电子屏蔽与钻穿效应
原子核外电子排布的几个问题
原子核外电子排布的几个问题一、核外电子排布所遵守的规则多电子原子的核外电子排布是有规律的，首先是电子按层排布，而且每层最多容纳的电子数为2n2个;其次，最外层电子数不得超过8个，而次外层的电子数则不能超过18个。
这些规律是从实验和周期律总结出来的，核外电子的排布服从如下的三个规则:1,能量最低原理:核外电子的排布将尽可能使体系的能量最低。
因此，电子首先排布在能量最低的轨道上，最低轨道排满后，电子再进入能量较高的轨道。
2、保里原理:在同一个原子中，最多只能有两个电子处在同一状态(这里指的是由三个量子数n,1,n规定的状态或称为轨道)，但这两个电子的自旋方句必须相反。
这就是说，在同一原子中不可能有二个戈更多个电子有完全相同的四个量子数。
这个原理是呆里根据实验总结出来的，保里原理是自旋量子数为'K}整数的一类粒子(如电子、质子和中子等)所遵从钩统计规律的反映。
从几率的观点来看，两个电子在某一瞬间同时在空间某点出现的几率等于零，这说明电子有相互回避的特性，这种特性就反映在保里原理3、洪特规则:在不违背能量最低原理和保里原理的前提下，在由相同的主量子数n和角量子数1规定的等价轨道上排布电子时，电子总是先单独而且自旋平行地占据尽量多的轨道，当各等价轨道上都占有一个电子后，电子继续填充时才逐一填充在已有一个电子的轨道上。
这一规则是洪特根据光谱实验总结出来的，又称为尽量不成对原理。
作为洪特规则的特例，全充满、半充满和全空的状态较为稳定。
这里我们对洪特规则作些说明。
二、屏蔽效应和钻穿效应在确定原子轨道能级高低时，徐光宪教授曾从光谱实验总结出一个规则，即对原子而言，外层轨道能级大小由n十0,71决定，对离子而言，外层轨道能级大小由，十。
.^1决定，对原子和离子的内层执道，墓洪特规则的实质还是能量最低原理。
电子在等价轨道上分占不同轨道并且自旋平行的排布，比其他的排布方式具有较低的能量，特别是在全充满、半充满及全空的情况下，原子体系的总能量是各种可能排布y能星最低的h1s种排布方式。
全国高中化学竞赛辅导讲义—核外电子的排布
全国⾼中化学竞赛辅导讲义—核外电⼦的排布第⼆节核外电⼦的排布【竞赛要求】⽤s、p、d等来表⽰基态构型（包括中性原⼦、正离⼦和负离⼦）核外电⼦排布。
【授课⽇期】年⽉⽇【本节内容】⼀、多电⼦原⼦的能级⼆、核外电⼦的排布规律【知识整理】⼀、多电⼦原⼦的能级1、鲍林的轨道能级图：1939 年，鲍林(Pauling，美国化学家)根据光谱实验的结果，提出了多电⼦原⼦中原⼦轨道的近似能级图，⼜称鲍林能级图①近似能级图是按原⼦轨道的能量⾼低来排的，并不是按离核远近排的。
严格意义上只能叫“顺序图”,顺序是指轨道被填充的顺序或电⼦填⼊轨道的顺序，把能量的相近能级划成⼀组，称为能级组：第⼀能级组1s s轨道能容纳2个电⼦第⼆能级组2s,2p第三能级组3s,3p p轨道能容纳6个电⼦第四能级组4s,3d,4p第五能级组5s,4d,5p d轨道能容纳10电⼦第六能级组6s,4f,5d,6p第七能级组7s,5f,6d,7p f轨道能容纳14电⼦第⼋能级组8s,5g,6f,7d,8p第九能级组 9s,6g,7f,8d,9p g轨道能容纳18电⼦②主量⼦数n 相同，⾓量⼦数l越⼤能量越⾼，即发⽣“能级分裂”现象。
例如：E4s< E4p < E4d < E4f 。
③当主量⼦数 n和⾓量⼦数同时变动时，发⽣“能级交错”。
例如：E4s< E3d< E4p ， E6s< E4f< E5d< E6p 。
可以按徐光宪的近似公式n+0.7 l计算能级。
“能级交错”和“能级分裂”现象都是由于“屏蔽效应”和“钻穿效应”引起的。
2、屏蔽效应和钻穿效应⑴屏蔽效应：由于其它电⼦对某⼀电⼦的排斥作⽤⽽抵消了⼀部分核电荷，使有效核电荷降低，消弱了核电荷对该电⼦的吸引，这种作⽤称为屏蔽作⽤或屏蔽效应。
屏蔽效应使原⼦轨道能量升⾼。
⑵钻穿效应：外层电⼦钻到内部空间⽽靠近原⼦核的现象，通常称为钻穿作⽤。
由于电⼦的钻穿作⽤的不同⽽使它的能量发⽣变化的现象称为钻穿效应，钻穿效应使原⼦轨道能量降低。
价电子构型
写出价层电子构型的步骤是：①首先写出核 外电子排布式。②然后改为用原子实表示的 简式。③最后除去前面的原子实，剩余部分 若遇p、d共存，再划去d能级；若无p、d共存， 剩余部分就是价层电子构型。
例：请写出16S和52Te的价层电子构型。 解：16S的电子排布简式为：[Ne]3s23p4 ，16S的价层 电子构型为：3s23p4 52Te的电子排布简式为：[Kr]5s24d105p4 ，52Te的价层 电子构型为：5s25p4
