殷切的意思相近的词语:从C(碳)的电子亚层排布问到排布规则

来源:百度文库 编辑:查人人中国名人网 时间:2024/05/06 07:17:01
我们知道,C的电子亚层排布情况如下:
1s2 2s2 3p2

然而,根据洪特规则(书上更确切的说成特例),应该如下排布更合理:
1s2 2s1 3p3
因为,如上的排布2s 和3p都处于"半满状态",能量可以降至最低也就最稳定

书上说是特例,我总结出以下元素有特例情况:
24Cr 29Cu 41Nb 42Mo 44Ru 45Rh 46Pd 47Ag 57La 58Ce 64Gd 78Pt 79Au 89Ac 90Th 91Pa 92U 93Np 96Cm

在物理学里,我们有一种科学思维,就是:世间一切现象都有其最为简洁的本质,任何事物都应有着内在的统一性.并且诸多事实也证明这种思维的正确性.
那么,难道化学里面就不存在这样一种思维,这样一种现象么?

为什么如上的那些元素会存在特例,而有些元素则不存在"半满,全满,全空"能量最低的规律呢?

大家可以做这样一个工作,就拿24Cr而言,我们就写轨道式,注意排布顺序.
例如:第一步,1s上画一个向上箭头;第二步,问题来了,是画1s里的向下箭头还是2s里的向上箭头呢?一种全满+全空,一种半满+全空,按照书上不清楚的理论,都是能量最低状态,为什么不是后者而是前者呢??

通过以上工作,请专家研究后给我最完美的解释吧

阁下是高中还是大学?我觉得你对这方面问题的理解 有偏差。
首先,你在思维上有个错误。你总希望去找到一个“完美”的规律来描述原子中电子的排布规律。但不可能有那样一个象你一相情愿想像的那般“完美”的规律。不存在那样一个 对任何电子数时 都一成不变的永久规律。

其次回到你的问题上来吧。先说 12C的电子排布。你应该知道 电子的能级首先决定于 主量子数 n,对相同的n而言,即相同的主壳层而言,又按照轨道量子数 l 的不同而细分成亚壳层,l越小,能级越低。各亚壳层之间的能级间隔 随着n的增加而减小。因此 2p-2s 能级间隔大于 3s-3p,又进一步大于 4s-4p、5s-5p。对于 Z=6的碳而言,由于这时 主量子数 n 仅为2,2p能级远高于2s能级,因此无论怎样 都是先填满2s后才填 2p。也就是说这时候 n 太小,2s与2p能级间隔太大,这样的主导因素决定了不需要考虑什么 “半满、全满、全空”的问题。

如果你足够仔细,你会发现,所谓的 “半满、全满、全空”之类的能量最低原理,所面向的对象 都是来自不同 主壳层的2个能级,例如 3d 与 4s,4f与5s、5p 等。而对于主量子数相同的情况下,总是先填满 l 低的之后,再填l高的。没有出现 3p 不填满就开始填3d,6s不添满就开始填6p的现象。

那么为什么对于主量子数不同的2个能级,有时候要考虑“同时半满、一为空另一为全满”等因素呢?这个问题说来话长,如果你是高中生,根本无法给你讲解。简单提几个关键词:轨道贯穿效应、自旋=轨道耦合效应、相对论效应、原子实极化效应。你如果不懂,先别着急,等上大学之后再说吧。

最后,你说的24Cr先填满1s还是先半满1s的问题,其实上面解释过了。这时,2s能级远高于1s能级,起主导作用,不需要考虑你说的问题。

其实你产生疑惑的根源,还是不明白为什么会出现 主量子数不同的2个亚壳层会出现能级反转的现象,例如不明白为什么有时候 4s 会低于3d,而有时3d又低于4s。还是刚才说的那几个关键词。等你懂了它们的时候,你今天的问题就自然而然不会产生了。