原子核外电子排布规律

原子核外电子排布规律 能量最低原理 电子层划分为 K L M O P Q 对应电子层能量增大 原子核外电子排布按照能量较低者低优先排布原则 每个电子层最多只能容纳 2n2个电子 最外层最多只能容纳 8 个电子 K 层为最外层时不能超过 2 个 次外层最多只能容纳 18 个电子 K 层为次外层时不能超过 2 个 倒数第三层最多只能容纳 32 个电子 注意 多条规律必须同时兼顾 简单例子的结构特点 1 离子的电子排布 主族元素阳离子跟上一周期稀有气体的电子层 排布相同 如钠离子 镁离子 铝离子和氖的核外电子排布是相同的 阴离子更同一周期稀有气体的电子排布相同 负氧离子 氟离子 和氖的核外电子排布是相同的 2 等电子粒子 注意主要元素在周期表中的相对位置 10 电子粒子 CH4 N 3 NH 2 NH3 NH 4 O 2 OH H2O H3O F HF Ne Na Mg 2 Al 3 等 18 电子粒子 SiH4 P 3 PH3 S 2 HS H2S Cl HCl Ar K Ca 2 PH 4 等 特殊情况 F2 H2O2 C2H6 CH3OH 核外电子总数及质子总数均相同的阳离子有 Na NH 4 H3O 等 阴离子有 F OH NH 2 HS Cl 等 前 18 号元素原子结构的特殊性 1 原子核中无中子的原子 11H 2 最外层有 1 个电子的元素 H Li Na 最外层有 2 个电子的 元素 Be Mg He 3 最外层电子总数等于次外层电子数的元素 Be Ar 4 最外层电子数等于次外层电子数 2 倍的元素 C 是次外层电 子数 3 倍的元素 O 是次外层电子数 4 倍的元素 Ne 5 最外层电子数是内层电子数一半的元素 Li P 6 电子层数与最外层电子数相等的元素 H Be Al 7 电子总数为最外层电子数 2 倍的元素 Be 8 次外层电子数是最外层电子数 2 倍的元素 Li Si 元素周期表的规律 1 最外层电子数大于或等于 3 而又小于 8 的元素一定是主族元素 最外层电子数为 1 或 2 的元素可能是主族 副族或 0 族元素 最外 层电子数为 8 的元素是稀有气体 He 例外 2 在元素周期表中 同周期的 A A 族元素的原子序数差别 有 第 2 3 周期 短周期 元素原子序数都相差 1 第 4 5 周期相差 11 第 6 7 周期相差 25 3 同主族 邻周期元素的原子序数差 位于过渡元素左侧的主族元素 即 A A 族 同主族 邻周 期元素原子序数之差为下一周期元素所在周期所含元素总数 相差 的数分别为 2 8 8 18 18 32 位于过渡元素左侧的主族元素 即 A A 族 同主族 邻周 期元素原子序数之差为下一周期元素所在周期所含元素种数 例如 氯和溴的原子序数之差为 35 17 18 溴所在第四周期所含元素的种 数 相差的数分别为 8 18 18 32 32 同主族非县令的原子序数差为上述连续数的加和 如 H 和 Cs 的原 子序数为 2 8 8 18 18 54 4 元素周期表中除 族元素之外 原子序数为奇数 偶数 的元 素 所属所在族的序数及主要化合价也为奇数 偶数 如 氯元素 的原子序数为 17 而其化合价有 1 1 3 5 7 最外层有 7 个电子 氯元素位于 A 族 硫元素的原子序数为 16 而其化合 价有 2 4 6 价 最外层有 6 个电子 硫元素位于 A 族 5 元素周期表中金属盒非金属元素之间有一分界线 分界线右上 方的元素为非金属元素 分界线左下方的元素为非金属元素 H 除 外 分界线两边的元素一般既有金属性也有非金属性 每周期的最 右边金属的族序数与周期序数相等 如 Al 为第三周期 A 族 元素周期律 1 原子半径的变化规律 