軌道能級的近似圖能級組：按照能級高低的順序 ,把能量相近的能級劃成一組 ,稱為能級組.按照 1、2 、3 能級組順序 ,能量依次增高 . 電子分布式：核外

12、電子的分布表達式 ,如K：Ti：鮑林近似能級順序并不是所有元素軌道能級的實際順序 ,它只不過是表示在考慮電子分布時 ,隨核電荷數(shù)的增加的一個電子應(yīng)分布在一哪一個軌道的一般規(guī)律 ,它不代表核外電子的實際分布情況 ,如鈦原子的近似能級順序為：而其電子分布式為：感謝下載載精品（3）洪特規(guī)則：解決同一電子層電子排布問題 處于主量子數(shù)和角量子數(shù)都相同的軌道中的電子 ,總是盡先占據(jù)磁量子數(shù)不同的軌道 ,而且自旋量子數(shù)相同（自旋平行） 兩個電子同占一個軌道 ,這時電子間的排斥作用會使系統(tǒng)能量升高 , 兩個電子只有分占等價軌道時 ,才有利于降低系統(tǒng)的能量 ,所以洪特規(guī)則可認為是最低能量原理的補充如 P： 3P 軌道上的 3 個電子分布應(yīng)為： （4）特殊情況 有 19 種元素原子的電子分布式不完全符合近似能級順序,如： 它們的 3d 軌道電子分別為 10和 5,處于全滿或半滿狀態(tài) ,原子比較穩(wěn)定 ,對于 p 、f 軌道 ,半滿狀態(tài)為 p3 和 f7, 全滿狀態(tài)為 p6 和 f14 外層電子構(gòu)型即外層電子分布式 ,對于原子來說：主族元素：最外層的電子分布式 ,如：副族元素：最外層 S 電子和次外層 d 電子的分布式 ,如： 元素離子