请告诉我原子的S,P轨道理论是什么?

一、原子核外电子组态原理

对于处于稳定状态的原子,核外电子会尽可能按照能量最低的原则排列。另外,因为电子不可能都挤在一起,所以也要遵守泡利不相容原理和亨特法则。一般来说,在这三条规则的指导下,可以推导出元素原子的核外电子构型,中学要求的前36种元素中也没有例外。

1.最小能量原理

当电子排列在原子核外时,电子的能量应该尽可能低。怎样才能使电子的能量最小化?比如,如果我们站在地上,我们不会感觉到任何危险;如果我们站在20楼的楼顶,往下看会觉得很害怕。这是因为物体的势能越高,物体的势能就越高。就像自由落体一样,我们从未见过一个物体自动从地面升到空中。如果一个物体想从地面到空中,它必须有一个外力。电子本身是一种物质,具有相同的性质,即它总是希望处于一种更安全(或稳定)的状态(基态),即能量最低的状态。当有外力作用时,电子也可以吸收能量到更高能态(激发态),但它总想回到基态。一般来说,离原子核越近的电子能量越低,随着电子层数的增加,电子的能量越来越大;在同一层中,各子层的能量按照S、P、D、f的顺序递增,这两个作用的总结果表明,电子在核外的排列顺序为:1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p……...

2.泡利不相容原理

我们已经知道,一个电子的运动状态要从四个方面来描述,即电子层、电子子层、电子云的延伸方向和电子的自旋方向。同一个原子中没有也不可能有两个运动状态完全相同的电子,这是泡利不相容原理告诉大家的。根据这个规律,如果两个电子在同一轨道上,那么这两个电子的自旋方向一定是相反的。换句话说,每个轨道只能容纳两个自旋方向相反的电子。这就像坐电梯一样。每个人都相当于一个电子,每个电梯都相当于一条轨道。假设电梯足够小,每部电梯只能同时供两个人使用,一个人必须抬头坐着,另一个人倒立着(为了充分利用空间)。根据泡利不相容原理,我们知道S子层只有1轨道,可以容纳两个自旋相反的电子;P子层有三个轨道,总* * *可以容纳六个电子;F子层有五个轨道,总* * *可以容纳10个电子。我们也知道第一电子层(K层)只有1s个亚层,最多能容纳两个电子;第二电子层(L层)包括2s和2p两个子层,总* * *可容纳8个电子;第三电子层(M层)包括3s、3p和3d子层,总* * *可容纳18个电子...第n层的总* * *可以容纳2n2个电子。

3.亨特规则

从光谱学的实验结果中总结出来的狩猎法则有两层含义:一是电子在原子核外排列时,会尽可能占据不同的轨道,自旋平行;亨特规则的第二个含义是,对于同一个电子子层,当电子组态处于

完整(s2、p6、d10、f14)

半满(s1,p3,d5,f7)

完全空的时候比较稳定(s0,p0,d0,f0)。这和我们坐电梯的情况差不多。要么电梯空着,要么电梯里只有一个人,要么电梯里挤着两个人。大家都觉得比较平等,没有人抱怨。如果有的电梯里挤着两个人,而有的电梯里只有一个人,或者有的电梯里只有一个人,有的电梯里没有人,必然会有人抱怨,这就是所谓的不稳定状态。

第二,核外电子组态的方法

对于一个元素原子的核外电子构型,先确定该原子的核外电子数(即原子数、质子数和核电荷数),如元素铬24号,它在核外共有24个电子,然后将这24个电子从能量最低的1亚层依次排列到能量较高的亚层。只有在前一个子图层被填充后,才会填充下一个子图层。最外层电子如何排列,还要参考亨特法则,比如24号元素铬的24个核外电子依次排列如下

1s 222 p 63s 23 p 64s 23d 4

根据亨特法则,D亚层在半满时相对稳定,所以它的排列应该是:

1s 222 p 63s 23 p 64s 13d 5

最后,根据人们的习惯,“每个电子层都不分离”,改写为

1s 222 p 63s 23 p 63d 54s 1

去做吧。

三、核外电子组态在中学化学中的应用。

1.原子的核外电子组态与轨道表达式的关系及原子结构示意图:原子的核外电子排列所描述的内容与轨道表达式所描述的内容完全相同。相对而言,轨道表达式更为详细,不仅可以清楚地表明原子的核外电子组态处于哪些电子层和电子子层,还可以表明这些电子处于相同还是相反的自旋状态,而核外电子排列不具备后一种功能。在原子结构示意图中,可以看到电子在原子核外呈层状排列,但没有标明电子分布在哪些子层上,也没有标明每个电子的自旋。它的优点是可以直接看到原子的核电荷数(或核外电子总数)。

2.原子的核外电子组态与元素周期律的关系。

在原子中,原子核位于整个原子的中心,电子在原子核外绕着原子核高速运动。因为电子在远离原子核的不同区域运动,我们可以认为电子排列在原子核外的层中。根据核外电子组态三原则,所有原子的核外电子组态都在核周围,发现核外电子组态遵守以下规律:核外电子尽可能分布在低能电子层(更靠近核);如果电子层数为n,则该层的最大电子数为2n2不管是哪一层,如果作为最外层的电子层,这一层的电子数不能超过8,如果作为倒数第二层(第二外层),这一层的电子数不能超过18。这一结果确定了元素核外电子构型的周期变化规律,将元素周期表中同一列的元素按同一最外层电子构型归入一族。根据核外电子组态的周期性变化来划分周期。

比如第一周期包含的元素种类数为2,由1s1~2确定。

第二周期的元素个数为8,由2s1~22p0~6决定。

第三周期的元素个数为8,由3s1~23p0~6决定。

第四期元素个数为18,由4s1~23d0~104p0~6确定。

可见,元素的核外电子构型规律是元素周期表划分的主要依据,是元素性质周期性变化的根源。对于同一族元素,从上到下,随着电子层数的增加,原子半径越来越大,原子核对最外层电子的吸引力越来越小,最外层电子越来越容易丢失,即金属性越来越强;对于同周期的元素,随着核电荷的增加,原子核对外层电子的吸引力越来越强,使得原子半径逐渐减小,金属性越来越差,非金属越来越强。

3.元素的核外电子组态和元素的化学性质。

元素的化学性质直接由元素原子的核外电子组态决定。例如,碱金属元素的最外层电子结构可以表示为ns1,这说明碱金属元素一般容易失去最外层的1电子(价电子),变成正的一价阳离子,从而形成惰性气体的稳定结构(这种性质是强还原性);卤素最外层的电子结构可以表示为ns2np5,说明卤素很容易得到1电子,变成负1阴离子,从而形成惰性气体的稳定结构(这种性质就是强氧化)。当然,它们也可以失去最外层的价电子,呈现+1、+3、+5和+7的等价态。对于同一组元素,随着电子层数的增加,金属性越来越强,非金属越来越弱,这也取决于元素原子的核外电子构型。在这些理论知识的指导下(如下式所示),我们可以理解和推断元素的化学性质及其变化规律,从而大大减少我们的记忆。