核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài).doc

核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)電子在原子中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),可n,l,m,ms四個(gè)量子數(shù)來(lái)描述.（一）主量子數(shù)n主量子數(shù)n是用來(lái)描述原子中電子出現(xiàn)幾率最大區(qū)域離核的遠(yuǎn)近,或者說(shuō)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(yuǎn)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(yuǎn).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）1 2 3 4 5 6 7電子層符號(hào) K L M N O P Q主量子數(shù)n是決定電子能量高低的主要因素.對(duì)單電子原子來(lái)說(shuō),n值愈大,電子的能量愈高.但是對(duì)多電子原子來(lái)說(shuō),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(shí),l可取值為0,1,2,3（n-1）.在每一個(gè)主量子數(shù)n中,有n個(gè)副量子數(shù),其最大值為n-1.例如n=1時(shí),只有一個(gè)副量子數(shù),l=0,n=2時(shí),有兩個(gè)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等符號(hào)表示.l 0 1 2 3光譜符號(hào) s p d F副量子數(shù)l的一個(gè)重要物理意義是表示原子軌道（或電子云）的形狀.L=0時(shí)（稱s軌道）,其原子軌道（或電子云）呈球形分布（圖4-5）；l=1時(shí)（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(gè)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(shí),l可取值為0,1,2.即在第三層電子層上有三個(gè)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(hào)前面冠以電子層數(shù).例如,2s是第二電子層上的亞層,3p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1101s2202s12p3303s13p23d4404s14p24d34f對(duì)于單電子體系的氫原子來(lái)說(shuō),各種狀態(tài)的電子能量只與n有關(guān).但是對(duì)于多電子原子來(lái)說(shuō),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(shí),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(jí).因此副量子數(shù)l的第三個(gè)物理意義是：它同多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給定時(shí),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(gè)取值.即原子軌道（或電子云）在空間有2l+1個(gè)伸展方向.原子軌道（或電子云）在空間的每一個(gè)伸展方向稱做一個(gè)軌道.例如,l=0時(shí),s電子云呈球形對(duì)稱分布,沒(méi)有方向性.m只能有一個(gè)值,即m=0,說(shuō)明s亞層只有一個(gè)軌道為s軌道.當(dāng)l=1時(shí),m可有-1,0,+1三個(gè)取值,說(shuō)明p電子云在空間有三種取向,即p亞層中有三個(gè)以x,y,z軸為對(duì)稱軸的px,py,pz軌道.當(dāng)l=2時(shí),m可有五個(gè)取值,即d電子云在空間有五種取向,d亞層中有五個(gè)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(jià)軌道.（四）自旋量子數(shù)ms原子中的電子除繞核作高速運(yùn)動(dòng)外,還繞自己的軸作自旋運(yùn)動(dòng).電子的自旋運(yùn)動(dòng)用自旋量子數(shù)ms表示.ms 的取值有兩個(gè),+1/2和-1/2.說(shuō)明電子的自旋只有兩個(gè)方向,即順時(shí)針?lè)较蚝湍鏁r(shí)針?lè)较?通常用“”和“”表示.綜上所述,原子中每個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以用n,l,m,ms四個(gè)量子數(shù)來(lái)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(yuǎn)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(shí)也影響電子的能量；磁量子數(shù)m決定原子軌道（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(gè)量子數(shù)確定之后,電子在核外空間的運(yùn)動(dòng)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(gè)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 K L M N角量子數(shù)l 0 1 2 3電子亞層 s p d f每個(gè)亞層中軌道數(shù)目 1 3 5 7每個(gè)亞層最多容納電子數(shù) 2 6 10 14核外電子的分布：1. 原子中電子分布原理：（兩個(gè)原理一個(gè)規(guī)則）：(1)、泡利（Pauli）不相容原理在同一原子中,不可能有四個(gè)量子數(shù)完全相同的電子存在.即每一個(gè)軌道內(nèi)最多只能容納兩個(gè)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(shí),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(jià)軌道上分布電子時(shí),盡可能單獨(dú)分布在不同的軌道,而且自旋方向相同（或稱自旋平行）.基態(tài)原子中電子的分布1、核外電子填入軌道的順序應(yīng)用近似能級(jí)圖,根據(jù)“兩個(gè)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(lái).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(duì)它們進(jìn)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(duì)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(shí),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(wèn)題. 在任何一個(gè)原子中,決不可能有兩個(gè)電子具有四個(gè)完全相同的量子數(shù),即在同一個(gè)原子中,不可能有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子. 當(dāng) n一定時(shí),L可取(n-1)個(gè)值,而在L限定下,原子軌道可有(2L+1)個(gè)伸展方向,即(2L+1)個(gè)軌道,而每個(gè)軌道可容納兩個(gè)電子,所以每層最多容納電子數(shù)為電子層 1 2 3 4電子數(shù) 2 8 18 32（2）最低能量原理：解決電子排布問(wèn)題 多電子原子在基態(tài)時(shí),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. 軌道能級(jí)規(guī)律當(dāng)角量子數(shù)相同時(shí),隨主量子數(shù)增加,軌道能級(jí)升高1s2s3s4s; 2p3p4p5p; 3d4d5d當(dāng)主量子數(shù)相同時(shí),隨角量子數(shù)增加,軌道能級(jí)升高nsnpndnf當(dāng)主量子數(shù)與角量子數(shù)都不同時(shí),能級(jí)次序比較復(fù)雜,有時(shí)出現(xiàn)“能級(jí)交錯(cuò)”現(xiàn)象,即某些主量子數(shù)較大的原子軌道其能級(jí)可以比主量子數(shù)較小的原子軌道低.如 4s3d, 5s4d , 6s4f5d6p 鮑林近似能級(jí)圖鮑林根據(jù)大量光譜數(shù)據(jù)以及某些近似的理論計(jì)算,得到了多電子原子的原子軌道能級(jí)的近似圖能級(jí)組：按照能級(jí)高低的順序,把能量相近的能級(jí)劃成一組,稱為能級(jí)組.按照1、2、3能級(jí)組順序,能量依次增高.電子分布式：核外電子的分布表達(dá)式,如K：Ti：鮑林近似能級(jí)順序并不是所有元素軌道能級(jí)的實(shí)際順序,它只不過(guò)是表示在考慮電子分布時(shí),隨核電荷數(shù)的增加的一個(gè)電子應(yīng)分布在一哪一個(gè)軌道的一般規(guī)律,它不代表核外電子的實(shí)際分布情況,如鈦原子的近似能級(jí)順序?yàn)椋憾潆娮臃植际綖椋海?）洪特規(guī)則：解決同一電子層電子排布問(wèn)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(gè)電子同占一個(gè)軌道,這時(shí)電子間的排斥作用會(huì)使系統(tǒng)能量升高,兩個(gè)電子只有分占等價(jià)軌道時(shí),才有利于降低系統(tǒng)的能量,所以洪特規(guī)則可認(rèn)為是最低能量原理的補(bǔ)充如 P： 3P軌道上的3個(gè)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(jí)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(duì)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(duì)于原子來(lái)說(shuō)：主族元素：最外層的電子分布式