能级交错：由构造原理可知，(3电子层 开始)电子先填最外层的ns，后填次外层的 （n-1)d，甚至填入倒数第三层的（n-2）f 的规律叫做“能级交错”。
在多电子的原子里的各个电子之间存在
相互作用，研究某个外层电子的运动状态 时，必须同时考虑到核及其它电子对它的 作用。由于其它电子的存在，往往减弱了 原子核对外层电子的作用力，从而使多电 子原子的电子能级产生交错现象。能级产 生交错的原因有以下两点：
各能级轨道能量顺序为Ens＜Enp＜End＜Enf 。钻
穿效应可以解释原子轨道的能级交错现象，外层能 级小的能级上的电子如4s电子能钻到近核内层空间 运动，这样它受到其他电子的屏蔽作用就小，受核
引力就强，因而电子能量降低，造成E4s＜E3d。
1、价电子与价层电子构型 最外层电子是元素最外层的电子，与元素
2)f 0-14(n-1)d0-2ns1-2
例：已知某元素在周期表中位于第5周期， 第ⅣA族，试写出该元素的电子排布式、名 称和符号。
解：根据该元素位于第5周期可以断定，
它的核外电子一定是填充在第五能级组，即 5s4d5p。又根据它位于ⅣA得知，这个主族
元素的族数应等于它的最外层电子数，即 5s25p2。再根据4d的能量小于5p的事实，则 4d中一定充满了10个电子。所以，该元素原 子的电子排布式为[Kr]4d105s25p2，该元素为 锡（Sn）。
大学化学基础(邓建成第二版)第四章思考题、习题
答：电负性是描述化学键中各原子对共用电子对的吸引能力。 同周期元素，从左到右，电负性数值逐渐增加，但同 周期过渡元素的电负性变化不大。 同主族元素，从上到下，电负性数值逐渐降低。
7、如何理解共价键具有方向性和饱和性？ 答： 共价键的形成条件之一是原子中必须有成单电子，而 且形成的共价键的数目受到未成对电子数的限制。在形成共价 键时几个未成对的电子只能与几个自旋相反的单电子配位成键。 这说明共价键具有饱和性。 在形成共价键时，原子间总是尽可能沿着原子轨道最大重 叠的方向成键，轨道重叠越多，形成的共价键也就越稳定。原
⑤ CO2气体分子之间存在色散力。
10、晶体有几种主要类型？以下物质各属于何种晶体？ ① NaCl； ④ 冰； ② SiC； ③ 石墨； ⑤ 铁。
答：晶体主要有：离子晶体、分子晶体、金属晶体、原 子晶体和过渡型晶体。 ① NaCl为离子晶体； ② SiC为原子晶体；③ 石墨为过渡 型晶体﹙混合型晶体﹚； ④ 冰为分子晶体； ⑤ 铁为金属晶
分别与三个Cl原子的p轨道重叠成键，因此 NCl3为三角锥形。
12、用分子间力说明下列事实： ① 常温下F2、Cl2是气体，Br2是液体，碘是固体； ② NH3易溶于水，而CH4却难溶于水；
③ 水的沸点高于同族其它氢化物的沸点。
答： ① F2 、 Cl2 、 Br2 、碘分子都为非极性分子，其分子量逐
体。
11、试用离子极化的观点解释AsF溶于水，AsCl、AsBr、 AsI难溶于水，溶解度由AsCl到AsI依次减少。 答：阴离子半径越大，受阳离子的极化影响，其电子云的变 形性越大，阴、阳离子的电子云重叠也就越多。离子中的共价键 成分也越多。 由于F¯ 、Cl¯ 、Br¯ 、I¯ 从左到右，离子半径逐渐增大。
价电子构型
2、元素周期表与价层电子构型的关系 （1）主族元素价层电子构型的通式为： ns1-2或ns2np1-6 族数＝价电子总数（等于8时为零族， 即惰性元素）， 周期数＝价层所属能级组数 （2）副族元素价层电子构型的通式为： (n-1)d1-10ns0-2 周期数＝价层所属能级组数
（3）周期表元素分区与价层电子构型 根据价 层电子构型，可将周期表中的元素划分成五个 区域。 s区 为ⅠA、ⅡA族元素，价层电子构型 为ns1-2。 p区 为ⅢA～ⅦA族元素，价层电子构型 为ns2np1-6。 ds区 为ⅠB、ⅡB族元素，价层电子构型 为(n-1)d10ns1-2。 d区 为ⅢB～ⅦB族元素，价层电子构型 为(n-1)d1-10ns0-2 f区 为镧系、锕系元素，价层电子构型为(n2)f 0-14(n-1)d0-2ns1-2
能级交错：由构造原理可知，(从第3电 子层开始)电子先填最外层的ns，后填次外 层的（n-1)d，甚至填入倒数第三层的（n2）f的规律叫做“能级交错”。 在多电子的原子里的各个电子之间存在 相互作用，研究某个外层电子的运动状态 时，必须同时考虑到核及其它电子对它的 作用。由于其它电子的存在，往往减弱了 原子核对外层电子的作用力，从而使多电 子原子的电子能级产生交错现象。能级产 生交错的原因有以下两点：
