核外电子的排布规律.docx
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核外电子的排布规律
核外电子的排布规律
一、能量最低原理
所谓能量最低原理是，原子核外的电子，总是尽先占有能量最低的原子轨道，只有当能量较低的原子轨道被占满后，电子才依次进入能量较高的轨道，以使原子处于能量最低的稳定状态。
原子轨道能量的高低为：
1•当n相同，丨不同时，轨道的能量次序为svpvdvf。
例如，BsvBpvEadO
2•当n不同，丨相同时，n愈大，各相应的轨道能量愈高。
例如，E2svEasVE4s。
3•当n和丨都不相同时，轨道能量有交错现象。
即（n—1）d轨道能量大于ns轨道的能量,
（n-1）f轨道的能量大于np轨道的能量。
在同一周期中，各元素随着原子序数递增核外电子的填充次序为ns，（n—2）f，（n—1）d，np。
核外电子填充次序如图1所示。
图1电子填充的次序
rm
□m
□5p
5s
□
4s
1111
4p
Illi
□
3$
3p
LLU
3d
□2p
2&
图2多电子原子电子所处的能级示意图
最外层最多能容纳8电子,次外层最多能容纳18电子
ILI丨丨I丨1
5f
IIII1III
4f
2
每个电子层最多容纳的电子数为2n个（n为电子层数的数值）如：
各个电子层中电子的最大
电子层（n）
K⑴
L⑵
M⑶
N⑷
电子亚层
s
s
P
s
P
d
s
P
d
f
亚层中的轨道数
1
1
3
1
3
5
1
3
5
7
亚层中的电子数
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
容纳量
每个电子层中电子的最大容纳量（2n2）
2
8
18
32
KLMHOP
最多能容：
2318咒％72
（2x12）（2x"）（2x32）（2x42）（2x52）（2x禺
从表可以看岀，每个电子层可能有的最多轨道数为n2,而每个轨道又只能容纳2个
电子，因此，各电子层可能容纳的电子总数就是2n2。
二、鲍利（Pauli）不相容原理
鲍利不相容原理的内容是：
在同一原子中没有四个量子数完全相同的电子，或者说在同一
原子中没有运动状态完全相同的电子。
例如，氦原子的1s轨道中有两个电子，描述其中一个原
子中没有运动状态的一组量子数（n，l，mms）为1，0，0，+1/2，另一个电子的一组量子数必然是1,0，0,—1/2，即两个电子的其他状态相同但自旋方向相反。
根据鲍利不相容原理可以得岀这样的结论，在每一个原子轨道中，最多只能容纳自旋方向相反的两个电子。
于是，不难推
算岀各电子层最多容纳的电子数为2n2个。
例如，n=2时，电子可以处于四个量子数不同组合的8
种状态，即n=2时，最多可容纳8个电子，见下表。
n
2
2
2
2
2
2
2
2
l
0
0
1
1
1
1
1
1
m
0
0
0
0
+1
+1
—1
—1
ms
+1/2
—1/2
+1/2
—1/2
+1/2
—1/2
+1/2
—1/2
在等价轨道中，电子尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同，这就叫洪特规则。
洪特规则实际上是最低能量原理的补充。
因为两个电子同占一个轨道时，电子间的排斥作用
会使体系能量升高，只有分占等价轨道，才有利于降低体系的能量。
例如，碳原子核外有6个电
子，除了有2个电子分布在1s轨道，2个电子分布在2s轨道外，另外2个电子不是占1个2p轨道，而是以自旋相同的方向分占能量相同，但伸展方向不同的两个2p轨道。
碳原子核外6个电
子的排布情况如下：
QTjEBj匚111Lil卅2护2戸（电子推布此）
1t2s2p
作为洪特规则的特例，等价轨道全充满，半充满或全空的状态是比较稳定的。
全充满、半充满和全空的结构分别表示如下：
frjlOrl*»弓加严*0汕j-0
全充满：
-山-；半充满：
：
「一；全空：
一J/O
用洪特规则可以解释为什么Cr原子的外层电子排布式为3d54s1而不是3d44s2,Cu原子的外层
电子排布为3d104s1而不是3d94s2o
应该指岀，核外电子排布的原理是从大量事实中概括岀来的一般规律，绝大多数原子核外电子的实际排布与这些原理是一致的。
但是随着原子序数的增大，核外电子排布变得复杂，用核外电子排布的原理不能满意地解释某些实验的事实。
在学习中，我们首先应该尊重事实，不要拿原理去适应事实。
也不能因为原理不完善而全盘否定原理。
科学的任务是承认矛盾，不断地发展这些原理，使之更加趋于完善。
原子的最外层电子数为什么不超过8个？
次外层电子数为什么不超过18个？
O
