電子組態(tài)與化學(xué)周期

5.電子組態(tài)與化學(xué)周期5.1多電子原子之電子組態(tài)?主量子數(shù)相同的軌域,稱(chēng)為主殼層

(shell)

例如:n=1殼層,n=2殼層,n=3殼層,…

?每個(gè)主殼層中的s,p,d等軌域,稱(chēng)為副殼層(subshell)

例如:1s

副殼層(n=1,l=0),2p

副殼層(n=2,l=1),…?軌域名稱(chēng)(s,p,d,f,g,h,...)源自光譜譜線的特征:sharp,principal,diffuseandfundamental,其后的軌域(g,h,…)依英文字母順序.?填于最外圍主殼層的電子,稱(chēng)為價(jià)電子

(valenceelectron)?填其它軌域能階較低的電子,稱(chēng)為內(nèi)核電子各副殼層電子的空間分布圖5.1奧地利科學(xué)家包立圖5.2每個(gè)軌域至多只能填入兩顆電子包立不兼容原理?考慮原子的自旋,每個(gè)軌域(n,l,ml)可以填入兩個(gè)電子.ms=+?或??

?原子的四個(gè)量子數(shù):n,l,ml,ms

?原子軌域之副殼層:1s,2s,2p,3s,3p,3d,…n=1,2,…

l=0,…,n?1(即s,p,d,f,…)

ml=?l

至+l

ms=+?或??

2=2128=22218=23232=242每個(gè)(n,l)的組合,

稱(chēng)為副殼層(subshell)5.3遞建原理?電子都是從能量最低的1s

軌域開(kāi)始占據(jù)起，順序往能量次低的軌域填入。?原子核質(zhì)子數(shù)愈多，電荷愈大，軌域能量便愈低，電子也就愈接近原子核。

對(duì)同一軌域而言,

原小序越大,

半徑越小,

能階越低?因此,每種元素的原子軌域能階都不同，

例如:氦原子的1s

軌域能階便高于碳原子的1s

軌域。圖5.3德國(guó)科學(xué)家洪德圖5.4基態(tài)電子組態(tài)為能量最低的電子組態(tài)5.4洪德法則?電子會(huì)先各自填上空置的軌域，在無(wú)可選擇的情況下兩顆電子才會(huì)置于同一軌域5.4洪德法則(續(xù))?以下碳

(6C)的各種組合,以電子自旋均為同向時(shí)(即(c))能量最低(a)(1s)2(2s)2(2px)2 (

)1s

(

)2s

(

)2px(

)2py(

)2pz(b)(1s)2(2s)2(2px)1(2py)1 (

)1s

(

)2s

(

)2px(

)2py(

)2pz(c)(1s)2(2s)2(2px)1(2py)1 (

)1s

(

)2s

(

)2px(

)2py(

)2pz?能量最低的電子組態(tài),稱(chēng)為基態(tài)(groundstate)

例如:(c)(

)1s

(

)2s

(

)2px(

)2py(

)2pz

為碳的基態(tài)

?能量比基態(tài)高的電子組態(tài),稱(chēng)為激發(fā)態(tài)(excitedstate),

例如:(a)

(

)1s

(

)2s

(

)2px(

)2py(

)2pz

為碳的激發(fā)態(tài)

(b)

(

)1s

(

)2s

(

)2px(

)2py(

)2pz

為碳的激發(fā)態(tài)

5.5順磁性與逆磁性?當(dāng)軌域中的電子為自旋平行,原子具有順磁性(paramagnetism),

例如:氧(8O):(1s)2(2s)2(2p)4 (

)1s

(

)2s

(

)2px(

)2py(

)2pz?當(dāng)軌域中的電子均為自旋逆平行,原子具有逆磁性(diamagnetism),

例如:鈹

(4Be):(1s)2(2s)2 (

)1s

(

)2s

?固體的晶相會(huì)改變其磁性,

例如碳(6C):(1s)2(2s)2(2p)2 (

)1s

(

)2s

(

)2px(

)2py

原子本身為順磁性,但熱解石墨(pyrolyticgraphite)具有極強(qiáng)

的逆磁性液態(tài)氧具有順磁性數(shù)據(jù)源:/熱解石墨具有極強(qiáng)的逆磁性數(shù)據(jù)源:維基百科,/水具有逆磁性數(shù)據(jù)源:http://www.hfml.ru.nl/含水的生物體具有逆磁性數(shù)據(jù)源:/數(shù)據(jù)源:

