更新时间:2024-01-21 17:49
轨道表示式(guǐ dào biǎo shì shì),是表示原子核外电子排布的图式之一,又称电子排布图。用一个方框、圆圈或两条短线表示一个给定量子数n、l、m的轨道,用箭头“↑”或“↓”来区别ms的不同电子。
可以反映粒子的电子层、电子亚层和自旋方向。但无法体现伸展方向。可体现泡利不相容原理、能量最低原理和洪特规则。
泡利不相容原理
可以简单叙述为:一个原子轨道中最多只能容纳两个电子,并且这两个电子的自旋方向必须相反。因而可知s亚层只有一个轨道,因而最多只能容纳两个电子,p亚层有三个轨道,最多可容纳六个电子······也可以得知,第一电子层K层中因只有1s亚层,所以最多可容纳两个电子,而第二电子层L层中有2s和2p亚层,总共可以容纳八个电子,可得第n层中最多可容纳的电子数为2乘以n的平方个电子。
能量最低原理
自然界一个普遍的规律是“能量越低越稳定”。原子中的电子也是如此。在不违反泡利原理的条件下,电子优先占据能量较低的原子轨道,使整个原子体系能量处于最低,这样的状态是原子的基态。
洪特规则
从光谱实验结果总结出来的洪特规则有两方面的含义:一是对于基态原子,电子在能量相同的轨道排布时,将尽可能分占不同的轨道并且自旋方向相同;洪特规则的第二个含义是对于同一个电子亚层,当电子排布处于
全满(s2、p6、d10、f14)
半满(s1、p3、d5、f7)
全空(s0、p0、d0、f0)时比较稳定。
书写轨道表示式除须遵守上述三个原则之外,还要参考核外电子的排布方法。在此仅作简单的介绍:
对于某元素原子的核外电子排布情况,先确定该原子的核外电子数(即原子序数、质子数、核电荷数),如24号元素铬,其原子核外总共有24个电子,然后将这24个电子从能量最低的1s亚层依次往能量较高的亚层上排布,只有前面的亚层填满后,才去填充后面的亚层,每一个亚层上最多能够排布的电子数为:s亚层2个,p亚层6个,d亚层10个,f亚层14个。最外层电子到底怎样排布,还要参考洪特规则,如24号元素铬的24个核外电子依次排列为
1s22s22p63s23p64s23d4
根据洪特规则,d亚层处于半充满时较为稳定,故其排布式应为:
1s22s22p63s23p64s13d5
最后,按照人们的习惯“每一个电子层不分隔开来”,改写成
1s22s22p63s23p63d54s1
利用能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则,参考基态原子的核外电子在原子轨道上的排布顺序,首先应确定原子核外电子的数目,再确定其排布顺序,最后根据泡利不相容原理和洪特规则写出其轨道表示式。
值得说明的是,因元素的化学性质与价电子的数目密切相关,因而多数情况下,为了便于研究化学性质与价电子的数目之间的关系,常常只写出原子的价电子的轨道表示式,而内层电子的轨道的表示则可以简化表示,即用相应的稀有气体的元素符号加方括号表示。
原子的轨道表示式与核外电子排布式描述的内容是完全相同的,相对而言,轨道表示式要更加详细一些,它既能明确表示出原子的核外电子排布在哪些电子层、电子亚层上, 还能表示出这些电子是处于自旋相同还是自旋相反的状态,而核外电子排布式不具备后一项功能。原子结构示意图中可以看出电子在原子核外分层排布的情况,但它并没有指明电子分布在哪些亚层上,也没有指明每个电子的自旋情况,其优点在于可以直接看出原子的核电荷数(或核外电子总数)。
限制条件
但是轨道表示式限制于其表达的电子只能是处于基态,气态,中性的电子,激发态等的电子是无法用轨道表示式来表示的。