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电子构型

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电子构型

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基本内容

　　原子中每个电子的能量要用它所处的轨道的主量子数n和角量子数l来代表。(量子数是量子力学中表述原子核外电子运动的一组整数或半整数。因为核外电子运动状态的变化不是连续的，而量子数是量子化的，所以量子数的取值也不是连续的，而只能取一组整数或半整数。量子数包括主量子数n、角量子数l、磁量子数m和自旋量子数ms四种，前三种是在数学解析薛定谔方程过程中引出的，而最后一种则是为了表述电子的自旋运动提出的。)n是整数。通常把n相同的轨道称为属于同一壳层。从距离核最近的壳层向外数,把壳层依次编号为：1、2、3、4、5、6、7、…，分别用符号K、L、M、N、O、P、Q、…表示。n越小，离核愈近，壳层上的电子的能量愈低。属于同一主量子数n的电子,其轨道角动量可以是0、、、…、，分别用角量子数l等于 0、1、2、…、(n-1)表示，记为s、p、d、f、g、…。例如同属于n=3，l=0、1和2的轨道,分别称为3s、3p和3d轨道。l愈小表示电子轨道运动的能量愈小。角量子数为 l的轨道内含有2(2l+1)个轨道。所以s、p、d和f轨道内分别含有2、6、10和14个轨道。由此推算：主量子数为n的壳层中轨道的总数为：

　　即n=1、2、3、4…的壳层内分别含有 2、8、18、32、…个轨道。因此,原子体系的状态可以用其中全体N个电子的量子数n和l的集合(n1l1、n2l2、…、nNlN)来表示，这个集合就称为原子的电子构型。

原子轨道

　　ls<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d

　　<5p<6s<4f<5d<6p<7s<5f<6d…

基本原理

　　每个轨道上最多容纳一个自旋平行的电子。根据能量最低原理，电子倾向于先占有能量最低的轨道。又根据洪德规则，能量相等的轨道上若自旋平行的电子数最多时整个体系的能量最低。根据这三个原理向轨道填入电子，得到的原子总能量最低，即基态原子。例如铝原子核外，当其1s、2s、2p、3s和3p轨道上分别填入2个、2个、6个、2个和1个电子时,为铝原子基态,因此铝原子基态的电子构型为1s22s22p63s23p1。实际上除最外层(n=3的轨道)之外,它完全与元素周期表上前一周期末的惰性气体氖的电子构型 1s22s22p6相同，所以铝原子基态的电子构型又可简单记为【Ne】3s23p1。正三价铝离子(Al3+)的电子构型与氖原子相同。

电子构型

　　分子体系的电子状态也可以用全体电子所处的单电子轨道的总体来表示。以异核双原子分子NO为例:分子轨道按照它在分子轴向上没有节面、有一个节面或有二个节面而分别称为 σ、π或δ分子轨道。各类分子轨道内,按能量次序由低向高排列编号（如1σ、2σ、3σ、4σ…，和1π、2π、3π…）。每个σ分子轨道内含有2个电子,π分子轨道内有4个电子……。再按照上述的泡利不相容原理、能量最低原理和洪德原则，将原先氮原子的7个电子和氧原子的8个电子(共15电子)填入分子轨道，并且按分子轨道的能量次序由低向高写出：

　　(1σ)2(2σ)2(3σ)2(4σ)2(1π)4(5σ)2(2π)1

　　这就是NO分子的电子构型。实际上分子轨道1σ和2σ上的电子仍在原有的原子核周围，本质还是氮原子和氧原子上的K层（n=1）电子,故NO分子的电子构型又可写为KK(3σ)2(4σ)2(1π)4(5σ)2(2π)1。

电子排布

　　电子构型是指：电子依照能量高低的能级进行排列，其一般顺序为：ls2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d

　　电子排布式则是指：电子依照能层的顺序进行排列，其一般顺序为：

　　1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f...

