核外粒體是原子核外電子排布的原理之一。處於穩定狀態的原子,核外電子將儘可能地按能量最低原理排布,另外,由於電子不可能都擠在一起,它們還要遵守泡利不相容原理和洪特規則,一般而言,在這三條規則的指導下,可以推導出元素原子的核外電子排布情況,在中學階段要求的前36號元素里,沒有例外的情況發生。
基本介紹
- 中文名:核外粒體
- 性質:原子核外電子排布的原理之一
- 規則:三條
- 注意事項:儘可能使電子的能量最低
電子排布,洪特規則,套用,
電子排布
電子在原子核外排布時,要儘可能使電子的能量最低。怎樣才能使電子的能量最低呢?比方說,我們站在地面上,不會覺得有什麼危險;如果我們站在20層樓的頂上,再往下看時我們心理感到害怕。這是因為物體在越高處具有的勢能越高,物體總有從高處往低處的一種趨勢,就像自由落體一樣,我們從來沒有見過物體會自動從地面上升到空中,物體要從地面到空中,必須要有外加力的作用。電子本身就是一種物質,也具有同樣的性質,即它在一般情況下總想處於一種較為安全(或穩定)的一種狀態(基態),也就是能量最低時的狀態。當有外加作用時,電子也是可以吸收能量到能量較高的狀態(激發態),但是它總有時時刻刻想回到基態的趨勢。一般來說,離核較近的電子具有較低的能量,隨著電子層數的增加,電子的能量越來越大;同一層中,各亞層的能量是按s、p、d、f的次序增高的。這兩種作用的總結果可以得出電子在原子核外排布時遵守下列次序:1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、4d……
洪特規則
從結果總結出來的洪特規則有兩方面的含義:一是電子在原子核外排布時,將儘可能分占不同的軌道,且自旋平行;洪特規則的第二個含義是對於同一個電子亞層,當電子排布處於
全滿(s2、p6、d10、f14)
半滿(s1、p3、d5、f7)
全空(s0、p0、d0、f0)時比較穩定。這類似於我們坐電梯的情況中,要么電梯是空的,要么電梯裡都有一個人,要么電梯裡都擠滿了兩個人,大家都覺得比較均等,誰也不抱怨誰;如果有的電梯裡擠滿了兩個人,而有的電梯裡只有一個人,或有的電梯裡有一個人,而有的電梯裡沒有人,則必然有人產生抱怨情緒,我們稱之為不穩定狀態。
套用
1.原子的核外電子排布與軌道表示式、原子結構示意圖的關係:原子的核外電子排布式與軌道表示式描述的內容是完全相同的,相對而言,軌道表示式要更加詳細一些,它既能明確表示出原子的核外電子排布在哪些電子層、電子亞層上,還能表示出這些電子是處於自旋相同還是自旋相反的狀態,而核外電子排布式不具備後一項功能。原子結構示意圖中可以看出電子在原子核外分層排布的情況,但它並沒有指明電子分布在哪些亞層上,也沒有指明每個電子的自旋情況,其優點在於可以直接看出原子的核電荷數(或核外電子總數)。
2.原子的核外電子排布與元素周期律的關係
在原子裡,原子核位於整個原子的中心,電子在核外繞核作高速運動,因為電子在離核不同的區域中運動,我們可以看作電子是在核外分層排布的。按核外電子排布的3條原則將所有原子的核外電子排布在該原子核的周圍,發現核外電子排布遵守下列規律:原子核外的電子儘可能分布在能量較低的電子層上(離核較近);若電子層數是n,這層的電子數目最多是2n2個;無論是第幾層,如果作為最外電子層時,那么這層的電子數不能超過8個,如果作為倒數第二層(次外層),那么這層的電子數便不能超過18個。這一結果決定了元素原子核外電子排布的周期性變化規律,按最外層電子排布相同進行歸類,將周期表中同一列的元素劃分為一族;按核外電子排布的周期性變化來進行劃分周期
如第一周期中含有的元素種類數為2,是由1s1~2決定的
第二周期中含有的元素種類數為8,是由2s1~22p0~6決定的
第三周期中含有的元素種類數為8,是由3s1~23p0~6決定的
第四周期中元素的種類數為18,是由4s1~23d0~104p0~6決定的。
由此可見,元素原子核外電子排布的規律是元素周期表劃分的主要依據,是元素性質周期性變化的根本所在。對於同族元素而言,從上至下,隨著電子層數增加,原子半徑越來越大,原子核對最外層電子的吸引力越來越小,最外層電子越來越容易失去,即金屬性越來越強;對於同周期元素而言,隨著核電荷數的增加,原子核對外層電子的吸引力越來越強,使原子半徑逐漸減小,金屬性越來越差,非金屬性越來越強。