核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)1

1、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(yuǎn)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(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,fQ代表電子層數(shù).主量子數(shù)（n）1234567電子層符號(hào)KLMNOPQ主量子數(shù)n是決定電子能量高低的主要因素.對(duì)單電子原子來說，n值愈大，電子的能量愈高.但是對(duì)多電子原子

2、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(shí),1可取值為0,1,23-（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.l0123光譜符號(hào)spdF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

3、分布（圖4-5）;1=1時(shí)（稱p軌道）淇原子軌道（或電子云）呈啞鈴形分布（圖4-6）;圖4-5s電子云圖4-6p電子副量子數(shù)1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),1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)1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)1及其相應(yīng)電子層亞層之間的關(guān)系n電子層1亞層11sOsCl(N-oo寸04s14p24d34f對(duì)于單電子體系的氫原子來說

4、，各種狀態(tài)的電子能量只與n有關(guān).但是對(duì)于多電子原子來說，由于原子中各電子之間的相互作用，因而當(dāng)n相同,1不同時(shí)，各種狀態(tài)的電子能量也不同，1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)1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)1給定時(shí),m的取值為從-1到+1之間的一切整數(shù)（包括0在內(nèi)），即0,1,2,3,士l,共有21+1個(gè)取值.即原子軌道（或電子云）在空間有21+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

5、如,1=0時(shí),s電子云呈球形對(duì)稱分布，沒有方向性.m只能有一個(gè)值，即m=0,說明s亞層只有一個(gè)軌道為s軌道.當(dāng)1=1時(shí),m可有-1,0,+1三個(gè)取值，說明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)1=2時(shí),m可有五個(gè)取值，即d電子云在空間有五種取向亞層中有五個(gè)不同伸展方向的d軌道（圖4-7）.圖4-7s,p,d電子云在空間的分布n,1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)，+#2和-1/2.說

6、明電子的自旋只有兩個(gè)方向，即順時(shí)針方向和逆時(shí)針方向.通常用和“I”主二i表木.綜上所述，原子中每個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以用n,1,m,ms四個(gè)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(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)1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)28182nA2主量子數(shù)n1234電子層KLMN角量子數(shù)l0123電子亞層spdf每個(gè)亞層

7、中軌道數(shù)目1357每個(gè)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(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”

8、，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(duì)它們進(jìn)一步分析歸納還得到一條特殊規(guī)律一一全充滿，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(PRd0、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

9、L限定下，原子軌道可有(2L+1冷伸展方向，即(2L+1)t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(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,6s

10、4f5d6p 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?(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(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：TTT（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和億全滿狀態(tài)為p6和f14 外層電子構(gòu)型即外層電子分布式，對(duì)于原子來說：主族元素：最外層的電子分布式,如：副族元素：最