　　应注意区分。

外围电子

　　（括号指可能的电子层排布）

　　1 H 1s1

　　2 He 1s2

　　3 Li 2s1

　　4 Be 2s2

　　5 B 2s2 2p1

　　6 C 2s2 2p2

　　7 N 2s2 2p3

　　8 O2s2 2p4

　　9 F 2s2 2p5

　　10 Ne 2s2 2p6

　　11 Na 3s1

　　12 Mg 3s2

　　13 Al 3s2 3p1

　　14 Si 3s2 3p2

　　15 P 3s2 3p3

　　16 S 3s2 3p4

　　17 Cl 3s2 3p5

　　18 Ar 3s2 3p6

　　19 K 4s1

　　20 Ca 4s2

　　21 Sc 3d1 4s2

　　22 Ti 3d2 4s2

　　23 V 3d3 4s2

　　24 Cr 3d5 4s1

　　25 Mn 3d5 4s2

　　26 Fe 3d6 4s2

　　27 Co 3d7 4s2

　　28 Ni 3d8 4s2

　　29 Cu 3d10 4s1

　　30 Zn 3d10 4s2

　　31 Ga 4s2 4p1

　　32 Ge 4s2 4p2

　　33 As 4s2 4p3

　　34 Se 4s2 4p4

　　35 Br 4s2 4p5

　　36 Kr 4s2 4p6

　　37 Rb 5s1

　　38 Sr 5s2

　　39 Y 4d1 5s2

　　40 Zr 4d2 5s2

　　41 Nb 4d4 5s1

　　42 Mo 4d5 5s1

　　43 Tc 4d5 5s2

　　44 Ru 4d7 5s1

　　45 Rh 4d8 5s1

　　46 Pd 4d10

　　47 Ag 4d10 5s1

　　48 Cd 4d10 5s2

　　49 In 5s2 5p1

　　50 Sn 5s2 5p2

　　51 Sb 5s2 5p3

　　52 Te 5s2 5p4

　　53 I 5s2 5p5

　　54 Xe 5s2 5p6

　　55 Cs 6s1

　　56 Ba 6s2

　　57 La 5d1 6s2

　　58 Ce 4f1 5d1 6s2

　　59 Pr 4f3 6s2

　　60 Nd 4f4 6s2

　　61 Pm 4f5 6s2

　　62 Sm 4f6 6s2

　　63 Eu 4f7 6s2

　　64 Gd 4f7 5d1 6s2

　　65 Tb 4f9 6s2

　　66 Dy 4f10 6s2

　　67 Ho 4f11 6s2

　　68 Er 4f12 6s2

　　69 Tm 4f13 6s2

　　70 Yb 4f14 6s2

　　71 Lu 4f14 5d1 6s2

　　72 Hf 5d2 6s2

　　73 Ta 5d3 6s2

　　74 W 5d4 6s2

　　75 Re 5d5 6s2

　　76 Os 5d6 6s2

　　77 Ir 5d7 6s2

　　78 Pt 5d9 6s1

　　79 Au 5d10 6s1

　　80 Hg 5d10 6s2

　　81 Tl 6s2 6p1

　　82 Pb 6s2 6p2

　　83 Bi 6s2 6p3

　　84 Po 6s2 6p4

　　85 At 6s2 6p5

　　86 Rn 6s2 6p6

　　87 Fr 7s1

　　88 Ra 7s2

　　89 Ac 6d1 7s2

　　90 Th 6d2 7s2

　　91 Pa 5f2 6d1 7s2

　　92 U 5f3 6d1 7s2

　　93 Np 5f4 6d1 7s2

　　94 Pu 5f6 7s2

　　95 Am 5f7 7s2

　　96 Cm 5f7 6d1 7s2

　　97 Bk 5f9 7s2

　　98 Cf 5f10 7s2

　　99 Es 5f11 7s2

　　100 Fm 5f12 7s2

　　101 Md (5f13 7s2)

　　102 No (5f14 7s2)

　　103 Lr (5f14 6d17s2)

　　104 Rf (6d2 7s2)

　　105 Db (6d3 7s2)

　　106 Sg 5f146d47s2

　　107 Bh 5f146d57s2

　　108 Hs 5f146d67s2

　　109 Mt 5f146d77s2

　　110 Ds 5f146d97s1

　　111 Rg 5f146d107s1

　　112 Cn 5f146d107s2

　　113 Uut 5f146d107s27p1

　　114 Uuq 5f146d107s27p2

　　115 Uup 5f146d107s27p3

　　116 Uuh 5f146d107s27p4

　　117 Uus 5f146d107s27p5

　　118 Uuo 5f146d107s27p6

　　119 Uuq 5f146d107s27p7

配合构型

　　配合物的电子构型指中心原子的价电子数。

　　例：IrCl[P(CH3)3]3中的Ir是16电子的构型，而IrCl3[P(CH3)3]3中的Ir是18电子的构型。

电子分裂

　　新华社伦敦09年8月2日电（记者黄堃）英国研究人员最近通过实验证实了电子可分裂为自旋子和空穴子的理论假设，这一进展将有助于研制下一代量子计算机。　英国剑桥大学日前发布新闻公报说，该校研究人员和伯明翰大学的同行合作完成了这项研究。公报称，电子通常被认为不可分。但1981年有物理学家提出，在某些特殊条件下电子可分裂为带磁的自旋子和带电的空穴子。　剑桥大学研究人员将极细的“量子金属丝”置于一块金属平板上方，控制其间距离为约30个原子宽度，并将它们置于约零下273摄氏度的超低温环境下，然后改变外加磁场，发现金属板上的电子在通过量子隧穿效应跳跃到金属丝上时分裂成了自旋子和空穴子。　研究人员说，人们对电子性质的研究曾掀起了半导体革命，使计算机产业飞速发展，现在又出现了实际研究自旋子和空穴子性质的机会，这可能会促进下一代量子计算机的发展，带来新一轮的计算机革命。

基本粒子

　　100多年前，当美国物理学家Robert Millikan首次通过实验测出电子所带的电荷为1.602E-19C后，这一电荷

　　值变被广泛看作为电荷基本单元。然而如果按照经典理论，将电子看作“整体”或者“基本”粒子，将使我们对电子在某些物理情境下的行为感到极端困惑，比如当电子被置入强磁场后出现的非整量子霍尔效应。为了解决这一难题，1980年，美国物理学家Robert Laughlin提出一个新的理论解决这一迷团，该理论同时也十分简洁地诠释了电子之间复杂的相互作用。然而接受这一理论确是要让物理学界付出“代价”的：由该理论衍生出的奇异推论展示，电流实际上是由1/3电子电荷组成的。

　　电子是物质的相对基本形式，同质子相比是一种相对单纯的存在，同质子不在一个级别，是质子的下一级别。通过撞击，电子可以产生任何形式的基本粒子。

　　在一项新的实验中，Weizmann机构的科学家设计出精妙的方法去检验这一非整电子电荷是否存在。该实验将能很好地检测出所谓的“撞击背景噪声”，这是分数电荷存在的直接证据。科学家将一个有电流通过的半导体浸入高强磁场，非整量子霍尔效应随之被检测出来，他们又使用一系列精密的仪器排除外界噪声的干扰，该噪声再被放大并分析，结果证实了所谓的“撞击背景噪声”的确来源于电子，因而也证实了电流的确是由1/3电子电荷组成。由此他们得出电子并非自然界基本的粒子，而是更“基本”更“简单”且无法再被分割的亚原子粒子组成。