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当原子处在基态时,原子核外电子的排布遵循三个原则:
1.泡利不相容原理
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,这就是泡利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。 电子层
根据泡利不相容原理,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;d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; 注意: 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(所以8个电子时为稳定状态); 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2n^2个电子。
2. 能量最低原理
在满足泡利原理前提下,电子将按照使体系总能量最低的原则填充。量子化学计算结果表明,当有d电子填充时(例如第四周期Ni,3d轨道能E3d=-18.7eV,而E4s=-7.53eV),E3d<E4s;当没有d电子填充时(例如第四周期K,有E3d=-0.64eV,而E4s=-4.00eV)E3d>E4s,发生了能级“倒置”现象,其他第五、六、七周期也有类似情况。所以不能简单地说电子是按轨道能由低到高的次序填入,但总可以说是按n+0.7l 值由小到大的次序填充。其中n是主量子数,l是角量子数。
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。
如果仔细观察元素周期表,可以发现每个元素下面都有电子亚层的电子排布数量,之所以会有"奇怪的现象",是因为3d层能量比4s层高,称为"能级交错现象" |
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