原子、核外电子排布、电子层、电子亚层、能级交错、轨道 电子层排布规律

　　在同一电子层中，电子的能量还稍有差异，电子云的形状也不相同。因此电子层还可分成一个或n个电子亚层。

　　通过对许多元素的电离能的进一步分析，人们发现，在同一电子层中的电子能量也不完全相同，仍可进一步分为若干个电子组。这一点在研究元素的原子光谱中得到了证实。

　　电子亚层分别用s、p、d、f等符号表示。不同亚层的电子云形状不同。s亚层的电子云是以原子核为中心的球形，p亚层的电子云是纺锤形，d亚层为花瓣形，f亚层的电子云形状比较复杂。

　　K层只包含一个s亚层;L层包含s和p两个亚层;M层包含s、p、d三个亚层;N层包含s、p、d、f四个亚层。

　　对于化学概念，要精通它，应用它，精通的目的全在于应用。

　　核外电子，分层排布，每一个电子层又分为亚层。

　　1、由核向外，第1电子层只有1个S亚层，第2电子层有1个S亚层和1个P亚层，第3电子层有1个S亚层、1个P亚层和1个d亚层,第4-7电子层有1个S亚层、1个P亚层、1个d亚层和1个f亚层。

　　2、S亚层有1个轨道，P亚层有3个轨道，d亚层有5个轨道，f亚层有7个轨道。

　　3、每个轨道最多可以容纳2个电子。

　　4、能级与能级交错原理

　　电子按能级填充轨道：先填第1电子层，后填第2电子层;在同一电子层，先填S亚层，后填P亚层。

　　由于4S亚层能级低于3d亚层，所以填满4S亚以后，再填3d亚层

　　电子按下记次序填充

　　1S——2S——2P——3S——3P——4S——3d—— 4P——5S——4d——5P——6S——4f——5d——6P——7S——5f——6d

　　称为能级交错，

　　5、平行填充原理

　　例如，

　　锰是25号元素，有25个核外电子，排为

　　1S2;2S2，2P2、2P2、2P2;3S2，3P2、3P2、3P2;

　　4S2 ;3d1、3d1、3d1、3d1、3d1;

　　排完3P后，还剩7个电子，按能级交错原理，先排4S，后排3d。排完4S2后，还剩5个电子，排为3d1、3d1、3d1、3d1、3d1（因为d轨道上，5个电子是半充满状态比较稳定，这里体现了洪特规则）。

　　据此，可以解释：Mn失去2个4S2 电子，显2价(MnO)，Mn失去2个4S2电子和1个3d1电子，显3价(Mn2O3)，Mn失去2个4S2 电子和2个3d1电子，显4价(MnO2)，Mn失去2个4S2电子和4个3d1电子，显6价(MnO3——锰酸酐，锰酸H2MnO4)，Mn失去2个4S2电子和5个2d1电子，显7价(Mn2O7——高锰酸酐，高锰酸HMnO4)，

————————————————————

　　【什么是原子】

　　原子(atom)是化学变化中的最小微粒。原子可看作地球一样大的体育馆里的一颗乒乓球，研究原子的方法好比在这个体育馆里放置10的23次方以上的乒乓球，并且让这些球不停地跳动起来。

　　原子核是由质子和中子构成，更外层有电子围着原子核高速转动。

　　原子是构成自然界各种元素的基本单位，由原子核和核外轨道电子(又称束缚电子或绕行电子)组成。原子也是构成元素的最小单位。

　　【原子半径大小与以下三个方面有关】

　　电子层数 核内质子数 电子数

　　(核内质子数=核电荷数)

　　通常是指以实验方法测定的相邻两种原 子核间距离的一半。从理论上说，核外电子无严格固定的运动轨道，所以原子的大小无严格的边界，无法精确测定一个单独原子的半径，因此通常所使用的原子半径数据只有相对的、近似的意义。如果将原子假设成一个球体的话，标准原子的直径大约为10的-10次方米。

　　1.电子层数越多 原子半径就越大

　　2.核内质子多 那么原子核质量就大 对电子的束缚能力就强原子半径反而越小

　　3.电子数越多 原子半径越大

　　比较同一周期的原子半径大小 就看核内质子数

　　比较同一族元素就看电子层数

　　如果两种元素的周期和族都不同 那么主要考虑电子层数与最外层电子数一般没有关系

　　【原子轨道】

　　原子轨道（英语：atomicorbital），又称轨态，是以数学函数描述原子中电子似波行为。此波函数可用来计算在原子核外的特定空间中，找到原子中电子的机率，并指出电子在三维空间中的可能位置。“轨道”便是指在波函数界定下，电子在原子核外空间出现机率较大的区域。具体而言，原子轨道是在环绕着一个原子的许多电子（电子云）中，个别电子可能的量子态，并以轨道波函数描述。

　　电子的原子与分子轨道，依照能阶排序

　　现今普遍公认的原子结构是波耳氢原子模型：电子像行星，绕着原子核（太阳）运行。然而，电子不能被视为形状固定的固体粒子，原子轨道也不像行星的椭圆形轨道。更精确的比喻应是，大范围且形状特殊的“大气”（电子），分布于极小的星球（原子核）四周。只有原子中存在唯一电子时，原子轨道才能精准符合“大气”的形状。当原子中有越来越多电子时，电子越倾向均匀分布在原子核四周的空间体积中，因此“电子云”越倾向分布在特定球形区域内（区域内电子出现机率较高）。

