原子核外电子排布规律是指介绍原子核外电子的排布规律,主要有
泡利不相容原理、
能量最低原理、
洪特定则等。
3、
洪特规则:
简并轨道(能级相同的轨道)只有被电子逐一自旋平行地占据后,才能容纳第二个电子
还有少数元素(如某些
原子序数较大的
过渡元素和
镧系、
锕系中的某些元素)的
电子排布更为复杂,既不符合鲍林
能级图的排布顺序,也不符合全充满、半充满及全空的规律。而这些元素的
核外电子排布是由光谱实验结构得出的,我们应该尊重光谱实验事实。
处于
稳定状态的原子,核外电子将尽可能地按能量最低原理排布,另外,由于电子不可能都挤在一起,它们还要遵守
泡利不相容原理和
洪特规则,一般而言,在这三条规则的指导下,可以推导出元素原子的核外电子排布情况,在中学阶段要求的前
36号元素里,没有例外的情况发生。
电子排布是表示
原子核外电子排布的图式之一。分别用1、2、3、4、5、6、7等数字表示K、L、M、N、O、P、Q、R等
电子层,用s、p、d、f等符号分别表示各
电子亚层,并在这些符号右上角用数字表示各亚层上电子的数目。如
氧原子的电子排布式为1s22s22p4。迄今为止,只发现了7个电子层。
若
电子层数是n,这层的
电子数目最多是2n2个;每一个亚层上最多能够排布的电子数为:s亚层2个,p亚层6个,d亚层10个,f亚层14个。无论是第几层,如果作为最外电子层时,那么这层的电子数不能超过8个,如果作为倒数第二层(次外层),那么这层的电子数便不能超过18个。
电子在原子核外排布时,要尽可能使电子的能量最低。怎样才能使电子的能量最低呢?比方说,我们站在地面上,不会觉得有什么危险;如果我们站在20层楼的顶上,再往下看时我们心理感到害怕。这是因为物体在越高处具有的势能越大,物体总有从高处往低处的一种趋势,就像
自由落体一样,我们从来没有见过物体会自动从地面上升到空中,物体要从地面到空中,必须要有外加力的作用。电子本身就是一种物质,也具有同样的性质,即它在一般情况下总想处于一种较为安全(或稳定)的一种状态(
基态),也就是能量最低时的状态。当有外加作用时,电子也是可以吸收能量到能量较高的状态(
激发态),但是它总有时时刻刻想回到基态的趋势。一般来说,离核较近的电子具有较低的能量,随着
电子层数的增加,电子的能量越来越大;同一层中,各亚层的能量是按s、p、d、f的次序增高的。这两种作用的总结果可以得出电子在原子核外排布时遵守下列次序:1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s……
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。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;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;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2n2个电子。
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
例如,第24号元素
铬Cr,如果按照各能级填充规则,其核外电子排布式应为1s22s22p63s23p63d44s2 但是,依据
洪特规则可知3d能级填充5个电子时较稳定,所以其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1
同理,第29号元素
铜Cu的核外电子排布式应为1s22s22p63s23p63d104s1。
然后根据
泡利不相容原理,将这24个电子从能量最低的1s亚层,依次往能量较高的亚层上排布。只有前面的亚层填满后,才去填充后面的亚层。每一个亚层上最多能够排布的电子数为:s亚层2个,p亚层6个,d亚层10个,f亚层14个。
按
能量最低原理得出的
原子核外电子排布次序排序,如24号元素铬的24个核外电子依次排列为