5.6電子組態(tài)的周期性?每一個(gè)主量子數(shù)n

代表一個(gè)主殼層,?每個(gè)主殼層可容納2n2

個(gè)電子?主殼層的電子填滿時(shí),元素的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定(不易發(fā)生反應(yīng))

鈍氣:氦(2He),氖(10Ne),氬(18Ar),氪(36Kr)?電子組態(tài)相似的元素,其化學(xué)性質(zhì)接近

ns1:氫(1H),鋰(3Li),鈉(11Na),鉀(19K),銣(37Rb)

ns2,ns2np6,ns2(n1)d10np6:氦(2He),氖(10Ne),氬(18Ar),氪(36Kr)圖5.5首十種元素的基態(tài)電子組態(tài)

5.6電子組態(tài)的周期性氫(1H):(1s)1 (

)1s

氦(2He):(1s)2 (

)1s

鋰(3Li):(1s)2(2s)1 (

)1s

(

)2s

鈹(4Be):(1s)2(2s)2 (

)1s

(

)2s

硼(5B):(1s)2(2s)2(2p)1 (

)1s

(

)2s

(

)2px

碳(6C):(1s)2(2s)2(2p)2 (

)1s

(

)2s

(

)2px(

)2py

氮(7N):(1s)2(2s)2(2p)3 (

)1s

(

)2s

(

)2px(

)2py(

)2pz

氧(8O):(1s)2(2s)2(2p)4 (

)1s

(

)2s

(

)2px(

)2py(

)2pz

氟(9F):(1s)2(2s)2(2p)5 (

)1s

(

)2s

(

)2px(

)2py(

)2pz

氖(10Ne):(1s)2(2s)2(2p)6 (

)1s

(

)2s

(

)2px(

)2py(

)2pzms=+?

或??

圖5.6俄羅斯化學(xué)家門(mén)得列夫5.7元素周期表圖5.7元素周期表2101836依軌域能量高低,周期表的填入順序?yàn)?1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p

7s5f6d7p21018365486

氦氖氬氪氙氡2101836各軌域電子填滿的元素氦(2He):(1s)2

鈹(4Be):(1s)2(2s)2氖(10Ne):(1s)2(2s)2(2p)6

鎂(12Mg):(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2氬(18Ar):(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6

鈣(20Ca):(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(4s)2

鋅(30Zn):(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(4s)2(3d)10氪(36Kr):(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(4s)2(3d)10(4p)6

過(guò)渡元素Ex.5-2寫(xiě)出下列原子的基態(tài)的電子組態(tài):2He,4Be,8O,17Cl,22Ti<Sol>氦(2He):(1s)2

(

)1s

鈹(4Be):(1s)2(2s)2或[He](2s)2

[He](

)2s

氧(8O) :(1s)2(2s)2(2p)4

或[He](2s)2(2p)4

[He](

)2s

(

)2px(

)2py(

)2pz氯(17Cl):(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)5

或[Ne](3s)2(3p)5

[Ne](

)3s(

)3px(

)3py(

)3pz鈦(22Ti):(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(4s)2(3d)2或[Ar](4s)2(3d)2

[Ar](

)4s(

)3dz2(

)3dx2-y2數(shù)據(jù)源:/ExemplarChem/entries/2004/dublin_fowler/dorbitals.htmld

軌域的空間電子云分布圖5.10電子的屏蔽效應(yīng)5.8有效核電荷與屏蔽效應(yīng)?在多電子原子中，不同軌域的電子所感受到的有效核電荷，端視乎其他電子的屏蔽效應(yīng)。?電子愈靠近原子核，

它所感受的有效核

電荷便愈大；

外層電子容易脫離?屬同一副殼層的電子，

彼此間的屏蔽小于內(nèi)層

電子對(duì)它們的屏蔽效應(yīng)。圖5.11利用

Cl2

與

C2

分子核間距（原子半徑）可相當(dāng)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)

Cl-C的核間距5.9原子半徑?量度分子或金屬中兩相鄰原子核之間的距離相對(duì)而言較為容易?因此,原子半徑定義為:相鄰核距的一半。i圖5.12原子半徑的周期性圖5.13游離能為氣態(tài)原子游離一個(gè)電子所需的最低能量5.10游離能(ionizationenergy)?由于原子核與電子之間的庫(kù)倫吸引力，外界必須提供足夠的能量,才可讓電子脫離所屬軌域,成為自由電子。?移去第一個(gè)電子時(shí)，所需的能量稱(chēng)為第一游離能