巖土工程師備考資料：多電子原子的能級

　　多電子原子的能級

　　(一)屏蔽效應：在多電子原子中其余電子抵消核電荷對指定電子的作用叫做屏蔽效應。

　　屏蔽效應規(guī)律：(1)外層電子對內層電子不起屏蔽作用(2)同層電子互相間也有屏蔽作用，但小于內層對外層(3)離核越近的電子對外層電子屏蔽效應越大。

　　—般地說：(1)當n不同，L相同時，n越大，能量越高，如：E(1s)

　　(2)當n相同，L不同時，L越大，能量則越高，例如：E(3s)

　　(二)鉆穿效應：

　　在多電子原子中，每個電子既對其他電子起屏蔽作用，又被其他電子所屏蔽;某個電子被屏蔽的多少，除與其他電子的數目和狀態(tài)有關外，也與該電子本身所處的狀態(tài)(n和L)有關，特別是與該電子在核附近出現的幾率大小有關，一般來說，在原子核附近出現幾率較大的電子，可以較多地回避其他電子的屏蔽作用，直接受到較大有效核電荷的吸引，因而能量較低，在原子核附近出現幾率較小的電子，被屏蔽得較多，因而能量較高，這種由于外層電子鉆到內層，使它更靠近原子核，更易回避其他電子的屏蔽，因而能量更低的現象，叫做電子的鉆穿效應。所以總的看來，ns、np、，nd各電子分層離核的平均距離都差不多，但由于它們的電子云徑向分布的特點各不相同，因而ns電子在離核更近的區(qū)域內出現的總幾率要比np電子大，nd,nf則更少些，所以鉆穿效應強的順序為：ns>np>nd>nf

　　而它們的能級則正好相反。

　　鉆穿效應不僅能解釋n相同，L不同時軌道能量的高低，而且可解釋n和L都不相同時，有的軌道發(fā)生的能級次序交錯現象。

　　如：E4s3d4p，E5s4d5p, E6s4f5d6p

　　象這種主量子數較大的某些亞層能量，反而比主量子數較小的某些亞層能量低的現象，叫做能級交錯現象。

　　4、核外電子排布原理和電子排布

　　電子排布的“三原理”，這三個基本原理是能量最低原理，保里不相容原理和洪特規(guī)則。

　　(一)能量最低原理：就是電子在原子軌道上的分布，要盡可能的使電子的能量為最低，這就是說，電子首先填充l s軌道，然后接近似能級圖的次序向較高能級填充。

　　(二)保里不相容原理：每個原子軌道至多只能容納兩個電子，而且這兩個電子自旋方向必須相反，或者是說，在同一個原子中，不可能有兩個電子處于完全相同的狀態(tài)，即描寫原子中電子所處狀態(tài)的四個量子數(n，L，m，ms)不可能有兩個電子具有一組完全相同的數值。

　　(三)洪特規(guī)則：

　　在能量相等的軌道(也稱等價軌道或簡并軌道)如3個p軌道，5個d軌道，7個f軌道上分布的電子，將盡可能分占不同的軌道，而且自旋的方向相同。

　　例1 氮(N)原子中3個p電子是分布在3個p軌道上，并具有相同的自旋方向作為洪特規(guī)則的特例，等價軌道全充滿，半充滿或全空的狀態(tài)一般比較穩(wěn)定，也就是說，具有下列電子層結構的原子是比較穩(wěn)定的。

　　全充滿：p6、d10、f14，半充滿：p3、d5、f7，全空：p0、d0、f0

　　(四)核外電子排布：在確定電子層結構中，有些特殊情況要注意：

　　K、Ca原子，E 3d>E4s，因此電子先填充4s，然后再填充到3d上去，再排4p。同樣，后面的能級圖，也應先排能量低的如5 s一4d一5p，6s一4f一5d一6p。

　　K，19： 1s22s22p63s23p64s1

　　另外，兩個特殊的：Cu：29，1s22s22p63s23p63d104s1

　　Cr：24, 1s22s22p63s23p63d54s1

　　(五)元素周期表的劃分

　　(1)周期：元素所在的周期數等于該元素原子的電子層數，即第1周期元素原子有一個電子層，主量子數n=1，第3周期有三個電子層，最外層主量子數n=3，因此，這種關系表示為：周期數=最外電子層的主量子數n。

　　另外：各周期元素的數目等于相應能級組中原子軌道所容納的電子數。

　　例2

　　周期數 元素數目 相應能級組中原子軌道 電子最大容量

　　1 2 1 s 2

　　2 8 2 s2p 8

　　3 8 3s3p 8

　　4 18 4s3d4p 18

　　5 18 5 s4d5p 18

　　6 32 6s4f5d6p 32

　　7 20 7 s5f6d7p 未滿

　　(2)族：

　　主族元素的族數=原子最外電子層的電子數(ns+np)主族元素最高氧化數恰好等于原子最外電子層上的電子數目。

　　副族元素的族數=(n-1)d+ns的電子數

　　(3) 區(qū)的劃分：

　　s區(qū)：最外電子層結構是s1和s2，包括I A族堿金屬和ⅡA族堿土金屬。

　　p區(qū)：包括電子層結構從 s2p1 —s2p6的元素，即ⅢA一ⅦA主族元素，0族元素。

　　d區(qū)：本區(qū)元素的電子層結構最外層ns的電子數為1到2個，次外層d軌道上

　　電子數在l～9之間，包括ⅢB族到Ⅷ族元素，d區(qū)元素又可稱為過渡元素。

　　ds 區(qū)：電子層結構是d10 s1和d10s2，包括I B族到ⅡB族元素。

　　f區(qū)：本區(qū)元素的差別在倒數第三層(n一2)f軌道上電子數不同，由于最外兩

　　層電子數基本相同，故它們的化學性質非常相似，包括鑭系元素和錒系元素。

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