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1、化學競賽專題五元素周期律和元素周期表一、.教材精講一、原子核外電子排布1．核外電子運動狀態(tài)的具體化描述核外電子的運動狀態(tài)原子軌道（軌道）電子的自旋狀態(tài)能層（電子層）能級（電子亞層）空間伸展方向主量子數n角量子數l磁量子數m自旋量子數ms⑴核外電子的運動狀態(tài)，由能層、能級、電子云的空間伸展方向、電子的自旋狀態(tài)四個方面來描述，換言之，用原子軌道（或軌道）和電子的自旋狀態(tài)來描述。⑵能層（電子層、用主量子數n表示）：按核外電子能量的高低及離核平均距離的遠近，把核外電子的運動區(qū)域分為不同的能層（電子層）。目前n的取值為1、2、3、4、5、6、7，對應的符號是英文字母K、L、
2、M、N、O、P、Q。一般地說：n值越大，電子離核的平均距離越遠、能量越高，即E(n=1)＜E(n=2)＜E(n=3)＜E(n=4)＜……。⑶能級（電子亞層、用角量子數l表示）：在多電子原子中，同一能層（電子層）的電子，能量也可能不同，還可以把它們分為不同的能級或電子亞層（因為這些不同的能量狀態(tài)的能量是不連續(xù)的，像樓梯的臺階一樣，因為稱為能級）。用角量子數l來描述這些不同的能量狀態(tài)。對于確定的n值，角量子數l的取值有n個：0、1、2、3、（n-1），分別用s、p、d、f……表示。E(ns)＜E(np)＜E(nd)＜E(nf)＜……。⑷電子云的空間伸展方向（用磁量子數
3、m表示）：對于確定的能層和能級（n、l已知），能級的能量相同，但電子云在空間的伸展方向不一定相同，每一個空間伸展方向稱為一個軌道，用磁量子數m來描述。不同能層的相同能級，其空間伸展方向數相同，即軌道數相同。S能級（亞層）是球形，只有1個伸展方向；p能級（亞層）是亞鈴形，有3個伸展方向（三維坐標的三個方向）；d、f能級（亞層）形狀比較復雜，分別有5、7個伸展方向。⑸原子軌道（或軌道）：電子在原子核外出現的空間區(qū)域，稱為原子軌道。在量子力學中，由能層（電子層、主量子數n）、能級（電子亞層、角量子數l）和電子云的空間伸展方向（磁量子數m）來共同描述。15由于原子軌道由n
4、、l、m決定，由此可以推算出：s、p、d、f能級（亞層）分別有1、3、5、7個軌道；n=1、2、3、4、…時，其對應電子層包含的軌道數分別為1、4、9、16…，即對于主量子數為n的電子層，其軌道數為n2。1s2s3s4s5s6s7s2p3p4p5p6p7p3d4d5d6d7d4f5f6f7f起點⑹電子的自旋狀態(tài)：電子只有順時針和逆時針兩種自旋方向，用自旋量子數ms表示。二、原子核外電子排布1．構造原理⑴構造原理：隨著核電荷數遞增，大多數元素的電中性基態(tài)原子的電子按右圖順序填入核外電子運動軌道（能級），叫做構造原理。⑵能級交錯：由構造原理可知，電子先進入4s軌道，后
5、進入3d軌道，這種現象叫能級交錯。⑶說明：構造原理并不是說4s能級比3d能級能量低（實際上4s能級比3d能級能量高），而是指這樣順序填充電子可以使整個原子的能量最低。也就是說，整個原子的能量不能機械地看做是各電子所處軌道的能量之和。2．能量最低原理現代物質結構理論證實，原子的電子排布遵循構造原理能使整個原子的能量處于最低狀態(tài)，簡稱能量最低原理。構造原理和能量最低原理是從整體角度考慮原子的能量高低，而不局限于某個能級。3．泡利原理和洪特規(guī)則⑴泡利（不相容）原理：基態(tài)多電子原子中，不可能同時存在4個量子數完全相同的電子。換言之，一個軌道里最多只能容納兩個電子，且電旋方
6、向相反（用“↑↓”表示），這個原理稱為泡利（Pauli）原理。⑵洪特規(guī)則：當電子排布在同一能級的不同軌道（能量相同）時，總是優(yōu)先單獨占據一個軌道，而且自旋方向相同，這個規(guī)則叫洪特（Hund）規(guī)則。比如，p3的軌道式為↑↑↑或↓↓↓，而不是↑↓↑。⑶洪特規(guī)則特例：當p、d、f軌道填充的電子數為全空、半充滿或全充滿時，原子處于較穩(wěn)定的狀態(tài)。即p0、d0、f0、p3、d5、f7、p6、d10、f14時，是較穩(wěn)定狀態(tài)。前36號元素中，全空狀態(tài)的有4Be2s22p0、12Mg3s23p0、20Ca4s23d0；半充滿狀態(tài)的有：7N2s22p3、1515P3s23p3、24C
7、r3d54s1、25Mn3d54s2、33As4s24p3；全充滿狀態(tài)的有10Ne2s22p6、18Ar3s23p6、29Cu3d104s1、30Zn3d104s2、36Kr4s24p6。4．核外電子排布的一般規(guī)則⑴每個電子層（主量子數為n）所能容納的電子數最多為2n2個（泡利原理）。⑵原子最外層電子數目不能超過8個（K層為最外層時不能超過2個）；能級交錯。⑶原子次外層電子數目不能超過18個（K層為次外層時不能超過2個）。能級交錯。5．核外電子排布的表示方法⑴原子結構簡（示意）圖：圓圈內數字表示質子數，弧線表示能層（電子層），弧線內數字表示該能層（電子層）中的電子
8、數。如鎂原