（2）钻穿效应： 在原子核附近出现的概率较大 的电子，可更多地避免其余电子的屏蔽，受到核的 较强的吸引而更靠近核，这种进入原子内部空间的 作用叫做钻穿效应（penetration effect）。电子钻 得越深，它受到其它电子的屏蔽作用就越小，受核 的吸引力越强，因而能量也越低。与屏蔽效应相反， 外层电子有钻穿效应。各能级电子钻穿效应大小的 顺序为ns＞np＞nd＞nf。所以能层相同能级不同的 各能级轨道能量顺序为Ens＜Enp＜End＜Enf 。钻 穿效应可以解释原子轨道的能级交错现象，外层能 级小的能级上的电子如4s电子能钻到近核内层空间 运动，这样它受到其他电子的屏蔽作用就小，受核 引力就强，因而电子能量降低，造成E4s＜E3d。
核外电子的排布规律和元素周期表
（1）基态原子的价层电子构型
价层——价电子所在的亚层 价层电子构型——指价层的电子分布式
ⅠA
0
一 1 ⅡA
1s1
ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 2 1s2
二3 4
5 6 7 8 9 10
三 11 12 ⅢBⅣBⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ ⅠB ⅡB 13 14 15 16 17 18
几率峰出现, 相当于电子靠近核, 受核 作用强, 同时回避了内层电子的屏蔽作 用, 自身能量下降. 这种效应称为钻穿 效应。
可以用钻穿效应解释能级分裂, 即同一
能级组(n 相同), l 大的电子能量高,
l 小的电子可以钻入内部, 自身能量降 低, 产生能级分裂。总之, 屏蔽效应使 电子的能量上升, 钻穿效应使电子能降 低。
原子实——原子中除去最高能级组以外 的原子实体
三、元素周期律与核外电子排布的关系
最后一个电子填入s亚层
ⅠA
1、分区
0
一
二 三
1131S最Ⅱ142A后Ⅲ一B Ⅳ个BⅤ电B Ⅵ子B一ⅦB般填Ⅷ入次Ⅰ外BⅡ层BⅢd153A亚Ⅳ164层AⅤ175ApⅥ186AⅦ197A
2
10 18
四 19
20
21
22 23
(6) 当被屏蔽电子是(nd)组或(nf)组电子
时，同组电子屏蔽为0.35，左边各组电子 屏为1.00。 在计算某原子中某个电子的值时，可将有关 屏蔽电子对该电子的值相加而得。 例：计算铝原子中其它电子对一个3P电子的 值，其Z* =？ 解：按斯来特规则分组 （1S）2（2S，2P）8（ 3S，3P）3
= 0.35×2 + 0.85 ×8 + 1.00 ×2 = 9.50 Z* = Z – = 13–9.50 = 3.5
无机化学——多电子原子核外电子的运动状态
道只能容纳自旋方向相反的两个电子。 （2）Building-up principle (能量最低原理) ：电子排布应尽
可能使整个原子体系能量最低，通常按Pauling近似能 级图由低到高排布电子。 （3）Hund‘s rule（洪特规则）：简并轨道（能量完全相同 的轨道）上的电子应尽可能地分占不同轨道，且全满、 半满、全空状态是较稳定的。
2.15
Z
* 3d
22 19.05
2.95
E4s E3d
2、钻穿效应
由波函数的径向分布图可知，n越大的电子在离核较远的地方 出现的机会较多，但在核附近仍有一定的几率，这种外层电子 向内层穿透，导致内层电子对它的屏蔽作用减弱的效应叫钻穿 效应，有以下几种情况
(1) l相同，n不同 1s<2s<3s (2) n相同，l不同 3s<3p<3d
2、鲍林近似轨道能级图
3、科顿能级图 Pauling的近似能级图并不能 反映不同元素同一原子轨道在 能量上的差异。实际上，对不 同元素的同一原子轨道在能量 上是有差异的。Cotton的能级 图能很好地反映这一差异。如 HCl分子就是由H原子的1s轨 道和Cl的2p轨道共用成键的。
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三、 Electron Configurations in Atoms（原子核外电子排布）
中常有一些目前无法解释的排布方式。
（2）原子失去电子变为离子，离子电子排布式取决失电子的 次序，其次序为：np,ns,(n-1)d,(n-2)f依次失去。
如Cu2+: [Ar]3d104s1 → [Ar]3d9 Ni3+: [Ar]3d84s2 → [Ar]3d7
无机化学-第三章(02)
Z*(2p )
◆
2.42
3.14
3.2s 电子和 2p 电子同属价电子,但感受到的有效核电荷却不同.
