「sp轨道知识」.doc

首先要明白一个轨道能级的概念。电子在围绕核放置时，其能量是固定的，按能量级大小分别可以分为S、P、D、F四个能级。其中第一层最多有两个电子，即只有一个S轨道；第二、三层最多有8个电子，包含一个S轨道和一个P轨道；第四层最多的18个电子，包含一个S、一个P、一个D轨道；依次类推，目前已知的原子中电子最多的一层包含32个电子，包含SPDF轨道各一个。 在各轨道中，S轨道包含一个轨道，最多可有两个自旋方向相反的电子，当轨道电子为零空或满时处于稳定状态，即类似氢离子和氦原子的状态。P轨道包含三个轨道，最多可容纳6个电子,当三个轨道为全空、全満时为稳定状态，当三个轨道各只有一个电子时，由于电子自旋方向相同时，也处于一种稳定状态，称为亚稳定状态；D轨道有五个轨道，最多容纳10个电子，稳定状态理由同上；F轨道有7个轨道，最多容纳14个电子，稳定状态理由也同上。 当原子失去电子时，它首先失去的是外层的电子，当电子由高层轨道向低层轨道转移时，称为“跃迁”，此时多余的能量将被释放出，这就是化学反映中发光、发热的原因。同理，当电子吸收了外界能量，使其轨道由低层次向高层次转移时，称为“激发”，处于激发态的电子很不稳定，很快便会向低轨道（正常轨道）“跃迁”，同时放出恒定的能量，如果是发光，同发出的是单纯的色光，即“激光”。 既然知道了”轨道”想理解电子的填充并不难，但是要理解，”轨道”只是个概念，并不是真实存在的东西这一点很重要 处于稳定状态的原子，核外电子将尽可能地按能量最低原理排布，另外，由于电子不可能都挤在一起，它们还要遵守保里不相容原理和洪特规则，一般而言，在这三条规则的指导下，可以推导出元素原子的核外电子排布情况，在中学阶段要求的前36号元素里，没有例外的情况发生。 1最低能量原理 电子在原子核外排布时，要尽可能使电子的能量最低。怎样才能使电子的能量最低呢？比方说，我们站在地面上，不会觉得有什么危险；如果我们站在20层楼的顶上，再往下看时我们心理感到害怕。这是因为物体在越高处具有的势能越高，物体总有从高处往低处的一种趋势，就像自由落体一样，我们从来没有见过物体会自动从地面上升到空中，物体要从地面到空中，必须要有外加力的作用。电子本身就是一种物质，也具有同样的性质，即它在一般情况下总想处于一种较为安全（或稳定）的一种状态（基态），也就是能量最低时的状态。当有外加作用时，电子也是可以吸收能量到能量较高的状态（激发态），但是它总有时时刻刻想回到基态的趋势。一般来说，离核较近的电子具有较低的能量，随着电子层数的增加，电子的能量越来越大；同一层中，各亚层的能量是按s、p、d、f的次序增高的。这两种作用的总结果可以得出电子在原子核外排布时遵守下列次序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p 2保里不相容原理 我们已经知道，一个电子的运动状态要从4个方面来进行描述，即它所处的电子层、电子亚层、电子云的伸展方向以及电子的自旋方向。在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全相同的两个电子存在，这就是保里不相容原理所告诉大家的。根据这个规则，如果两个电子处于同一轨道，那么，这两个电子的自旋方向必定相反。也就是说，每一个轨道中只能容纳两个自旋方向相反的电子。这一点好像我们坐电梯，每个人相当于一个电子，每一个电梯相当于一个轨道，假设电梯足够小，每一个电梯最多只能同时供两个人乘坐，而且乘坐时必须一个人头朝上，另一个人倒立着（为了充分利用空间）。根据保里不相容原理，我们得知：s亚层只有1个轨道，可以容纳两个自旋相反的电子；p亚层有3个轨道，总共可以容纳6个电子；f亚层有5个轨道，总共可以容纳10个电子。我们还得知：第一电子层（K层）中只有1s亚层，最多容纳两个电子；第二电子层（L层）中包括2s和2p两个亚层，总共可以容纳8个电子；第3电子层（M层）中包括3s、3p、3d三个亚层，总共可以容纳18个电子第n层总共可以容纳2n2个电子。 3洪特规则 从光谱实验结果总结出来的洪特规则有两方面的含义：一是电子在原子核外排布时，将尽可能分占不同的轨道，且自旋平行；洪特规则的第二个含义是对于同一个电子亚层，当电子排布处于 全满（s2、p6、d10、f14） 半满（s1、p3、d5、f7） 全空（s0、p0、d0、f0）时比较稳定。这类似于我们坐电梯的情况中，要么电梯是空的，要么电梯里都有一个人，要么电梯里都挤满了两个人，大家都觉得比较均等，谁也不抱怨谁；如果有的电梯里挤满了两个人，而有的电梯里只有一个人，或有的电梯里有一个人，而有的电梯里没有人，则必然有人产生抱怨情绪，我们称之为不稳定状态。 二、核外电子排布的方法 对于某元素原子的核外电子排布情况，先确定该原子的核外电子数（即原子序数、质子数、核电荷数），如24号元素铬，其原子核外总共有24个电子，然后将这24个电子从能量最低的1s亚层依次往能量较高的亚层上排布，只有前面的亚层填满后，才去填充后面的亚层，每一个亚层上最多能够排布的电子数为：s亚层2个，p亚层6个，d亚层10个，f亚层14个。最外层电子到底怎样排布，还要参考洪特规则，如24号元素铬的24个核外电子依次排列为 1s22s22p63s23p64s23