当前课程知识点:材料学概论 > 第2讲 材料就在元素周期表中(一) > 2.1 元素在周期表中的位置决定于其核外电子排布 > 2.1.4 原子的核外电子排布(2)——电子排布的三个准则
好 我们现在讲的
讲原子的核外电子排布的第二节
电子排布的三个准则
就是电子排布
它按照一定的准则来排布
它是不是胡乱排布的
它如果胡乱排布
就没有元素周期表了
正因为它有规律的排布
才有了元素周期表
所以这一节
我们讲电子轨道排布的三个准则
电子的轨道能级分布
第三个问题
讲金属最集中的三类元素
第四个问题讲
为什么铁钴镍是铁磁性的
那么这些问题
可能同学们都听说过
但是道理上
在什么地方
必须用元素周期表来加以解释
这一张图讲的是
量子数与电子能级
我们可以复习一下
上节讲的内容
当N=1的时候
是K壳层
它最多容纳的电子数是两个
当N=2的时候
是L壳层
它最多容纳的电子数是八个
当N=3的时候
是M壳层
它最多容纳的电子数是什么
是八个
我们就把上节课复习一下
那么关于电子排布的三个准则
第一个准则
叫做泡利不相容原理
泡利不相容原理
它是怎么讲
就是在同一电子中
不可能有运动状态
指的是四个量子数
完全相同的两个电子数
它不可能有完全相同的
这四个量子数
完全相同的量子数级
不可能完全相同
最少有一个不同
大部分
就是不止有一个不同
最少有一个不同
它不可能有两个完全相同的
即使前边都相同
排列都相同了
最后两个还有一个正弦向上
一个正弦相反的
也就是MS等于负二分之一
正二分之一这两个也不一样
或者把它表述为
在同一原子轨道当中
最多只能容纳两个
自旋方向相反的电子
这是一个道理
你比如说钠原子的11个电子
所数的量子数
你排吧
你如果没有准则
你就排排排
它不行
它不是按照那个原则排的
一定是就按照泡利不相容原理
就是不可能有两个电子
它的四个量子数完全相等
或者是在同一原子轨道当中
最多只能容纳两个自旋方向
相反的电子
按照这个
你比方说K
K壳层
它只能容纳两个电子
这两个电子什么
一个自旋朝上
一个自旋相反
L壳层
它又是从SP排列
在2S2当中
它只能有两个电子
前2 1S2
就是K=1的
1S2是N=1的那个壳层当中
它只有两个电子
这两个电子必须得
自旋相反才行
在N=2的L壳层当中
这里边
又从S排起
SP排起
你注意2S2
前面那个2代表是什么
就是代表L壳层
L壳层的
那么它只能排两个电子
这两个电子
两个自旋也是不一样的
一个正二分之一
一个负二分之一
2P6
它可以有六个电子
这六个字的电子
你看它是怎么排列的
你看这六个电子
这六个电子
比如说N=2 L=1
ML不一样
ML它有等于零的
等于负一的 等于零的
等于正一的
它不一样的
你看前边它即使比方说
在这里边有两个
前边已经完全相同了
有两个已经完全相同了
你比方说
第七到第八个电子
比方说第七个 第八个电子
N=2 L=1
ML=0 ML=0
前边三个数都一样了
你后边两个指数
必须得不一样才行
一个自旋朝上
一个自旋朝下
要按照这种排列规律性排列
那么它的排列
规律性就相当明显了
排满了往后排
排满了往后排
排满了往后排
不能前边已经排满了
在挤上一个加塞
加不进去
不能加塞
一个一个排
按顺序排 排到最后
电子多了
你往后走
不能往前挤
它是这么个道理
那么第二个准则
就是能量最低原理
它讲的什么意思
电子先从最低能量
依次向较高能级排布
以保证系统能量最低
把这种原则
叫做能量最低原则
在电子排布的时候
先排最低的
当然先排最低的
按照第一条规律排了
你前排最低的第一条排
往上排
排的过程当中
也不能加塞
你这样排排
这是第二个原则
排列的结果是什么
先排S
排了S
你就是N=2的时候
又从S到P
N=3的时候
又从SPD这样排列
第三条原则就是洪特准则
同一亚层
较量子数的电子排布
总是尽可能分占不同的轨道
且自旋方向相同
我把这句话再重复一遍
同一亚层
较量子数的电子排布
总是尽可能分占不同的轨道
且自旋方向相同