◆下面两种说法是等同的:
◎ 2s电子比2p电子感受到较高的有效核电荷,
◎ 2s电子比2p电子受到较小的屏蔽. 上页 下页 目录 返回
Question 11
Solution
为什么 2s 价电子比 2p 价 电子受到较小的屏蔽?
原子实 根据原子光谱实验和量子力学理论, 基态原子的核外电子
排布服从构造原理(building
up principle)。
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(2) 构造原理
◆ 最低能量原理(The principle the lowest energy) : 电子总是优先占据可供占据的能量最低的轨道, 占满能量较低的轨道后才进入能量较高的轨道。
Mn原子,其余 3d 过渡金属被氧
化时,4s 轨道都先于3d 轨道失去 电子。
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3.5.3 屏蔽和穿钻
（1） 屏蔽效应（Shielding effect） 对一个指定的电子而言,它会受到来自内层电子和同 层其它电子负电荷的排斥力, 这种球壳状负电荷像一个 屏蔽罩, 部分阻隔了 核对该电子的吸引力
——
↑
—— ——
↓
↑
1s
2s
2px
2py
2pz
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Question 15
Solution
为什么有些物质显示顺磁性, 而另一些物质则显示反磁性?
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Question 16
Solution
原子填充电子顺序和失去电
子顺序有什么不同？
屏蔽效应与钻穿效应
2
4.简单基态阳离子的电子排布 : 按以下价电子电离顺序的经验规律来排布: →np→ns→(n - 1)d →(n - 2)f
原子失电子顺序并不是填充电子顺序的逆方向 . 如Fe2+: 26Fe 的电子排布式为[Ar]3d6 4s2.
Fe2+的电子排布式[Ar]3d 64s 0, 而不是:[Ar]3d4 4s2. 再如Mn2+(25Mn): [Ar]3d 54s 0
Z* = Z -
屏蔽常数(screening constant ).
其与电子多少及其所处轨道有关,也与该电子所在轨道有关.
休息 3
8.2.1屏蔽效应与钻穿效应
可粗略按以下经验规则取值: ①同层0.35(第一层0.30); ②(n -1)层对n层为0.85; ③(n -1)层以内的对n层为1.00. (2)钻穿效应: 电子进入原子内部空间 , 受到核的较强的吸引作用.
3.基态原子中电子的排布: (1)排布顺序与书写:
按能级高低顺序ns < (n - 2)f < (n - 1)d < np排. 如:26号Fe: 1s 2 2s 22p 63s 23p 643sd2634ds26
或[Ar]3d6 4s2.
原子实
atomic core: 某原子的原子核及电子排布同某稀有气体原子
休息 7
8.2.3核外电子的排布规律
1.一般规则: ①Pauli不相容原理; 每个AO最多容纳2个自旋方向相反的电子. ②最低能量原理; 电子在核外排列尽可能先排布在低能级 AO上. ③Hund规则; 电子将尽可能单独分占不同的等价 AO,且自旋方 向平行. ④Hund特例: AO处于全满、半满、全空时 ,原子较稳定.
