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5.5电子排布顺序与原子
的基态
电子排布顺序
1925年Pauli提出不相容原理,人们这才深刻地认识到,元素性质的周期性,
是电子组态周期性的反映。下面我们从讨论各“轨道”的电子容量入手,
讨论电子的填充次序以及能级相对高、低的一般规律。
主量子数n相同的电子构成一个壳层;同一壳层内,相同l的电子构成一个
支壳层,一个壳层内可以有几个支壳层。
n1234567…
壳层KLMNOPQ…
l0123456…
支壳层spdfghi…
泡利不相容原理
按照泡利不相容原理,每一次壳层最多容纳电子数:=2(2l+1);每一主
−12
壳层最多容纳电子数:=22+1=2。
=0
磁场的强弱以及有无磁场不影响各壳层可以容纳的电子数。
能量最低原理
原子在正常状态时,每个电子在不违背泡利不相容原理的前提下,总是尽
先占有能量最低的状态。
原子中各状态能量高低次序为n越小能量越低;n相同而l不同,l越小能量越
低。实际电子能级排列大致顺序如下:
1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p
纵观元素周期表中各元素核外电子的分布,我们发现电子在填充过程中
遵循如下规律:
1.原子核外电子数等于该原子的原子序数,各壳层和支壳层所能容纳
的最大电子数受上述规律制约。
2.每个壳层的最大电子容量是:2、8、18、32、……;而各周期的元
素依次是:2、8、8、18、……。可见两者并不一致;这说明:某一壳
层尚未填满,电子会开始填一个新的壳层。
3.基态是原子能量最低状态,因此,逐一增加电子时,被加电子要尽
可能填在能量最低状态。
原子的基态
1.决定原子基态的因素——电子组态、原子最外层电子数
2.下面我们介绍一下确定原子基态的方法步骤。
1)按原子序数确定电子组态
对于某一特定的原子,我们可以按照它的原子序数Z(核外电子数)来确定它
的电子组态。按实际壳层排列数2,8,8,18,18,32,32.由内向外排列;例如:钠原
2261
子的电子组态为:1s2s2p3s.
一般的电子组态常指原子最外层电子,即价电子给合状态。有时也指所有未
51
满层电子组合。如铬电子组态为3d4s,是两个未满层电子的组合。
2)依据电子组态合成所有原子态,选出满足泡利原理的原子态
从电子组态有可能合成多少状态;再依照泡利原理,选出按原理允许的原子
1324
态。例如,sp组态可以产生P1,P2,1,0四个状态;而np(或者np)组态可以产
113
生S,D,P五个状态。现在的问题是,这些状态的能量次序怎么样,哪
022,1,0
一个能量最低(基态)?
3)确定原子基态较方便的原则——洪特定则和朗德间隔定则
要严格地回答不同状态的能量数值,必须依靠量子力学计算。现在,我们可
以利用两个定则,洪特定则和朗德间隔定则,比较方便地回答不同原子态的次序
及在三重态中每对相邻能级之间的间隔大小。
能级高低(基态)的定则——洪特定则
对于一个给定电子组态形成的一组原子态,当某原子态具有的自旋S最
大时,它处的能
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