注意 我们前面讲的
同一轨道当中
两个电子自旋必须得相反
这是指的B壳层
如果它在外边排
它不是B壳层
往外排的过程当中
它可以排的轨道比较多的时候
这两个电子
它的自旋不相同
要保证它是什么
要保证它占据不同的轨道
自旋方向相同
它是这个意思
自旋方向相同
你举例子来讲
你比方说碳
它往外排的过程当中
后边2P
它本来2P2有两个电子
这两个电子你按说这两个电子
排在同一轨道当中
一个自旋朝上
一个自旋朝下
它并不是这样
它两个自旋相同
占两个不同的轨道
那拿氧也是
拿氟也是等等这些
当然要是你比如说惰性气体
它外边两个电子
它是B壳层
它一正一反
如果不是B壳层
它要分占不同的轨道
保持自旋相同
这是核外电子排布的三个准则
第一个准则泡利不相容原理
第二个准则能量最低原理
第三个是洪特准则
有了这三个原理
就可以知道
它的原子序数多少
我马上就写出来
它电子排布是什么样子
有了原子序数
我可以排出来
有了原子序数我都可以排出来
它为什么
就是按照这种
这三个原理来排的
我们举例子
就是利用轨道填充图
表示原子钛的电子能级
利用刚才讲的三项准则
这三项准则
排列的结果
N=1的时候是1S2两个电子
N=2是2S2 2P6
N=3的时候
是3S2和3P6
这又八个电子
排完了以后
它要排4S2是两个电子
排完了4S2
它再排3D10两个电子
再加在一块是多少
2再加上多少8
再加上8
这是多少
18个 18个再加两个是多少
20个 20个再加2个 22
它的原子系数钛是22
这就是把它写出来
从按照这种规则
其它的元素
只要知道它的原子系数
都可以把核外电子
它的排布情况排列出来
-1.1 材料的定义和分类,选择材料的标准
-1.1 材料的定义和分类,选择材料的标准--作业
-1.2 材料的作用
--1.2.7 “制造材料者制造技术”,材料可以“以不变应万变”
-1.2 材料的作用--作业
-1.3 材料科学与工程四面体
-1.3 材料科学与工程四面体--作业
-1.4 材料与创新
--1.4.2 “9.11事件”世贸大厦垮塌和“3.11大地震”福岛核事故都涉 及材料
-1.4 材料与创新--作业
-本讲作业--作业
-2.1 元素在周期表中的位置决定于其核外电子排布
--2.1.3 原子的核外电子排布(1)——量子数和电子轨道
--2.1.4 原子的核外电子排布(2)——电子排布的三个准则
-2.1 元素在周期表中的位置决定于其核外电子排布--作业
-2.2 元素周期表反映元素的规律性
--2.2.1 核外电子排布的应用(1)——碳的sp3、sp2、sp杂化
--2.2.2 核外电子排布的应用(2)——四面体键的奇妙之处
--2.2.3 核外电子排布的应用(3)——电子授受及元素氧化数变化
--2.2.4 核外电子排布的应用(4)——过渡族元素和难熔金属
-2.2 元素周期表反映元素的规律性--作业
-2.3 过渡族元素、稀土元素和镧系元素
-2.3 过渡族元素、稀土元素和镧系元素--作业
-本讲作业--作业
-3.1 材料性能与组织结构的关系
-3.1 材料性能与组织结构的关系--作业
-3.2 从轨道能级到能带——绝缘体、导体和半导体
-3.2 从轨道能级到能带——绝缘体、导体和半导体--作业
-本讲作业--作业
-4.1 高炉炼铁和转炉炼钢
-4.1 高炉炼铁和转炉炼钢--作业
-4.2 金属材料的组织结构
-4.2 金属材料的组织结构--作业
-4.3 铸锭及其组织
-4.3 铸锭及其组织--作业
-本讲作业--作业
-5.1 金属材料的加工
-5.1 金属材料的加工--作业
-5.2 钢材的热处理
--5.2.4 钢的淬火(quenching)(1)——加热和急冷的选择
--5.2.5 钢的淬火(quenching)(2)——增加淬透性和防止淬火开裂
-5.2 钢材的热处理--作业
-5.3 钢的强化机制
--5.3.6 合金钢(2)——高速钢、不锈钢、弹簧钢和轴承钢
-5.3 钢的强化机制--作业