无机及分析化学知识点归纳
第一章物质结构基础1、四个量子数(1) 主量子数(n)：电子所处的电子层。
(2) 副(角)量子数(l) ：电子所处的电子亚层及电子云的形状。
l值受n限制，可取0,1……,n-1。
(3) 磁量子数(m)：轨道在空间的伸展方向。
m的取值受l的限制（0、±1 … ±l），共(2l+1)个。
(4) 自旋量子数(m s)：描述电子自旋的状态。
取值+1/2和-1/22、屏蔽效应与钻穿效应（1）屏蔽效应：内层电子对外层电子的排斥作用，削弱了原子核对外层电子的吸引力，使有效核电荷数减小（2）钻穿效应：外层电子钻入原子核附近而使体系能量降低的现象。
导致能级交错：如：E4s<E3d3、核外电子排布原理(1) 泡利不相容原理：每个轨道至多能容纳两个自旋方向相反的电子。
(2)能量最低原理：核外电子的分布在不违反泡利原理的前提下，优先占据能量较低的轨道，使整个原子系统能量最低。
(3)洪特规则：在n、l相同的轨道上分布电子时，将尽可能占据m 值不同的轨道，且自旋平行。
等价轨道在电子全充满、半充满、和全空时的状态比较稳定。
原因：两个电子占据同一轨道时，电子间排斥作用使系统的能量升高。
4、原子半径（1）原子半径分类：自由原子半径：电子云的径向分布函数D(r) 的最大值。
共价半径：单质分子中两个相邻原子的核间距一半。
范德华半径：分子晶体中，不同分子的相邻两原子核间距的一半。
注：同一元素的范德华半径较共价半径大。
金属半径：固体中测定两个最邻近原子的核间距一半。
（适用金属元素。
）（2）原子半径变化的周期性同周期：主族元素，自左向右原子半径逐渐减小。
d区过渡元素，原子半径略有减小；从IB 族元素起，原子半径反而有所增大。
同族：主族元素，自上而下，原子半径显著增大。
副族元素，自上而下，原子半径也增大，但幅度较小。
5、电离能：气态原子失去电子变为气态阳离子，克服核电荷对电子的吸引力而消耗的能量。
元素原子的电离能越小，越容易失去电子；越大，越难失去电子。
电子屏蔽与钻穿效应
屏蔽效应和钻穿效应化环系0302班尹国俊指导老师：王卫东摘要：对屏蔽效应和钻穿效应进行了研究，从宏观上解释了屏蔽效应、钻穿效应、屏蔽现象和钻穿现象，也从量子力学角度计算出了屏蔽效应和钻穿效应的有关确定的值。
阐述了屏蔽效应和钻穿效应的重难点，推荐了屏蔽效应和钻穿效应的更精确的计算方法，以便人们更容易理解和掌握。
关键词：屏蔽效应、钻穿效应、屏蔽常数、量子力学、原子、电子、能级交错。
Screening Effect and Penetrating EffectClass two Grade three Department of Chemistry and Environmented EngineeringYin Guojun Director : Wang WeidongAbstract:Do a researth for screening effect and penetrating effect, screening phenomenon and penetratin g phenomenon in macroscopic angle ,and figure out definite numerical valueabout screening effect and p enetrating effect in quantum mechanics . Set out the majorpoint and difficulty of screening effect and pe netrating effect , and recommentd calulationmenhod to work out screening effect and penetrating effect m ore accurately , So that people can understand and acquire it easily.Keywords:screening effect.penetrating effect. screening constant. quantum mechanics. atom. electron. ener gy counterchange.除氢和类氢原子外的多电子原子中核外电子不止一个，不但存在电子与原子核之间的相互作用，而且还存在电子之间的相互作用。
有关屏蔽效应与钻穿效应的讨论
有关屏蔽效应与钻穿效应的讨论有关屏蔽效应与钻穿效应的讨论在⽆机化学中，有些现象需要⽤屏蔽效应或钻穿效应来进⾏定性解释。
由于⼀些⼈对这⼀物理模型的理解有⽚⾯性，未将屏蔽效应的概念细化，或把屏蔽效应和钻穿效应放在等同的位置，在解释某些问题时难免会造成了⼀些说法的混乱。
