元素電子排布規(guī)律.doc

學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考洪特規(guī)則德國(guó)人洪特（F.Hund）根據(jù)大量光譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)出一個(gè)規(guī)律，即分子分布到能量簡(jiǎn)并的原子軌道時(shí)，優(yōu)先以自旋相同的方式分別占據(jù)不同的軌道，因?yàn)檫@種排布方式原子的總能量最低。所以在能量相等的軌道上，電子盡可能自旋平行地多占不同的軌道。例如碳原子核外有6個(gè)電子，按能量最低原理和泡利不相容原理，首先有2個(gè)電子排布到第一層的1s軌道中，另外2個(gè)電子填入第二層的2s軌道中，剩余2個(gè)電子排布在2個(gè)p軌道上，具有相同的自旋方向，而不是兩個(gè)電子集中在一個(gè)p軌道，自旋方向相反。1適用范圍該定則只適用于LS 耦合的情況。有少數(shù)例外是由于組態(tài)相互作用或偏離LS 耦合引起的。該定則可用量子力學(xué)理論和泡利不相容原理來解釋。該定則對(duì)確定自由原子或離子的基態(tài)十分有用。2洪特規(guī)則前提洪特規(guī)則前提：對(duì)于基態(tài)原子來說在能量相等的軌道上，自旋平行的電子數(shù)目最多時(shí)，原子的能量最低。所以在能量相等的軌道上，電子盡可能自旋平行地多占不同的軌道。例如碳原子核外有6個(gè)電子，按能量最低原理和泡利不相容原理，首先有2個(gè)電子排布到第一層的1s軌道中，另外2個(gè)電子填入第二層的2s軌道中，剩余2個(gè)電子排布在2個(gè)不同的2p軌道上，具有相同的自旋方向，而不是兩個(gè)電子集中在一個(gè)p軌道，自旋方向相反。作為洪特規(guī)則的補(bǔ)充，能量相等的軌道全充滿、半滿或全空的狀態(tài)比較穩(wěn)定。根據(jù)以上原則，電子在原子軌道中填充排布的順序?yàn)?s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d。3詳細(xì)信息具體內(nèi)容：對(duì)于特定電子排布，不同組態(tài)的LS耦合，洪特規(guī)則確定了能量排列順序：（1）總自旋S越大，能量越低（2）S相等情況下，總軌道角動(dòng)量L越大，能量越低（3）在S和L都相等情況下，對(duì)于未滿半殼層或剛好半殼層，總角動(dòng)量J越小能量越低，否則，J越大能量越低。下面我們運(yùn)用核外電子排布的三原則來討論核外電子排布的幾個(gè)實(shí)例。氮(N)原子核外有7個(gè)電子，根據(jù)能量最低原理和泡利不相容原理，首先有2個(gè)電子排布到第一層的1s軌道中，又有2個(gè)電子排布到第二層的2s軌道中。按照洪特規(guī)則，余下的3個(gè)電子將以相同的自旋方式分別排布到3個(gè)方向不同但能量相同的2p軌道中。氮原子的電子排布式為1s2 2s2 2p3。這種用量子數(shù)n和l表示的電子排布方式，叫做電子構(gòu)型或電子組態(tài)，右上角的數(shù)字是軌道中的電子數(shù)目。也可以用下式比較形象地表明這些電子的磁量子數(shù)和自旋量子數(shù)：氖(Ne)原子核外有10個(gè)電子，根據(jù)電子排布三原則，第一電子層中有2個(gè)電子排布到1s軌道上，第二層中有8個(gè)電子，其中2個(gè)排布到2s軌道上，6個(gè)排布到2p軌道上。因此氖的原子結(jié)構(gòu)可以用電子構(gòu)型表示為1s2 2s2電子的磁量子數(shù)和自旋量子數(shù)2p6。這種最外電子層為8電子的結(jié)構(gòu)，通常是一種比較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，稱為稀有氣體結(jié)構(gòu)。鈉(Na)原子核外共有11個(gè)電子，按照電子排布順序，最后一個(gè)電子應(yīng)填充到第三電子層上，它的電子構(gòu)型為1s2 2s2 2p6 3s1。為了避免電子結(jié)構(gòu)式書寫過繁，也可以把內(nèi)層電子已達(dá)到稀有氣體結(jié)構(gòu)的部分寫成“原子實(shí)”，以稀有氣體的元素符號(hào)外加方括號(hào)來表示，例如鈉原子的電子構(gòu)型也可以表示為Ne3s1鉀(K)原子核外共有19個(gè)電子，由于3d和4s軌道能級(jí)交錯(cuò)，第19個(gè)電子填入4s軌道而不填入3d軌道，它的電子構(gòu)型為1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1或Ar4s1。