电子组态与化学周期.ppt

* 5. 電子組態與化學週期 5.1 多電子原子之電子組態 ? 主量子數相同的軌域, 稱為 主殼層 (shell)?例如: n=1 殼層 , n = 2 殼層 , n = 3 殼層 , … ? 每個主殼層中的s, p, d等軌域, 稱為副殼層 (subshell) ?例如: 1s 副殼層 (n=1, l=0), 2p 副殼層 (n=2, l=1), … ? 軌域名稱 (s, p, d, f, g, h,...) 源自光譜譜線的特徵: sharp, principal, diffuse and fundamental, 其後的軌域(g, h, …)依英文字母順序. ? 填於最外圍主殼層的電子, 稱為價電子 (valence electron) ? 填其它軌域能階較低的電子, 稱為內核電子 各副殼層電子的空間分佈 圖5.1 奧地利科學家包立 圖5.2 每個軌域至多只能填入兩顆電子 5.2 包立不相容原理 ? 考慮原子的自旋, 每個軌域 (n, l, ml) 可以填入兩個電子. ms = +? 或 ?? ? 原子的四個量子數: n, l, ml, ms ? 原子軌域之副殼層 : 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d, … n = 1, 2, … l = 0, …, n ? 1 (即 s, p, d, f, …)ml = ?l 至 +lms = +? 或 ?? 2 = 2??12 8 = 2??22 18 = 2??32 32 = 2??42 每個 (n, l) 的組合, 稱為 副殼層 (subshell) 5.3 遞建原理 ? 電子都是從能量最低的 1s 軌域開始佔據起，順序往能量次低的軌域填入。 ?原子核質子數愈多，電荷愈大，軌域能量便愈低，電子也就愈接近原子核。?對同一軌域而言, 原小序越大, 半徑越小 , 能階越低 ?因此, 每種元素的原子軌域能階都不同，例如: 氦原子的 1s 軌域能階便高於碳原子的 1s 軌域。 圖 5.3 德國科學家洪德 圖5.4 基態電子組態為能量最低的電子組態 5.4 洪德法則 ? 電子會先各自填上空置的軌域，在無可選擇的情況下兩顆電子才會置於同一軌域 5.4 洪德法則 (續) ? 以下碳 (6C)的各種組合, 以電子自旋均為同向時 (即 (c) ) 能量最低 (a) (1s)2(2s)2(2px)2 (??)1s (??)2s (??)2px( )2py( )2pz (b) (1s)2(2s)2(2px)1(2py)1 (??)1s (??)2s (? )2px(? )2py( )2pz (c) (1s)2(2s)2(2px)1(2py)1 (??)1s (??)2s (? )2px(? )2py( )2pz ? 能量最低的電子組態, 稱為基態 (ground state)?例如: (c) (??)1s (??)2s (? )2px(? )2py( )2pz 為碳的基態 ? 能量比基態高的電子組態, 稱為激發態 (excited state), ?例如: (a) (??)1s (??)2s (??)2px( )2py( )2pz 為碳的激發態  (b) (??)1s (??)2s (? )2px(? )2py( )2pz 為碳的激發態 5.5 順磁性與逆磁性 ? 當軌域中的電子為自旋平行, 原子具有順磁性 (paramagnetism),例如: 氧 (8O): (1s)2(2s)2(2p)4 (??)1s (??)2s (??)2px(?)2py(?)2pz ? 當軌域中的電子均為自旋逆平行, 原子具有逆磁性 (diamagnetism),例如: 鈹 (4Be): (1s)2(2s)2 (??)1s (??)2s ? 固體的晶相會改變其磁性, 例如 碳 (6C): (1s)2(2s)2(2p)2 (??)1s (??)2s (?)2px(?)2py 原子本身為順磁性, 但熱解石墨 (pyrolytic graphite)具有極強 的逆磁性 液態氧具有順磁性 資料來源: / 熱解石墨具有極強的逆磁性 資料來源: 維基百科, / 水具有逆磁性 資料來源: http://www.hfml.ru.nl/ 含水的生物體具有逆磁性 資料來源: / 資料來源: 5.6 電子組態的週期性 ? 每一個主量子數 n 代表一個主殼層, ? 每個主殼層可容納 2n