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探索原子結(jié)構(gòu)核外電子的排布規(guī)律與奧秘

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樓主
ID:127902 發(fā)表于 2016-6-25 15:58 | 只看該作者 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式


高中的化學(xué)體系個(gè)人感覺(jué)還是不完善的,化學(xué)的定義是研究物質(zhì)組成,結(jié)構(gòu),性質(zhì)及其變化規(guī)律的學(xué)科,所以物質(zhì)結(jié)構(gòu)在化學(xué)中是一個(gè)非常重要的領(lǐng)域,但是高中在這方面的探討卻幾乎沒(méi)有。在高中是化學(xué)反應(yīng)原理是重點(diǎn)(無(wú)機(jī)化學(xué)占高中化學(xué)的80%,而化學(xué)反應(yīng)原理占高中無(wú)機(jī)化學(xué)的65%左右),其大致內(nèi)容就是焓變,反應(yīng)速率,平衡移動(dòng),酸堿平衡之類的。側(cè)重點(diǎn)是元素化學(xué),也就是類似鐵,鋁,鈉哪些金屬的化學(xué)反應(yīng)和一些試驗(yàn)組成。所以這樣分析就可以看到了高中化學(xué)把物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)這大塊完完全全的漏掉了,其中原子核外電子的排布規(guī)則應(yīng)該是這部分的開(kāi)篇重點(diǎn)。在高中時(shí)期,我們對(duì)原子的電子結(jié)構(gòu)只是大至的講了一下它的電子層數(shù)與電子層電子結(jié)構(gòu)的基本排布規(guī)律,至于為什么這樣排布卻一字不提,所以弄得學(xué)生們難以理解,搞得云里霧里,這也許是當(dāng)今我們的教育體制尚不完善所帶來(lái)的問(wèn)題。

首先我要解釋一下原子結(jié)構(gòu)中的電子層符號(hào)分 K,L,M,N, O,  …等原子結(jié)構(gòu)層,

K層是原子結(jié)構(gòu)中的第一層,也就是最靠近原子核那一層,它只包含一電子亞層,這個(gè)亞稱為s,又簡(jiǎn)稱1s,在這個(gè)s亞層中只有一個(gè)軌道,而一個(gè)電子軌道最多可以容納2個(gè)電子。

L層是原子結(jié)構(gòu)中的第二層,它包含一個(gè)s亞層和一個(gè)p亞層,共二個(gè)亞層,這二個(gè)亞層簡(jiǎn)稱2s和2p(因?yàn)樗菍儆诘诙䦟又械膕和p的電子亞層,所以稱它為2s和2p)。而在這個(gè)p電子亞層中它含有三個(gè)軌道,最多可以容納6個(gè)電子。所以在第二層中它能容納最多的電子個(gè)數(shù)是2S+2P=2+6=8,即8個(gè)電子。

M層是原子結(jié)構(gòu)中的第三層,它包含一個(gè)s亞層和一個(gè)p亞層另加一個(gè)d亞層,共三個(gè)亞層,這三亞層簡(jiǎn)稱3s和3p和3d(因?yàn)樗菍儆诘谌龑又械膕, p、 d的電子亞層,所以稱它為3s和3p和3d)。而在這個(gè)d亞電子層中它含有5個(gè)電子軌道,最多可容納10個(gè)電子。所以在第二層中它能容納最多的電子個(gè)數(shù)是3S+3P+3D=2+6+10=18,即18個(gè)電子。

N層是原子結(jié)構(gòu)中的第四層,它包含一個(gè)s亞層、p亞層、d亞層、f亞層,共四個(gè)亞層,這四亞層簡(jiǎn)稱4s和4p和4d和4f(因?yàn)樗菍儆诘谒膶又械膕, p、 d、f的電子亞層,所以稱它為4s和4p和4d和4f)。而在這個(gè)f亞電子層中它含有7個(gè)電子軌道,最多可容納14個(gè)電子。所以在第二層中它能容納最多的電子個(gè)數(shù)是4S+4P+4D+4F=2+6+10+14=32,即32個(gè)電子。

另外在排列時(shí)有一個(gè)規(guī)律,不管電子層數(shù)再多,最外層最多總是不超過(guò)8個(gè)  次外層不超過(guò)18個(gè),而且是要依據(jù)泡利的能量(這種能量好象是一種勢(shì)能)最低原理來(lái)排列,越是靠近原子核的電子它的電子能量越低,它是最內(nèi)層的電子能量最低的要優(yōu)先排列。所以在安排核外電時(shí),電子層不但要安K,L,M,N,……程序排列,它的每一層中的電子亞層必須要按s, p、 d、 f、的程序先后來(lái)安排,而且也必須要按照泡利的能量最低的電子優(yōu)先排列這一原則。它的能量大小是這樣的s<p<d<f<……。

例如:20號(hào)元素Ca他的核外電子規(guī)律是第一層2個(gè) 第二層8個(gè) 第三層8個(gè),第四層2個(gè)。那么有人問(wèn),第三層為什么不排9,第四層排1 呢?這樣次外層不是也沒(méi)有超過(guò)18嗎,同樣最外層也不超過(guò)8嗎?這是因?yàn)?s軌道能量比3d的低,所以先必須要滿足4S中的二個(gè)電子,這樣就符合了泡利的能量最低原理。

通過(guò)上述解釋大家應(yīng)該對(duì)電子結(jié)構(gòu)排列有所了解了吧!我認(rèn)為學(xué)好原子結(jié)構(gòu)原理對(duì)大家學(xué)習(xí)電子技術(shù)基礎(chǔ)也是有極大的幫助的。









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