当前课程知识点:无机化学 > 第7章 原子结构与元素周期律 > 7.6 多电子原子结构 > 7.6.1 多电子原子结构
同学你好
这节我们讲多电子原子结构
前几节我们简单的介绍了
氢原子核外电子排布的规律
那么多电子原子核外电子
排布遵循什么样的规律呢
根据光谱实验鲍林对周期系中各元素原子的
原子轨道能级图进行分析归纳
总结了多电子原子中
各原子轨道能级高低的近似顺序
如图所示
图中每一个小圆圈代表1个原子轨道
例如这个就代表的是原子轨道
圆圈所代表的位置的高低代表轨道能量的高低
能量近似的轨道组成一个能级组
一个能级组就在一个方块内
也就是一个周期
另外能级组还追寻N加0.7L规则
例如E6S中N等于6
L等于0代入N加0.7L
求的结果是6.0
同理我们可以算出4F5D6P的
那么这些计算的结果的整数部分我们给拿出来
它们的结果都是六
所以它们都属于第六周期
同时根据计算结果的大小
大家可以看到
六点零六点一六点四六点七
我们可以根据结果的大小
也可以得出它们能量大小的顺序
那么顺序为
E6S小于E4F小于E5D小于E6P
那么鲍林能级图
解决了核外电子填充顺序的问题
那么它的填充顺序为
1S2S2P3S3P4S3D4P5S4D5P6S4F5D6P
那么为了大家方便记忆
我们展示如图所示的记忆法
请大家自行熟悉记忆
另外还有科顿能级图
科顿根据原子轨道能量与
原子序数进行作图得到的能级图
那么根据科顿能级图
我们可以得到三点规律
首先第一点
N相同的氢原子轨道能量是相同的
它具有简并性
第一点
具有简并性
第二
原子轨道的能量随着原子序数的增大而降低
如图所示
第三
随着原子序数的增大
原子轨道产生能级交错现象
科顿能级图主要解决的是电子丢失顺序的问题
那么它的丢失顺序为
1S2S2P3S3P3D4S4P4D4F5S5B5D6S6P
但它不能解决电子填充顺序的问题
在多电子原子中出现
原子轨道能级分裂和能级交错的现象
我们通过屏蔽效应和钻穿效应来解释
第一个为屏蔽效应
那么屏蔽效应是指
在多电子原子中和电荷对某个电子的吸引力
因其他电子对该电子的排斥而被削弱的作用
我们称为屏蔽效应
那么公式为
E等于N方分之
-2.179乘以10的-18次方
括弧Z减去σ括弧的平方焦耳
其中σ为被屏蔽的电荷
也称屏蔽系数
这一减σ是有效核电荷
根据这个我们就可以计算出
内层电子对外层电子的屏蔽作用的大小
屏蔽规律分为四种
第一外层电子对内层电子是没有屏蔽作用的
这个是可以忽略不计
第二
N相同L不同
那么电子之间的屏蔽效应
顺序为NS大于NP大于ND大于NF
原子轨道能级顺序为
ENS小于ENP小于END小于ENF
第三
N不同L相同
电子之间的屏蔽效应顺序为
ES大于2S
大于3S大于4S
原子轨道能级顺序为
E1S小于E2S
小于E3S小于E4S
第四点
N不同L不同
这得根据计算来决定屏蔽作用的大小
第二
钻穿效应
那么钻穿效应是指外层电子
能够避开其他电子的屏蔽作用
而钻到内层
出现在离核较近的地方
例如3D与4S轨道径向分布图所示
4S电子云的最大风虽然比3D离核较远
但它有三个小风钻到3D的风内
更靠近核
使得4S的电子能量低于3D的电子的能量
所以E4S要小于E3D出现了能级交错
那么这个现象是由钻穿效应引起的
再例如
E6S小于E4F小于E5D小于E6P
同样的道理也是钻穿效应引起的
那么多电子原子核外排布遵循哪些规律
一共三点
第一鲍林不相容原理
同一原子中不可能
有四个量子数完全相同的电子存在
即每个轨道内最多只能容纳两个自旋
相反的电子
第二能量最低原理
电子优先占据能量较低的轨道
使体系能量较低
第三
HUND规则在N和L相同的轨道及等价轨道上
分布的电子将尽可能地分散M不同的轨道
且自旋平行
那么进一步解释就是
第一运动状态只能有一个电子