同理20號(hào)元素鈣(Ca)的第19，20個(gè)電子也填入4s軌道，鈣原子的電子構(gòu)型為Ar4s2。鉻(Cr)原子核外有24個(gè)電子，最高能級(jí)組中有6個(gè)電子。鉻的電子構(gòu)型為Ar3d5 4s1，而不是Ar3d4 4s2。這是因?yàn)?d5的半充滿結(jié)構(gòu)是一種能量較低的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。作為洪特規(guī)則的發(fā)展，能量簡(jiǎn)并的等價(jià)軌道全充滿、半充滿或全空的狀態(tài)是比較穩(wěn)定的尤其是簡(jiǎn)并度高的軌道更是如此。如全充滿：p6，d10，f14半充滿：p3，d5，f7全空：p0，d0，f04洪特規(guī)則之一洪特規(guī)則是在等價(jià)軌道（指相同電子層、電子亞層上的各個(gè)軌道）上排布的電子將盡可能分占不同的軌道，且自旋方向相同。后來經(jīng)量子力學(xué)證明，電子這樣排布可能使能量最低，所以洪特規(guī)則也可以包括在能量最低原理中。5洪特規(guī)則之二洪特規(guī)則 又稱等價(jià)軌道規(guī)則。在同一個(gè)電子亞層中排布的電子，總是盡先占據(jù)不同的軌道，且自旋方向相同。如氮原子中的3個(gè)p電子分布于3個(gè)p軌道上并取向相同的自旋方向。p軌道上有3個(gè)電子、d軌道上有5個(gè)電子、f軌道上有7個(gè)電子時(shí)，都是半充滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。另外量子力學(xué)的研究表明；等價(jià)軌道全空(p0、d0、f0)和全滿時(shí)(p6、d10、f14)的結(jié)構(gòu)，也具有較低能量和較大的穩(wěn)定性。像鐵離子Fe3+(3d5)和亞鐵離子Fe2+(3d6)對(duì)比看，從3d63d5才穩(wěn)定，這和亞鐵離子不穩(wěn)定易被氧化的事實(shí)相符合。根據(jù)洪特規(guī)則鉻的電子排布式應(yīng)為1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1。6洪特規(guī)則特例當(dāng)同一能級(jí)各個(gè)軌道上的電子排布為全滿、半滿或全空時(shí)，可使體系能量最低。如24號(hào)元素鉻（Cr）電子排布為1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s129號(hào)元素銅（Cu）電子排布為1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1洪特規(guī)則的例外很多例如“原子軌道中，每一層半滿或全滿時(shí)能量最低”，也就是說s1、2，p3、6，d5、10，f7、14的時(shí)候能量最低也最穩(wěn)定，是原子存在的一般形式，但是只要看元素周期表就會(huì)發(fā)現(xiàn)，排在下面幾行的幾類元素，尤其是鑭系和錒系元素沒有幾個(gè)符合洪特規(guī)則，這也是現(xiàn)在的理論所無(wú)法解釋的。洪特規(guī)則特例對(duì)于同一電子亞層中，當(dāng)電子排布為全充滿、半充滿或全空時(shí)是比較穩(wěn)定的洪特規(guī)則特例前提：對(duì)于基態(tài)原子來說1在能量相等的軌道上，自旋平行的電子數(shù)目最多時(shí)，原子的能量最低。所以在能量相等的軌道上，電子盡可能自旋平行地多占不同的軌道。例如碳原子核外有6個(gè)電子，按能量最低原理和泡利不相容原理，首先有2個(gè)電子排布到第一層的1s軌道中，另外2個(gè)電子填入第二層的2s軌道中，剩余2個(gè)電子排布在2個(gè)p軌道上，具有相同的自旋方向，而不是兩個(gè)電子集中在一個(gè)p軌道，自旋方向相反。作為洪特規(guī)則的補(bǔ)充，能量相等的軌道全充滿、半充滿或全空的狀態(tài)比較穩(wěn)定。 根據(jù)以上原則，電子在原子軌道中填充排布的順序?yàn)?s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d。洪特規(guī)則的例外很多