走出理解原子結構的八個誤區
1.能量最低原理就是電子首先填充到能量最低的軌道中去
能量最低原理是指基态原子核外電子的排布力求使整個原子的能量處于最低狀态。不能将能量最低原理簡單地理解成就是電子首先填充到能量最低的軌道中去。整個原子的能量也不能機械地看做各電子所處軌道的能量之和。因為某電子的“軌道能”不僅與核電荷數、能層、能級等有關,還動态地與電子的數目以及與其他電子各處在什麼軌道上有關。
2.構造原理的順序就是各能級能量由低到高的順序
構造原理是電子随核電荷數遞增填充電子在次序上的順序,但并不意味着先填能級的能量一定比後填能級的能量低。例如3d能級的能量并不一定比4s能級的能量高。舉例說明,對于K、Ca等原子,3d與4s電子間相互屏蔽的現象不存在或不很重要,這時4s電子僅比3d電子稍微彌散一些,使其核吸引能稍微大一些,同時它所受到内實電子的排斥作用卻稍小,其平均動能也稍小,總的結果是E4s<E3d。當3d電子與4s電子共存時,例如Sc等元素的情況,由于3d電子對4s電子顯著的屏蔽作用,使4s電子彌散的程度顯著地超過3d電子,故使其核吸引能顯著地超過3d電子,緻使總的結果E4s<E3d。
需要說明的是,所謂随核電荷數遞增電子填入軌道,是一種形象的說法,是一種思維模式,事實上單獨地考察一個多電子原子的電子在原子核外排布時并沒有先後填入的次序。
3.電子總數相等的不同微粒,其電子組态也是一樣的
影響能量的因素主要有兩個:原子核對電子的吸引力和電子之間的排斥力,這是兩個相反的因素,經常是其中一個居主導地位,另一個居次要地位。當原子核對電子的吸引力居主導地位時,電子填入能層數較小的軌道會使整個原子的能量較低;當電子的排斥力居主導時,情況相反。如Ca和Ti2 ,電子總數都等于20,但Ca的價電子組态為4s2,而Ti2 的價電子組态為3d2,可理解為:Ti2 核電荷數( 22)比Ca原子核電荷( 20)大,核對電子的引力占主導地位,電子填入能層數較小的3d軌道整個原子的能量較低。
4.原子的電子層數越多,半徑就越大
原子半徑不僅和原子核外電子層數有關,而且與核内質子數,核外電子數有關。我們通常比較的是同一周期内随原子序數的增加半徑減小,或同一主族元素的原子半徑随層數增加而增大。但層數少且核電荷數小的原子,核外電子受的力較弱,半徑可能比較大;而層數比較多的,核電荷數較大的原子,核外電子受的力比較大,有可能半徑比較小。例如,Li的原子半徑為152 pm ,而層數更多的Al為143 pm;Na的原子半徑為186 pm ,而層數更多的Fe為124 pm。
5.原子核外電子排布的最大能層數等于其在周期表中的周期數
46号Pd的簡化電子排布式為[Kr]4d10,最大能層數是4,但在周期表中的位置是在第5周期。
6.依據“半滿規則”,74号元素鎢(W)的電子排布時為[Xe]4f145d56s1而不是[Xe]4f145d46s2
電子在不同能級間的躍遷要考慮電子組态的能量差和其他能級電子的屏蔽作用。第六周期的W,由于4f電子的屏蔽作用,使E6s和E5d的差較大,故從6s躍遷至5d比較困難,所以電子排布式應為:[Xe]4f145d46s2,而不是[Xe]4f145d56s1。
7.元素的金屬性越強,第一電離能就越小
元素的金屬性越強,第一電離能不一定就越小。由于元素的外圍電子排布影響元素的第一電離能。如第二周期的Mg(3s為全充滿狀态,穩定)的第一電離能大于Al的第一電離能。
8.外圍電子就是最外層電子
(1)主族元素的外圍電子為該元素原子的最外層電子。如堿金屬原子的外圍電子排布為ns1。
(2)副族元素外圍電子與其最外層電子和内層電子數有關。如鐵元素原子的外圍電子排布為3d64s2。
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