　　早在1904年，日本物理学家长冈半太郎首度发表电子以类似环绕轨道的方式在原子内运转的想法。1913年，丹麦物理学家尼尔斯·波耳提出理论，主张电子以固定的角动量环绕着体积极小的原子核运行。然而，一直到1926年、量子力学发展后，薛定谔方程式才解释了原子中的电子波动，定下关于新概念“轨道”的函数。

　　由于这个新概念不同于古典物理学中的轨道想法，1932年美国化学家罗伯特·马利肯提出以“轨道”（orbital）取代“轨道”（orbit）一词。原子轨道是单一原子的波函数，使用时必须代入n（主量子数）、l（角量子数）、m（磁量子数）三个量子化参数，分别决定电子的能量、角动量和方位，三者统称为量子数。每个轨道都有一组不同的量子数，且最多可容纳两个电子。s轨道、p轨道、d轨道、f轨道则分别代表角量子数l=0,1, 2,3的轨道，表现出如右图的轨道形状及电子排布。它的名称源于对其原子光谱特征谱线外观的描述，分为锐系光谱（sharp）、主系光谱（principal）、漫系光谱（diffuse）、基系光谱（fundamental），其余则依字母序命名g.h...（跳过j）。

　　在原子物理学的运算中，复杂的电子函数常被简化成较容易的原子轨道函数组合。虽然多电子原子的电子并不能以“一或二个电子之原子轨道”的理想图像解释，它的波函数仍可以分解成原子轨道函数组合，以原子轨道理论进行分析；就像在某种意义上，由多电子原子组成的电子云在一定程度上仍是以原子轨道“构成”，每个原子轨道内只含一或二个电子。

　　2层次

　　能层（电子层）

　　原子核外运动的电子绕核运动会受到原子核的吸引，他们运动能量上的差异可用他们运动轨道离核的远近表现出来。具有动量较大的电子在离核越远的地方运动，而动量较小的则在离核较近的地方运动。但是电子绕核运动与人造卫星绕地球运动不同。人造卫星绕地球运动的动量是连续变化的，由于能量的消耗，它的轨道会逐渐接近地球。但原子的能量是量子化的，原子核外电子运动的轨道是不连续的，他们可以分成好几层，这样的层，称为“电子层”，也称“能层”。

　　氢原子光谱的巴尔默系

　　氢原子线状光谱（右图，巴尔默线系）的事实可以证明电子层的存在。根据经典电磁学理论，绕核高速旋转的电子将不断从原子发射连续的电磁波，但从图中可以发现，氢原子的光谱图像是分立的，这与经典电磁学的推算结果矛盾，之后，玻尔提出了电子层的概念，成功推导出了描述氢原子光谱的里德伯公式（σ=R'×[(n^-2)-(m^-2)]）将里德伯常量R'与，普朗克常数联系在一起，电子层的存在从此得到了公认。

　　通常情况下，氢原子的电子在离核最近的电子层上运动，这时并不放出能量，此时的电子所处的状态称为“基态”。当氢原子从外界获得能量（如灼热、放电、辐射能等），它的电子可以跃迁到离核较远的电子层上，此时的电子所处的状态称为“激发态”。当电子从离核较远的电子层跃迁到能量相对更低也离核更近的电子层时，就会以光的形式放出能量。光的频率ν和两电子层的能量差∣E2-E1∣有下列关系：

　　hv=∣E2-E1∣

　　其中，h为普朗克常数（6.62×10^-27尔格·秒）

　　因为电子层是不连续的所以电子跃迁放出的能量也是不连续的（量子化的），这种不连续的能量在光谱上的反映就是线状光谱。

　　在现代量子力学模型中，描述电子层的量子数称为主量子数（principal quantumnumber）或量子数n，n的取值为正整数1、2、3、4、5、6、7，对应符号为K、L、M、N、O、P、Q。对氢原子来说，n一定，其运动状态的能量一定。一般而言：n越大，电子层的能量越高。

　　每个电子层所容纳的电子个数有限，为2n^2个，但当一个电子层是原子的最外层时，它至多只能容纳8个电子，次外层最多容纳18个。

　　如果一个电子在激发态，一个有着恰当能量的光子能够使得该电子受激辐射，释放出一个拥有相同能量的光子，其前提就是电子返回低能级所释放出来的能量必须要与与之作用的光子的能量一致。此时，受激释放的光子与原光子向同一个方向运动，也就是说这两个光子的波是同步的。利用这个原理，人们设计出了激光，它是可以产生频率很窄的光的光源。

　　在越来越多的光谱实验中，人们发现，电子在两个相邻电子层之间发生跃迁时，会出现多条相近的谱线，这表明，同一电子层中还存在着能量的差别，这种差别，就被称为“电子亚层”，也叫“能级”。

　　能级（电子亚层）

　　如果用更加精细的光谱仪观察氢原子光谱，就会发现，原来的整条谱线又有裂分，这意味着量子化的两电子层之间存在着更为精细的“层次”，这被称为“能级”，每一电子层都由一个或多个能级组成，同一能级的能量相同。

　　描述能级的量子数称为角量子数（angular quantumnumber）用“l”表示。对于每一个电子层对应的主量子数n，l的取值可以是0、1、2、n-1，也就是说，总共有n个能级，因为第一电子层K的n=1，所以它只有一个能级，而n=2的L层就有两个能级，表现在光谱上就是两条非常相近的谱线。

　　从第一到第七周期的所有元素中，人们共发现4个能级，分别命名为s，p，d，f。从理论上说，在第八周期将会出现第五个能级。

爱华网本文地址 » http://www.413yy.cn/a/25101015/248913.html