就像世界上很难找到
两片完全相同的树叶一样是独一无二的
第二
每个轨道最多能容纳两个自旋相反的电子
第三
当原子轨道为SPDF时
原子轨道数为1357
也就是说每一个较量子数都有2L加一个轨道
那么每一个轨道最多电子数为二六十十四
第四
每一个电子层中原子轨道的总数为N的平方
如N等于2
共有四个轨道
分别是一个2S轨道和三个2P轨道
第五
每个电子层中电子的最大容量为
2N的平方如N等于1
有一个ES轨道可以容纳两个自旋相反的电子
那么怎么表示核外电子排布
我们以C六和N七为例
其中用圆圈来表示轨道
圆圈的高低表示能量的高低
首先碳六核外共有六个电子
我们用碳六来表示
同时它六属于第二周期
那么它的原子轨道应该为1S2S2P
根据前面鲍林不相容原理和能量最低原理
1S和2S可以分别排列两队自旋相反的电子
因此还剩两个电子
那么这个两个电子根据HUND规则
将尽可能分散M不同的轨道
所以剩下的两个电子将分别占据不同的轨道
如图所示
那么碳六的电子排布式为
1S2 2S2 2P2
同理我们也可以得到氮气的电子排布
为1S22S2和2P3
但是HUND规则也有特例
电子处于全满
半满全空
这时的原子是较稳定的
这时的原子是较稳定的
如铬原子
电子的排布式为1S22S2
2P6
3S23P63D54S1
在这里3D5和4S1部写成3D6或者
3D44S2
这是由于半充满是最稳定的
也就是说3D54S1是处于半充满是稳定状态
同道核外电子排布也是如此
这是同的电子和外排布
另外在这里呢大家需要了解到
在化学反应当中
参与反应的只是原子的外层电子
其内层电子的结构不变
因此不参与反应的内层电子
我们称为原子时
可用相应的稀有气体元素符号加方括号来表示
如铬的核外电子排布式
我们可以简写为
AR中括号3D54S1
其中方括号AR就表示铬的
核外电子排布式中的1S22S22P63S23P6
那么这部分我们就称为原子时
根据鲍林能级图和N加0.7L规则
基态原子的外层电子填充顺序为
NSN减2FN减1D和NP
而价电子电力顺序应遵循N加0.4L
顺序为NPNSN减1D和N减2F
这节我们讲到这里
-1.1 物质的聚集状态和分压定律
--第1.1节讨论 应用理想气体状态方程的时候应注意哪些问题
--第1.1节测试 物质的聚集状态和分压定律
-1.2 稀溶液的依数性
--第1.2节讨论 为什么讨论稀溶液的依数性时将溶质限定为难挥发非电解质
--第1.2节测试 稀溶液的依数性
-第1章测试 物质的聚集状态
-2.1 化学热力学基本概念
--第2.1节测试 化学热力学基本概念
-2.2 化学反应热效应
--第2.2节测试 化学反应的热效应
-2.3 化学反应热效应计算
--第2.3节测试 化学反应热效应计算
-2.4 化学反应方向判据
--第2.4节测试 化学反应方向判据
-第2章测试 化学热力学基础
-3.1 影响化学反应速率的因素
--第3.1节测试 影响化学反应速率的因素
-3.2 化学反应速率理论
--第3.2节讨论 有人说根据反应方程式可以直接写出速率方程,这种说法对吗?
--第3.2节测试 化学反应速率理论
-3.3 化学平衡理论
--第3.3节测试 化学平衡理论
-3.4 化学平衡移动
--第3.4节测试 化学平衡移动
-第3章测试 化学反应速率与化学反应平衡
-4.1 酸碱理论
--第4.1节讨论 阿雷尼乌斯电离理论、酸碱质子理论和酸碱电子理论各有什么优缺点?
--第4.1节测试 酸碱理论
-4.2 水的电离平衡
--第4.2节测试 水的电离平衡
-4.3 弱酸弱碱平衡
--第4.3节测试 弱酸弱碱平衡
-4.4 盐水解平衡
--第4.4节测试 盐水解平衡
-4.5 缓冲体系
--第4.5节讨论 人体血浆中有哪些缓冲系统,最重要的是哪一个?
