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  • 1 # 科技領航人

    原子的電子配置,簡單地說,是電子圍繞原子核的排列。然而,從技術上講,我們不可能準確地說明電子的位置。因此,電子配置是對我們在何處可以找到電子的最佳計算猜測。

    這是一個元素的典型電子配置看起來像 : Na - 1s^2 2s^2 2p^6 3s^1

    數字和字母一起給出了每個電子的地址,可以這麼說。瞭解原子的電子結構可以深入瞭解原子在週期表上的位置,預測其反應行為、狀態等。讓我們試著去了解這些是什麼,並確定如何得出原子的電子配置。

    主要量子數

    這由"n"表示。正如我們所知,電子可以排列在不同的外殼或能級。這些排列順序增加,即最接近原子核的殼具有最低的能量,隨著它遠離原子核而增加。代替這一點,第一個量子數,或主要量子數,表示在其中可以找到電子的外殼數。對於 Na,1、2 和 3 是主要的量子數。第一個外殼,即 n=1 稱為"K"外殼,n=2 稱為"L"外殼,依此類推。

    角量子數

    表示為"l",這也稱為軌道角動量量子數。這些值從 0 開始,並且不斷增加。這個數字有2個涵義——它表示在其中可以找到電子的子殼,並且也讓我們瞭解了軌道的形狀。l 的值取決於 n 的值。l 的值的範圍可以從 0 到 n-1,並且始終為正整數。例如,如果 n=3,l=0,1,2。

    如前所述,這些值還可以告訴我們軌道的形狀。當 l=0 對應於 s 子殼體時,l=1 對應於 p 子殼,l=2 對應於 d 子殼,等等。子殼的概念並不複雜。正如殼層基於不同的能級一樣,子殼的工作方式也大致相同。在每個外殼中也存在不同的能量水平。這些能級的差異不足以使其有資格作為一個單獨的外殼,因此它們被歸類為子殼。

    圖注:原子的外殼磁性量子數

    這個數字,用"m"表示,提供有關電子原子軌道的資訊。將原子軌道視為最多能容納2個電子的電子容器。子殼有電子存在的容器。整個事情可以用一個簡單的例子來想象。把殼層想象成不同的街道。每條街道都有許多建築物——子殼。每棟樓內都有公寓,這是軌道。人是電子,一套公寓最多隻能住2人,顯然,人們只能住在公寓裡。

    m 的值取決於 l 的值。給定值為 l 的軌道數從 +l 到 l 不等。 例如,當 l = 1,m = -1,0,+1 時。請記住,-1、0 和 +1 只給出軌道數,而沒有給出它們的名稱。對於 l=1,子殼為 P。以 P表示的軌道是 Px、Py 和 Pz。

    旋轉量子數。

    這是最容易理解的數字。正如我們所知,電子不斷旋轉,導致周圍產生磁場。這個量子數,用s表示,提供有關電子自旋的資訊。它有2個值,+1/2和-1/2,這是一個電子可以具有的旋轉型別。

    這四個量子數基本上充當電子的地址。但是,在分配這些規則時,需要遵循某些規則。

    構造原理(aufbau principle

    這個原則說,當電子殼被填充,或當電子被分配到它們的軌道時,它們將開始從最低能級填充,然後繼續增加。這意味著第一個電子不能在2Px軌道。它必須從1s軌道開始,並持續向上移動。人們期望電子首先填滿一個殼的所有子殼的軌道,然後移動到下一個。然而,由於某些因素,這不完全是這樣。外殼的能量水平順序略有不同,如下圖所示。

    圖注:增加能級的軌道順序洪德最大多重性規則(Hund’s Rule of Maximum Multiplicity)

    當我們想到殼的P子殼時,它有三個軌道——x、y和z。所有這些軌道的能量都是一樣的。

    洪德(Hund)的規則說,當填充退化的軌道,或相同的能量的軌道時,電子將首先單獨填充每個軌道,然後新增第二個電子。這意味著,如果將4個電子新增到P子殼中,x和y軌道各獲得2個電子,z獲得沒有電子,則不會發生。相反,每個軌道將首先被賦予一個電子,然後,根據有多少電子可用,它們將被賦予第二個電子。因此,x將得到2個電子,而y和z將各得到一個電子。

    泡利不相容原則

    根據這個原理,沒有一個電子可以有四個相同的量子數。正如我們所知,前三個量子數給出電子的位置到軌道,而第四個量子數提供軌道的自旋。因此,如果2個電子佔據相同的軌道,它們必須有相反的自旋。顯然,如果電子具有相同的自旋,它們之間的排斥會太多,以至於它們無法保持在同一軌道。

    使用原子中的電子數(等於原子數),可以將電子分配給軌道,同時牢記所有這些規則。例如,氧氣有8個電子。透過這些規則,可以計算出,s子殼可以容納2個電子,p可以容納6個,d可以容納10個,f可以容納14個,等等。因此,氧氣的配置將為 1s^2、2s^2、2p^4。

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