所以有必要澄清⼀些问题。
简介[1]⼀、屏蔽效应与钻穿效应简介⼀、屏蔽效应与钻穿效应对多电⼦原⼦来说，原⼦核外的每个带有负电荷的电⼦，除受到原⼦核所带正电荷的吸引以外，还都要受到来⾃其它电⼦的排斥作⽤。
这种作⽤会影响该电⼦与原⼦核间的平均距离，直接关系到该电⼦的能量⾼低，是⼀种能量效应。
（⼀）屏蔽效应讨论这种能量效应及所造成的结果的最简洁的理论模型，就是中⼼势场模型。
作为屏蔽效应的基础，它把其它电⼦对某指定电⼦的排斥作⽤，抽象成为原⼦核对指定电⼦吸引作⽤的减弱。
即其他电⼦的作⽤相当于部分地抵消掉了、或遮挡住了（即屏蔽）位于原⼦中⼼的原⼦核核电荷，使原⼦核对该电⼦的有效核电荷降低。
为能定量的计算这种能量效应，需规定：原⼦核固有的核电荷为Z，对指定电⼦来说它的有效核电荷为Z*，则其它电⼦抵消掉的部分核电荷就要⽤屏蔽常数σ来表⽰。
从⽽有Z* =（Z –σ）。
⽤这⼀模型来处理选定电⼦的能量，仍可以⽤公式E = -13.6(Z*2/n2)(ev)来进⾏计算。
其中σ的值可⽤斯莱特规则（根据光谱学的数据归纳出的计算⽅法）加以估算。
在使⽤屏蔽效应理论讨论问题时要注意到：对某⼀多电⼦原⼦或离⼦来说，电⼦所处的能级不同，影响其有效核电荷的屏蔽常数值也不相同。
即屏蔽常数值⼤⼩的讨论和确定，不能离开具体的电⼦。
如，讨论某原⼦中电⼦在不同能级中的填充顺序时，针对的是指定能级的电⼦（K原⼦E4s与E3d的⽐较）。
讨论原⼦半径的⼤⼩时，针对的是位于最⾼能级的电⼦。
在不指定具体电⼦的情况下，只能认为讨论的是最⾼能级的电⼦。
不难看出，中⼼势场模型作为屏蔽效应的基础，并没有什么复杂或难于理解之处。
解释屏蔽效应和钻穿效应
解释屏蔽效应和钻穿效应
屏蔽效应和钻穿效应是光电子学中的两个重要概念：
1、屏蔽效应：屏蔽效应是指由于空间电荷屏蔽作用产生的一种光电子学现象，特别是当入射的光子散射到一个特定位置时，它会被一个隐形的屏蔽层屏蔽。
当屏蔽层增加到一定程度时，入射进来的光就不再有其余的光透过，就成为屏蔽效应。
2、钻穿效应：钻穿效应指的是光子被屏蔽层阻止了一部分，但是还是穿过屏蔽层，成为可见光照射到背景之上的现象。
物质由原子组成，每个原子又由核心包括和电子包裹组成，当入射的光子的能量大于电子的能量移动时，电子会进入核心包涵，使能量更高的电子穿过屏蔽层而使光子有钻穿效果。
屏蔽效应和钻穿效应是本应被屏蔽但仍可见光子照射到背景上的一种合理可能，它们主要用于空间隐形技术、空间焦耳技术中，使用这两种技术可以有效地提高机载的技术性能，以及增强军事设施的作战隐蔽性。
屏蔽效应和钻穿效应
屏蔽效应和钻穿效应
1、在原子核附近出现的概率较大的电子，可更多地避免其余电子的排斥，受到核的较强的吸引而更靠近核，这种进入原子内部空间的作用叫做钻穿效应。
2、由于其他电子对某一电子的排斥作用而抵消了一部分核电荷对该电子的吸引力，从而引起有效核电荷的降低，削弱了核电荷对该电子的吸引，这种作用称为屏蔽作用或屏蔽效应。
扩展资料：
钻穿效应的大小可以根据核外电子云的径向分布函数进行定性判断：
主量子数n相同而角量子数l不同的轨道，能级的顺序是：Ens<Enp<End<Enf，这种现象叫作能级分裂。
这是因为主量子数相同的各态中，s态峰的数目最多，
它的分布特点是：主峰离核最远，小峰靠核最近，随着核电荷的增加，最靠近核的小峰在能量上的作用越来越明显。
这一方面是小峰所代表的电子云有效地避开其他电子的屏蔽，作厢在小峰上的有效核电荷大；另一方面，小峰所代表的电子云离核近。
两个因素都使电子和原子核的相互作用能增加，对该轨道的能级降低影响较大。
屏蔽效应和钻穿效应与轨道能量的关系
屏蔽效应和钻穿效应是影响轨道能量的重要因素之一。
在多电子原子中，由于电子之间的相互作用，电子不再独立运动，而是以集体运动的方式运动。
此时，其他电子的电荷分布对某一电子产生的总作用，会使得该电子所受到的有效核电荷数减小，从而使得其能量升高。
这种由于其他电子对某一电子的电荷产生的屏蔽作用，称为屏蔽效应。
钻穿效应则是由于电子的波函数径向分布不同，导致不同轨道上的电子具有不同的穿透能力。
具体来说，当电子的角量子数越小，其波函数径向分布的峰数越多，尤其是靠近核附近的峰越多。
这些峰使得电子更容易穿透内层电子的屏蔽，从而具有较低的能量。
综合来看，屏蔽效应和钻穿效应共同决定了轨道能量的高低。
在屏蔽效应的作用下，轨道能量会升高；而在钻穿效应的作用下，轨道能量会降低。
这两种效应的相对大小取决于原子序数的大小和电子云的分布情况，从而导致了不同原子或离子的轨道能量的差异。
因此，正确理解和描述屏蔽效应和钻穿效应，对于理解和预测原子或分子的性质和行为具有重要意义。
惰性电子对效应