--第4.5节测试 缓冲体系
-第4章测试 酸碱平衡
-5.1 溶度积常数
--第5.1节测试 溶度积常数
-5.2 溶度积常数与溶解度换算关系
--第5.2节测试 溶度积常数与溶解度换算关系
-5.3 溶度积规则
--第5.3节测试 溶度积规则
-5.4 影响沉淀生成因素
--第5.4节测试 影响沉淀生成因素
-5.5 分步沉淀
--第5.5节测试 分步沉淀
-5.6 沉淀溶解
--第5.6节测试 沉淀溶解
-5.7 沉淀转化
--第5.7节测试 沉淀转化
-第5章测试 沉淀-溶解平衡
-6.1 原电池
--第6.1节测试 原电池
-6.2 电极电势
--第6.2节测试 标准电极电势
-6.3 Nernst方程
--第6.3节讨论 电池反应和电极反应的能斯特方程有什么异同点?
--第6.3节测试 电极电势Nernst方程
-6.4 电极电势的应用
--第6.4节讨论 怎么解释单质银不能从盐酸溶液中置换出氢气,但可从氢碘酸中置换出氢气
--第6.4节测试 电极电势应用
-6.5 元素电势图及其应用
--第6.5节测试 元素电势图及其应用
-第6章测试 氧化还原平衡
-7.1 玻尔氢原子模型
--第7.1节测试 玻尔氢原子模型
-7.2 波粒二象性
--第7.2节测试 波粒二象性
-7.3 薛定谔方程
--第7.3节测试 薛定谔方程
-7.4 四个量子数
--第7.4节测试 四个量子数
-7.5 波函数角度分布图
--第7.5节测试 波函数角度分布图
-7.6 多电子原子结构
--第7.6节测试 多电子原子结构
-7.7 元素性质的周期性变化
--第7.7节讨论 说说电离能和电子亲合能的变化趋势,其中有哪些特例
--第7.7节测试 元素性质的周期性变化
-第7章测试 原子结构与元素周期律
-8.1 现代价键理论
--第8.1节测试 现代价键理论
-8.2 杂化轨道理论
--第8.2节讨论 sp、sp2、sp3杂化轨道的成键能力的大小次序?
--第8.2节测试 杂化轨道理论
-8.3 价层电子对互斥理论
--第8.3节测试 价层电子对互斥理论
-8.4 分子轨道理论
--第8.4节测试 分子轨道理论
-第8章讨论 为什么说杂化轨道理论和价层电子对互斥理论存在互补关系
-第8章测试 分子结构
-9.1 晶体结构
--第9.1节测试 晶体结构
-9.2 金属键理论与金属晶体
--第9.2节测试 金属键与金属晶体
-9.3 离子键与离子晶体
--第9.3节测试 离子键与离子晶体
-9.4 离子极化理论
--第9.4节测试 离子极化理论
-9.5 分子间力与分子晶体
--第9.5节测试 分子间力与分子晶体
-9.6 氢键
--第9.6节测试 氢键
-第9章测试 晶体结构
-10.1 配位化合物组成及命名
--第10.1节测试 配位化合物组成和命名
-10.2 配合物解离平衡
--第10.2节测试 配合物解离平衡
-10.3 配合物解离平衡的移动
--第10.3节测试 配合物解离平衡移动
-10.4 配合物的化学键理论-杂化轨道理论
--第10.4节测试 配合物的化学键理论-杂化轨道理论
-10.5 配合物的晶体场理论
--第10.5节测试 配合物的晶体场理论
-第10章讨论 为什么大多数金属水合离子有颜色,但是锌离子、银离子无色
-第10章测试 配位化学基础
-第11章测试 氢和稀有气体
-第12章测试 碱金属和碱土金属
-第13章测试 硼族、碳族和氮族元素
-第14章测试 氧族元素和卤素
-第15章测试 过渡元素
-动植物体中微量元素的检测
-趣味实验小视频
--糖球烧焦案.m
--指纹重现江湖
--紫甘蓝汁的传奇