(17)--5-5 电子排布顺序与原子的基态.pdf

5.5电子排布顺序与原子

的基态

电子排布顺序

1925年Pauli提出不相容原理，人们这才深刻地认识到，元素性质的周期性，

是电子组态周期性的反映。下面我们从讨论各“轨道”的电子容量入手，

讨论电子的填充次序以及能级相对高、低的一般规律。

主量子数n相同的电子构成一个壳层；同一壳层内，相同l的电子构成一个

支壳层，一个壳层内可以有几个支壳层。

n1234567…

壳层KLMNOPQ…

l0123456…

支壳层spdfghi…

泡利不相容原理

按照泡利不相容原理，每一次壳层最多容纳电子数：=2(2l+1)；每一主

−12

壳层最多容纳电子数：=22+1=2。

=0

磁场的强弱以及有无磁场不影响各壳层可以容纳的电子数。

能量最低原理

原子在正常状态时，每个电子在不违背泡利不相容原理的前提下，总是尽

先占有能量最低的状态。

原子中各状态能量高低次序为n越小能量越低；n相同而l不同，l越小能量越

低。实际电子能级排列大致顺序如下：

1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p

纵观元素周期表中各元素核外电子的分布，我们发现电子在填充过程中

遵循如下规律：

1．原子核外电子数等于该原子的原子序数，各壳层和支壳层所能容纳

的最大电子数受上述规律制约。

2．每个壳层的最大电子容量是：2、8、18、32、……；而各周期的元

素依次是：2、8、8、18、……。可见两者并不一致；这说明：某一壳

层尚未填满，电子会开始填一个新的壳层。

3．基态是原子能量最低状态，因此，逐一增加电子时，被加电子要尽

可能填在能量最低状态。

原子的基态

1.决定原子基态的因素——电子组态、原子最外层电子数

2.下面我们介绍一下确定原子基态的方法步骤。

1)按原子序数确定电子组态

对于某一特定的原子，我们可以按照它的原子序数Z（核外电子数）来确定它

的电子组态。按实际壳层排列数2,8,8,18,18,32,32.由内向外排列；例如：钠原

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子的电子组态为：1s2s2p3s.

一般的电子组态常指原子最外层电子，即价电子给合状态。有时也指所有未

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满层电子组合。如铬电子组态为3d4s，是两个未满层电子的组合。

2)依据电子组态合成所有原子态，选出满足泡利原理的原子态

从电子组态有可能合成多少状态；再依照泡利原理，选出按原理允许的原子

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态。例如，sp组态可以产生P1，P2，1，0四个状态；而np（或者np）组态可以产

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生S，D，P五个状态。现在的问题是，这些状态的能量次序怎么样，哪

022，1，0

一个能量最低（基态）？

3)确定原子基态较方便的原则——洪特定则和朗德间隔定则

要严格地回答不同状态的能量数值，必须依靠量子力学计算。现在，我们可

以利用两个定则，洪特定则和朗德间隔定则，比较方便地回答不同原子态的次序

及在三重态中每对相邻能级之间的间隔大小。

能级高低(基态)的定则——洪特定则

对于一个给定电子组态形成的一组原子态，当某原子态具有的自旋S最

大时，它处的能