惰性电子对效应位于化学元素周期表4 5 6周期的p区元素如ga,in,tl;ge,sn,pb;as,sb,bi等，有保留低价态，不易形成最高价的倾向，这种现象被称为惰性电子对效应。
如tl元素常见的氧化态为+1，其6s2电子呈现惰性，难以失去。
惰性电子对效应对第六周期许多元素的性质有明显影响，如原子半径、过渡后元素的低价稳定性、汞在低温下呈液态等原因说明人们对惰性电子对效应的解释有很多，在此罗列几种：1.6s电子的钻穿效应大，平均能量低，不易参与成键。
先来回顾一下钻穿效应-------在原子核附近出现的概率较大的电子，可更多地避免其余电子的排斥，受到核的较强的吸引而更靠近核，这种进入原子内部空间的作用叫做钻穿效应（penetration effect），钻穿效应可以使能级降低。
——维基百科而钻穿能力ns > np > nd > nf即钻穿效应使得6s电子能力显著降低2. 6s内层电子的屏蔽效应d 、f 电子云相对于s 、p电子云分布较分散, 周围空隙较多, 其本身的屏蔽效应较差。
对于6s电子来说，有效核电荷数z*大。
根据 e=-13.6\times\frac{（z-σ）²}{n²} ，6s能量相对较低。
3.相对论效应的影响根据相对论质量定义 m=\frac{m_{0}}{\sqrt{1-\frac{v^{2}}{c^{2}}}}随着核电荷数的增加，核外电子的速度也显著增加，电子向核靠近，能量降低。
该效应在重原子中作用效果十分明显。
相对论收缩：由于利用电子的实际平均运动速度来考查电子的实际质量，使得计算的相对论平均半径要比期望的非相对论结果小。
从内到外的所有s 壳层均有收缩，且收缩程度大致相当。
而 p 壳层也同样存在收缩，但其收缩的程度小于 s壳层。
在用相对论处理惰性电子对效应时需要考虑的因素还有很多，如自旋一轨道劈裂和相对论自洽扩张在此不作阐释各种因素的综合作用最终造就了神奇的惰性电子对效应：参考文献：[1]周公度.结构化学基础(第5版)〔m〕出版日期: 2017-05-27[2]步宇翔. “惰性电子对效应”本质的相对论分析[c]山东：曲阜师范大学，1991。
结构化学名词解释
1. 量子效应：（1）粒子可以存在多种状态，它们可由υ1 ，υ2，···，υn 等描述；（2）能量量子化；（3）存在零点能；（4）没有经典运动轨道，只有概率分布；（5）存在节点，节点多，能量高。
上述这些微观粒子的特性，统称量子效应。
2. 次级键：强相互作用的化学键和范德华力之间的种种键力统称为次级键。
3. 超分子：由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起，组装成复杂的、有组织的聚集体，并保持一定的完整性，使其具有明确的微观结构和宏观特性。
4. 超共轭效应：指C—H等σ键轨道和相邻原子的π键轨道或其他轨道互相叠加，扩大σ电子的活动范围所产生的离域效应。
5. 前线轨道：分子中有一系列能及从低到高排列的分子轨道，电子只填充了其中能量较低的一部分，已填电子的能量最高轨道称为最高占据轨道（HOMO），能量最低的空轨道称为最低空轨道（LUMO），这些轨道统称前线轨道。
6. 成键轨道、反键轨道、非键轨道：两个能级相近的原子轨道组合成分子轨道时，能级低于原子轨道能级的称为成键轨道，高于原子轨道能级的称为反键轨道，等于原子轨道能级的称为非键轨道。
7. 群：群是按照一定规律相互联系的一些元（又称元素）的集合，这些元可以是操作、数字、矩阵或算符等。
8. 对称操作：能不改变物体内部任何两点间的距离而使物体复原的操作叫对称操作。
9. 对称元素：对称操作所据以进行的旋转轴、镜面和对称中心等几何元素称为对称元素。
10. 点阵能/晶格能：指在0 K时，1mol离子化合物中的正负离子，由相互远离的气态，结合成离子晶体时所释放出的能量。
11. 化学键：在分子或晶体中两个或多个原子间的强烈相互作用，导致形成相对稳定的分子和晶体。
（广义：化学键是将原子结合成物质世界的作用力。
）12. 黑体：一种能全部吸收照射到它上面的各种波长辐射的物体。
13. 能量量子化：频率为v的能量，其数值是不连续的，只能为hv的整数倍，称为能量量子化。
基态原子电子组态
例6(C级重点掌握)
[重点提示]：重点掌握能级组的分组并能熟练地由原子序数写出其核外电子排布式，轨道排布式，价电子构型。
2：多电子原子的能量公式（C级重点掌握）
对于氢原子,核外只有一个电子,不存在屏蔽效应,则其电子的能量只与主电子数ｎ有关,即：
（1-9）
而对于多电子原子中的一个电子来说,由于这时有效核电荷取代了核电荷,所以其电子的能量:
（1-10）
3：屏蔽效应的应用（C级重点掌握）
（1）n不同,ι相同时,n越大,电子离核越远,所受到的屏蔽作用就越强,则σ越大,Z*越小,所以能量越高.