同周期主族元素自左向右 原子半径逐 渐增大 同主族元素自上而下 原子半径逐渐增大 2 元素化合价的变化规律 同周期自左向右 最高正价 1 7 最 高正价 主族序数 O F 除外 负价由 4 1 非金属负价 8 族序数 3 元素的金属性 同周期自左向右逐渐减弱 同主族自上而下逐 渐增强 4 元素的非金属性 同周期制作仙游逐渐增强 同主族自上而下 逐渐减弱 5 最高价化合物对应水化物的酸 碱性 同周期自左向右酸性逐 渐增强 碱性逐渐减弱 同主族自上而下酸性逐渐减弱 碱性逐渐 增强 6 非金属气态氢化物的形成难以 稳定性 同周期自左向右形成 由难到易 稳定性逐渐增强 同主族自上而下形成由易到难 稳定 性逐渐减弱 原子核外电子按照轨道式排布时遵守下列次序 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p 规 律总结 s 有 1 个轨道 最多容纳 2 个电子 p 有 3 个轨道 最多容纳 6 个电子 d 有 5 个轨道 最多容纳 10 个电子 f 有 7 个轨道 最多容纳 14 个电子 每一个轨道可以容纳两个自选方向相反的电子 s p d N 1 s N d N 1 p N 2 s N f N 1 d 原子核外电子排布规律 1 泡利不相容原理 每个轨道最多只能容纳两个电子 且自旋相 反配对 2 能量最低原理 电子尽可能占据能量最低的轨道 3 洪特规则 简并轨道 能级相同的轨道 只有被电子逐一自旋 平行地占据后 才能容纳第二个电子 另外 等价轨道在全充满 半充满或全空的状态是比较稳定的 亦即下列电子结构是比较稳定的 全充满 p6 或 d10 或 f14 半充满 p3 或 d5 或 f7 全空 p0 或 d0 或 f0 还有少数元素 如某些原子序数较大的过渡元素和镧系 锕系中 的某些元素 的电子排布更为复杂 既不符合鲍林能级图的排布顺 序 也不符合全充满 半充满及全空的规律 而这些元素的核外电 子排布是由光谱实验结构得出的 我们应该尊重光谱实验事实 对于核外电子排布规律 只要掌握一般规律 注意少数例外即可 处于稳定状态的原子 核外电子将尽可能地按能量最低原理排布 另外 由于电子不可能都挤在一起 它们还要遵守保里不相容原理 和洪特规则 一般而言 在这三条规则的指导下 可以推导出元素 原子的核外电子排布情况 在中学阶段要求的前 36 号元素里 没有 例外的情况发生 1 最低能量原理 电子在原子核外排布时 要尽可能使电子的能量最低 怎样才能 使电子的能量最低呢 比方说 我们站在地面上 不会觉得有什么 危险 如果我们站在 20 层楼的顶上 再往下看时我们心理感到害怕 这是因为物体在越高处具有的势能越高 物体总有从高处往低处的 一种趋势 就像自由落体一样 我们从来没有见过物体会自动从地 面上升到空中 物体要从地面到空中 必须要有外加力的作用 电 子本身就是一种物质 也具有同样的性质 即它在一般情况下总想 处于一种较为安全 或稳定 的一种状态 基态 也就是能量最低 时的状态 当有外加作用时 电子也是可以吸收能量到能量较高的 状态 激发态 但是它总有时时刻刻想回到基态的趋势 一般来说 离核较近的电子具有较低的能量 随着电子层数的增加 电子的能 量越来越大 同一层中 各亚层的能量是按 s p d f 的次序增高 的 这两种作用的总结果可以得出电子在原子核外排布时遵守下列 次序 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 2 保里不相容原理 我们已经知道 一个电子的运动状态要从 4 个方面来进行描述 即它所处的电子层 电子亚层 电子云的伸展方向以及电子的自旋 方向 