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1.3 : 电子构型

电子构型和轨道图可以通过应用奥夫鲍原理(每个添加的电子占据可用的最低能量的子壳层)、泡利不相容原理(没有两个电子可以具有相同的四个量子数集)和洪德最大多重度规则来确定 (电子在简并轨道中尽可能保持自旋不成对)。

子壳层的相对能量决定了原子轨道的填充顺序((1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p等)。 对于各种壳层和子壳层,电子穿透力的趋势可以描述如下:

1s > 2s > 2p > 3s > 3p > 4s > 3d > 4p > 5s > 4d > 5p > 6s > 4f.…

屏蔽和轨道穿透的效果很大,4s电子的能量可能比3d电子低。

最外层轨道中的电子(称为价电子)负责元素的大部分化学行为。 在元素周期表中,具有类似价电子构型的元素通常位于同一族。

预测的填充顺序有一些例外情况,特别是当可以形成半填充或完全填充的轨道时。 以 Cr 和 Cu 为例,半填充和完全填充的子壳代表了更稳定的条件。 这种稳定性使得电子从 4s 转移到 3d 轨道,以获得半填充 3d 子壳层(Cr)或填充 3d 子壳层(Cu)的额外稳定性。 还会出现其他异常情况。 例如,铌(Nb,原子序数 41)原本预计其具有电子构型 [Kr]5s24d3。 但实验表明其基态电子构型实际上是[Kr]5s14d4。 我们可以将这种现象解释为由5s 轨道中的电子配对所经历的电子-电子排斥力大于 5s 和 4d 轨道之间的能量差距所造成。

本文改编自  Openstax, Chemistry 2e, Section 6.4: Electronic Structure of Atoms

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Electron ConfigurationOrbital DiagramsAufbau PrinciplePauli Exclusion PrincipleHund s Rule Of Maximum MultiplicitySubshellsAtomic OrbitalsPenetrating Power Of An ElectronShieldingOrbital PenetrationValence ElectronsPeriodic TableFilling OrderPreferred Stability

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