初中(九年级)化学,如何巧记能级排列呢?

62 2024-07-08 10:51

1.核外电子从内到外,最外层电子数依次不得超过2n²,各周期的元素数:2、8、8、18、18、32、32。

2.最外层电子数不得超过8,次外层电子数不得超过18。 这是由泡利不相容原理、洪特规则等量子力学原理决定的,在化学中属于结构化学的研究范畴,高中教材中只要求掌握规律,记住结论。 Ca的核外电子排布为“2 8 8 2”,如果第3层有9个电子就违反了第1条规则。

事实上,第3个电子层有s、p、d这3个能级:s能级有1个轨道,最多2个电子;p能级有3个轨道,最多6个电子;d能级电子数为0。加起来最多可以排8个电子。如果有9个就不符合理论了。 您认为第3层最多有2×3²=18个电子是不是?没错,第3层的确最多可以排满18个电子!不过,谁说非要先把第3层排满才能排第4层?可能因为第1、2层情况是这样,您就相信电子排布一定是从内到外吧?事实上,电子的填充顺序是按照能量从低到高的原则,第2层的所有能级能量都大于第1层,第3层能量也都大于第2层,但是第4层的部分能级(4s能级,4表示电子层,s表示能级名称)就不同了,位于靠外的4s能级能量居然反常地低于第3层的部分能级(3d能级)!这就是传说中的能级交错现象。 能级交错的影响是:到了填充第3层电子的时候,电子会先填充第3层的部分轨道(先不填满哦!),然后直接填充第4层的部分轨道(也不填满),最后再回过头来把填满第3层的工作做完。电子层大于3时,能级交错就很普遍了。而且电子层越多,能级交错越复杂。 最大电子数2n²的规则并没有改变,出问题的是电子的填充规则。它只是想把能量更低的轨道先填满,而轨道的能量不是从内到外按顺序排列的。 “这其中,是不是因为能级交错现象,从而使d能级的电子数为0啊?” 这的确是能级交错造成的,能自己发现这一点真不错哦!我本来还担心问题没说得透彻,看来效果够了。 有兴趣的话,可以看看下面的原子结构基本知识,我尽量写得浅显: 核电荷数大的原子,核外电子就很多。事实上,核外电子并不是挤在一起绕核旋转的。不同的电子与原子核距离是不同的,而且距离原子核更近的电子能量更低。按照经典的概念,电子是在轨道上运动的,即原子核外有许多不同能量的轨道,轨道的能量就代表了电子运动的能量,以方便研究,距离原子核近的轨道能量低。 把电子轨道按照“能量相近的划分到一组”的原则,可以把电子轨道分为多组,每一组轨道被称为一个能层,也就是电子层。有些相邻轨道之间的能量差很大,而有些相邻轨道之间的能量差很小,所以能层的划分就变得比较简单。具体的划分方法是人为规定的。能层的名字有:K、L、M、N……等,一直按字母表顺序接下去,目前只有7个电子层。 在同一能层(电子层)中,有多个轨道,各轨道的能量有相同的,也有相近的。把同一能层中能量不同的轨道分组,而把能量相同的轨道放在一起,就成了能级。能级的划分与能层相似,属于能层的下一级。能级有s、p、d、f、g、h……等,一直按字母表顺序接下去,而不同的能层中能级数量也不同。第1个电子层只有1个s能级,第2个电子层有s、p2个能级。第3能层有3个能级……第7能层有7个能级。 对于每一个能级,都含有能量完全相同的轨道。s能级有1个轨道,p能级有3个轨道,d能级有5个轨道……之后每个能级的轨道数依次递增2。 根据泡利不相容原理,每个轨道最多容纳2个电子,而且这2个电子必须是自旋相反。遵守泡利不相容原理的微观粒子叫费米子,例如电子、中子、质子,而不遵守泡利不相容原理的微观粒子叫玻色子。 能层、能级、轨道、跃迁(电子在能量不同的轨道之间跳跃,会吸收或者释放能量)……这些概念都是量子物理学家玻尔(Niels Henrik David Bohr)提出来的,在结构化学中,由量子化学家鲍林加以推广。海森堡建立现代量子力学后,这个模型在物理中逐渐被淘汰,甚至已缺乏正确性,而在基础化学中得以保留,以简化问题。 从下图中可以看出,随着电子层数的增加,电子填充开始在多个能层之间反复迂回,而且能级交错越来越复杂。

 

 

 

 

 

 

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