在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全相同的两个电 子存在 这就是保里不相容原理所告诉大家的 根据这个规则 如 果两个电子处于同一轨道 那么 这两个电子的自旋方向必定相反 也就是说 每一个轨道中只能容纳两个自旋方向相反的电子 这一 点好像我们坐电梯 每个人相当于一个电子 每一个电梯相当于一 个轨道 假设电梯足够小 每一个电梯最多只能同时供两个人乘坐 而且乘坐时必须一个人头朝上 另一个人倒立着 为了充分利用空 间 根据保里不相容原理 我们得知 s 亚层只有 1 个轨道 可以 容纳两个自旋相反的电子 p 亚层有 3 个轨道 总共可以容纳 6 个 电子 f 亚层有 5 个轨道 总共可以容纳 10 个电子 我们还得知 第一电子层 K 层 中只有 1s 亚层 最多容纳两个电子 第二电子 层 L 层 中包括 2s 和 2p 两个亚层 总共可以容纳 8 个电子 第 3 电子层 M 层 中包括 3s 3p 3d 三个亚层 总共可以容纳 18 个 电子 第 n 层总共可以容纳 2n2 个电子 3 洪特规则 从光谱实验结果总结出来的洪特规则有两方面的含义 一是电子 在原子核外排布时 将尽可能分占不同的轨道 且自旋平行 洪特 规则的第二个含义是对于同一个电子亚层 当电子排布处于 全满 s2 p6 d10 f14 半满 s1 p3 d5 f7 全空 s0 p0 d0 f0 时比较稳定 这类似于我们坐电梯的情 况中 要么电梯是空的 要么电梯里都有一个人 要么电梯里都挤 满了两个人 大家都觉得比较均等 谁也不抱怨谁 如果有的电梯 里挤满了两个人 而有的电梯里只有一个人 或有的电梯里有一个 人 而有的电梯里没有人 则必然有人产生抱怨情绪 我们称之为 不稳定状态 二 核外电子排布的方法 对于某元素原子的核外电子排布情况 先确定该原子的核外电子 数 即原子序数 质子数 核电荷数 如 24 号元素铬 其原子核 外总共有 24 个电子 然后将这 24 个电子从能量最低的 1s 亚层依次 往能量较高的亚层上排布 只有前面的亚层填满后 才去填充后面 的亚层 每一个亚层上最多能够排布的电子数为 s 亚层 2 个 p 亚 层 6 个 d 亚层 10 个 f 亚层 14 个 最外层电子到底怎样排布 还 要参考洪特规则 如 24 号元素铬的 24 个核外电子依次排列为 1s22s22p63s23p64s23d4 根据洪特规则 d 亚层处于半充满时较为稳定 故其排布式应为 1s22s22p63s23p64s13d5 最后 按照人们的习惯 每一个电子层不分隔开来 改写成 1s22s22p63s23p63d54s1 即可 原子核外电子排布应遵循的 三大规律 一 泡利不相容原理 1 在同一个原子里 没有运动状态四个方面完全相同的电子存在 这个结论叫泡利不相容原理 2 根据这个原理 如果有两个电子处于一个轨道 即电子层 电子 亚层 电子云的伸展方向都相同的轨道 那么这两个电子的自旋方 向就一定相反 3 各个电子层可能有的最多轨道数为 每个轨道只能容纳自旋相 反的两个电子 各电子层可容纳的电子总数为 2 个 二 能量最低原理 1 在核外电子的排布中 通常状况下 电子总是尽先占有能量最低 的原子轨道 只有当这些原子轨道占满后 电子才依次进入能量较 高的原子轨道 这个规律叫能量最低原理 2 能级 就是把原子中不同电子层和亚层按能量高低排布成顺序 象台阶一样叫做能级 1 同一电子层中各亚层的能级不相同 它们是按 s p d f 的 次序增高 不同亚层 ns np nd nf 2 在同一个原子中 不同电子层的能级不同 离核越近 n 越 小的电子层能级越低 同中亚层 1s 2s 3s 1p 2pE4S E4d E