-本讲作业--作业
-6.1 粉体材料的性能
--6.1.1 粉体及其特殊性能(1)——小粒径和高比表面积
--6.1.2 粉体及其特殊性能(2)——易流动性和高分散性
--6.1.3 粉体及其特殊性能(3)——低熔点和高化学活性
--6.1.4 粉体的特性及测定(1)——粒径和粒径分布的测定
--6.1.5 粉体的特性及测定(2)——密度及比表面积的测定
--6.1.6 粉体的特性及测定(3)——折射率和附着力的测定
-6.1 粉体材料的性能--作业
-6.2 粉体的加工与处理
-6.2 粉体的加工与处理--作业
-6.3 粉体的应用
--6.3.3 粉体精细化技术——粒度精细化及粒子形状的改善
-6.3 粉体的应用--作业
-6.4 纳米材料
-6.4 纳米材料--作业
-本讲作业--作业
-7.1 陶瓷材料的定义和分类
-7.1 陶瓷材料的定义和分类--作业
-7.2 坯体成型
--7.2.2 陶瓷成型工艺(1)——旋转制坯成型和注浆成型
--7.2.3 陶瓷成型工艺(2)——干压成型、热压注成型和等静压成型
--7.2.4 陶瓷成型工艺(3)——挤压成型、注射成型和流延成型
-7.2 坯体成型--作业
-7.3 陶瓷烧结
-7.3 陶瓷烧结--作业
-7.4 陶瓷材料的结构
-7.4 陶瓷材料的结构--作业
-7.5 结构陶瓷
--7.5.1 结构陶瓷及应用(1)——Al2O3和Zr02
--7.5.2 结构陶瓷及应用(2)——TiO2、BeO和AlN
-7.5 结构陶瓷--作业
-7.6 功能陶瓷
--7.6.4 功能陶瓷及应用(3)——微波器件、传感器和超声波马达
-7.6 功能陶瓷--作业
-本讲练习--作业
-8.1 玻璃的发展简史
-8.2 玻璃的定义和特征
-8.3 玻璃的加工
-8.1-8.3 小节练习--作业
-8.4 建筑及高铁用玻璃
--8.4 建筑及高铁用玻璃--作业
-8.5 高技术玻璃
-8.5 高技术玻璃--作业
-本讲练习--作业
-9.1 何谓高分子和聚合物
-9.1 何谓高分子和聚合物--作业
-9.2 聚合物的合成
-9.2 聚合物的合成--作业
-9.3 从结构层次看聚合物
-9.3 从结构层次看聚合物--作业
-本讲练习--作业
-10.1 高分子材料性能与加工
--10.1.8 聚合物的成形加工及设备(1)——压缩模塑和传递模塑
--10.1.9 聚合物的成形加工及设备(2)——挤出成型和射出成型
--10.1.10 聚合物的成形加工及设备(3)——塑料薄膜和纤维丝制造
-10.1 高分子材料性能与加工--作业
-10.2 胶粘剂和涂料
-10.2 胶粘剂和涂料--作业
-本讲练习--作业
-11.1 复合材料的定义和分类
-11.1 复合材料的定义和分类--作业
-11.2 增强材料和基体材料
-11.2 增强材料和基体材料--作业
-11.3 复合材料的应用
-11.4 天然复合材料
-11.5 生物材料
-11.3-11.5 节练习--作业
-本讲练习--作业
-12.1 磁性的来源
--12.1.2 过渡金属元素3d壳层的电子结构与其磁性的关系
-12.1 磁性的来源--作业
-12.2 磁性材料的分类
-12.2 磁性材料的分类--作业
-12.3 磁畴和磁滞回线
-12.3 磁畴和磁滞回线--作业
-12.4 软磁材料与硬磁材料
-12.4 软磁材料与硬磁材料--作业
-本讲练习--作业
-13.1 薄膜的定义和薄膜形成的必要条件
-13.1 薄膜的定义和薄膜形成的必要条件--作业
-13.2 薄膜制备——PVD法
-13.2 薄膜制备——PVD法--作业
-13.3 薄膜制备——CVD法
-13.3 薄膜制备——CVD法--作业
-13.4 薄膜的加工
--13.4.2 反应离子刻蚀(RIE)和反应离子束刻蚀(RIBE)
-13.4 薄膜的加工--作业
-13.5 薄膜材料的应用
-13.5 薄膜材料的应用--作业
-本讲作业--作业