由于能级交错的原因，氐＞En+i）s。
当ns和np充满时（共4个轨道，最多容纳8个电子），多
余电子不是填入nd，而是首先形成新电子层，填入（n+1）s轨道中，因此最外层电子数不可能超
过8个.o
同理可以解释为什么次外层电子数不超过18个。
若最外层是第n层，次外层就是第（n-1）
层。
由于E（n-1）f＞E（n+1）s＞Enp，在第（n+1）层岀现前，次外层只有（n—1）s、（n—1）p、（n—1）d上有
电子，这三个亚层共有9个轨道，最多可容纳18个电子，因此次外层电子数不超过18个。
例如，
原子最外层是第五层，次外层就是第四层，由于曰＞Es＞図，当第六层岀现之前，次外层（第四
层）只有在4s、4p和4d轨道上有电子，这三个亚层共有9个轨道，最多可容纳18个电子，也就
是次外层不超过18个电子.o
原子电子层结构及与元素基本性质的关系
1、随元素核电荷数递增，元素原子外层电子结构呈周期性变化，导致元素性质呈周期性的变化
这就是元素周期律。
周期与能级组的关系
周期
能级组
能级组内各原子轨道
能级组内轨道所能容纳的电子数
各周期中元素
1
-一一
1s
2
2
2
-二-
2s2p
8
8
3
三
3s3p
8
8
4
四
4s3d4p
18
18
5
五
5s4d5p
18
18
6
六
6s4f5d6p
32
32
7
七
7s5f6d7p
32
32
元素的分区
③d区元素，电子层结构是（n-1）d1-9ns1-2,从第皿B族到第忸类元素
练习
1、画岀锂、氧、钠原子的轨道表示式。
2、写出碳、氟、硫、钙、铜原子，镁离子、铁离子、Br-的电子排布式。
3、写出下列金属的元素符号、说明在表中位置、写出价电子层排布式：
钛、钒、铬、锰、铁、钻、镍、铜、银、金、锌、汞。
铁1s22s22p63s23p63d64s2
4.39号元素钇的电子排布应是下列各组中的哪一组?
2,2,6只2只610,2,6,,12
A.1s2s2p3s3p3d4s4p4d5sB
22626102612
C.1s2s2p3s3p3d4s4p4f5s
A.外围电子构型为4d15s2
D.铁。
Fe3+外围电子构型是3s23p63d5
6.下列元素中，哪一个元素外围电子构型中
3d全满，4s半充满?
D•镍
7•外围电子构型为
4f75d16s2的元素在周期表中应在什么位置?
A.第四周期叫B族
C.第六周期叫B族
B•第五周期皿B族
D•第六周期皿B族
D.第六周期皿B族，由于内层4f未填满，该元素必然是镧系元素钆。
8•下列四种元素的电子构型中，其电子构型的离子状态在水溶液中呈无色的是哪一种？
A.2,8,18,1B.2,8,14,
2
C.2,8,16,2D.2,8,18,
2
D.最外层具有2（S2）,8（s2p6）,18（s2p6d10）和18+2等稳定结构类型离子一般都没有颜色，因为在这些结构中，电子所处的状态比较稳定，一般可见光难以激发它们，因而不显颜色。
9•如果发现114号元素，该元素应属下列的哪一周期哪一族?
A.第八周期皿a族
C.第七周期WB族
B•第六周期Va族
D•第七周期Wa族
214102
D.原子序数为114的元素，其电子层结构可能为（Rn）7s5f6d7p,它属于第七周期第四
主族。
10•第二周期各对元素的第一电离能大小次序如下，其错误的是哪一组?
11
A.LivBe
C.应N>0。
周期表中同一周期电离能有些曲折变化。
按照洪特规则，等价轨道全满（P6,
d10）,半满（p3,d5）和全空（p0，d0）是相对稳定的。
在第二周期中，N有较高的第一电离能是
因为N原子为p3半充满之故。
12•外层电子构型为3d54s1的元素是,T1+离子的价电子构型是
铬（半满）、T1+（铊）的价电子构型是6s2。
13•周期表中所有元素按原子结构的特征，可分为五大区，它们是
A.，B.，C.，D.，E.。
A.s电子区；B.p电子区；C.d电子区；D.f电子区；（E）ds区。
14•如果第七周期是完全周期，其最终的稀有气体的电子层结构为，其原子序数应为
118
第七周期稀有气体的电子层结构为：
[Rn]7s26d107p6，原子序数为
（1）周期数==电子层数==最外电子层的主量子数=相应能级组数n
（2）各周期元素的数目==相应能级组中原子轨道所能容纳的电子总数。
（3）主族元素所在族数=原子最外层电子数（ns+np电子数）=最高正价数。
副族皿B〜％B族数=（n-1）d+ns电子数；忸族（n-1）d+ns电子数为8,9,10；IB、HB族为（n-1）d10ns12
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