(文章來源:科技領(lǐng)航人)
原子的電子配置,簡單地說,是電子圍繞原子核的排列。然而,從技術(shù)上講,我們不可能準(zhǔn)確地說明電子的位置。因此,電子配置是對我們在何處可以找到電子的最佳計(jì)算猜測。數(shù)字和字母一起給出了每個(gè)電子的地址,可以這么說。了解原子的電子結(jié)構(gòu)可以深入了解原子在周期表上的位置,預(yù)測其反應(yīng)行為、狀態(tài)等。讓我們試著去了解這些是什么,并確定如何得出原子的電子配置。
主要量子數(shù)這由"n"表示。正如我們所知,電子可以排列在不同的外殼或能級。這些排列順序增加,即最接近原子核的殼具有最低的能量,隨著它遠(yuǎn)離原子核而增加。代替這一點(diǎn),第一個(gè)量子數(shù),或主要量子數(shù),表示在其中可以找到電子的外殼數(shù)。對于 Na,1、2 和 3 是主要的量子數(shù)。第一個(gè)外殼,即 n=1 稱為"K"外殼,n=2 稱為"L"外殼,依此類推。
角量子數(shù)表示為"l",這也稱為軌道角動(dòng)量量子數(shù)。這些值從0開始,并且不斷增加。這個(gè)數(shù)字有2個(gè)涵義——它表示在其中可以找到電子的子殼,并且也讓我們了解了軌道的形狀。l的值取決于n的值。l的值的范圍可以從0到n-1,并且始終為正整數(shù)。例如,如果n=3,l=0,1,2。
如前所述,這些值還可以告訴我們軌道的形狀。當(dāng)l=0對應(yīng)于s子殼體時(shí),l=1對應(yīng)于p子殼,l=2對應(yīng)于d子殼,等等。子殼的概念并不復(fù)雜。正如殼層基于不同的能級一樣,子殼的工作方式也大致相同。在每個(gè)外殼中也存在不同的能量水平。這些能級的差異不足以使其有資格作為一個(gè)單獨(dú)的外殼,因此它們被歸類為子殼。
這個(gè)數(shù)字,用"m"表示,提供有關(guān)電子原子軌道的信息。將原子軌道視為最多能容納2個(gè)電子的電子容器。子殼有電子存在的容器。整個(gè)事情可以用一個(gè)簡單的例子來想象。把殼層想象成不同的街道。每條街道都有許多建筑物——子殼。每棟樓內(nèi)都有公寓,這是軌道。人是電子,一套公寓最多只能住2人,顯然,人們只能住在公寓里。
旋轉(zhuǎn)量子數(shù)。這是最容易理解的數(shù)字。正如我們所知,電子不斷旋轉(zhuǎn),導(dǎo)致周圍產(chǎn)生磁場。這個(gè)量子數(shù),用s表示,提供有關(guān)電子自旋的信息。它有2個(gè)值,+1/2和-1/2,這是一個(gè)電子可以具有的旋轉(zhuǎn)類型。這四個(gè)量子數(shù)基本上充當(dāng)電子的地址。但是,在分配這些規(guī)則時(shí),需要遵循某些規(guī)則。
這個(gè)原則說,當(dāng)電子殼被填充,或當(dāng)電子被分配到它們的軌道時(shí),它們將開始從最低能級填充,然后繼續(xù)增加。這意味著第一個(gè)電子不能在2Px軌道。它必須從1s軌道開始,并持續(xù)向上移動(dòng)。人們期望電子首先填滿一個(gè)殼的所有子殼的軌道,然后移動(dòng)到下一個(gè)。然而,由于某些因素,這不完全是這樣。外殼的能量水平順序略有不同。當(dāng)我們想到殼的P子殼時(shí),它有三個(gè)軌道——x、y和z。所有這些軌道的能量都是一樣的。
洪德(Hund)的規(guī)則說,當(dāng)填充退化的軌道,或相同的能量的軌道時(shí),電子將首先單獨(dú)填充每個(gè)軌道,然后添加第二個(gè)電子。這意味著,如果將4個(gè)電子添加到P子殼中,x和y軌道各獲得2個(gè)電子,z獲得沒有電子,則不會(huì)發(fā)生。相反,每個(gè)軌道將首先被賦予一個(gè)電子,然后,根據(jù)有多少電子可用,它們將被賦予第二個(gè)電子。因此,x將得到2個(gè)電子,而y和z將各得到一個(gè)電子。
根據(jù)這個(gè)原理,沒有一個(gè)電子可以有四個(gè)相同的量子數(shù)。正如我們所知,前三個(gè)量子數(shù)給出電子的位置到軌道,而第四個(gè)量子數(shù)提供軌道的自旋。因此,如果2個(gè)電子占據(jù)相同的軌道,它們必須有相反的自旋。顯然,如果電子具有相同的自旋,它們之間的排斥會(huì)太多,以至于它們無法保持在同一軌道。
使用原子中的電子數(shù)(等于原子數(shù)),可以將電子分配給軌道,同時(shí)牢記所有這些規(guī)則。例如,氧氣有8個(gè)電子。通過這些規(guī)則,可以計(jì)算出,s子殼可以容納2個(gè)電子,p可以容納6個(gè),d可以容納10個(gè),f可以容納14個(gè),等等。因此,氧氣的配置將為 1s^2、2s^2、2p^4。
(責(zé)任編輯:fqj)
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