思考题：
1-6.3：不同元素的原子其相同能级(如1s能级)的能量都一样吗？为什么？（B级掌握）
1-6.4：上图中在Z＜21时，3d能量高于4s，但Z≥21后，Z越大，3d能量越低于4s，为什么？（A级掌握）
所需解决的问题：核外电子的排布情况用什么式子来表达？
三：核外电子排布式（C级重点掌握）
(1).核外电子的电子排布式
∴E3d=-(13.6×6.252)÷32=-59.03(eV)
由上述计算结果看出:填充上电子后,3d电子的能量反而低于4s电子.
思考题:
1-6.1：为什么电子在空轨道中填充时应先填4s轨道,而一旦3d轨道中有电子填入,则4s轨道能量升高到反高于3d?(A级掌握)
二:钻穿效应（C级重点掌握）
1：钻穿效应的定义
氢原子的4s,4p,4d,4f轨道几率径向分布图
象这种外层电子有机会钻到内部空间而靠近原子核的现象，通常称为钻穿作用(或穿透作用)。钻穿作用的大小对轨道的能量有明显的影响.电子钻得越深,它受其它电子的屏蔽作用就越小,而受核的吸引力越大,因而本身能量也就越低.所以说,钻穿作用越大的电子能量越低.这种由于电子的钻穿作用的不同而使其能量发生变化的现象,称为钻穿效应。
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屏蔽效应和钻穿效应
化学化工学院应用化学2010级01班20006130519王济敏
摘要：对屏蔽效应和钻穿效应进行了研究，从宏观上解释了屏蔽效应、钻穿效应、屏蔽现象和钻穿现象，也从量子力学角度计算出了屏蔽效应和钻穿效应的有关确定的值。
阐述了屏蔽效应和钻穿效应的重难点，推荐了屏蔽效应和钻穿效应的更精确的计算方法，以便人们更容易理解和掌握。
关键词：屏蔽效应、钻穿效应、屏蔽常数、量子力学、原子、电子、能级交错。
Screening Effect and Penetrating Effect
class 2010 grade 01 Chemical engineering applied chemistry
Director : Wang jimin
Abstract:Do a researth for screening effect and penetrating effect, screening phenomenon and penetratin g phenomenon in macroscopic angle ,and figure out definite numerical valueabout screening effect and p enetrating effect in quantum mechanics . Set out the majorpoint and difficulty of screening effect and pe netrating effect , and recommentd calulationmenhod to work out screening effect and penetrating effect m ore accurately , So that people can understand and acquire it easily.
Keywords:screening effect.penetrating effect. screening constant. quantum mechanics. atom. electron. ener gy counterchange.
电子之间的相互作用可以从屏蔽效应和钻穿效应两方面去认识，这两种效应有着密切的联系，它们都是根据单电子波函数和中心力场的近似模型提出来的[6]，是在多电子原子中由于各个电子的量子数ｎ，1不同，电子云分布不同，电子和电子之间，电子和核之间的相互作用不同，引起原子轨道能和电子结合能发生变化的能量效应。
屏蔽效应是指核外某个电子i感受到核电荷的减小，使能级升高的效应；钻穿效应则是指电子i避开其余电子的屏蔽，其电子云钻到近核区而感受到的较大的其余电子的屏蔽，其电子云钻到近核区而感受到的较大的核电荷作用，使能级降低的效应。
这两中效应从不同的角度提出：钻穿效应把电子作为主体，从它的自身分布特点来理解；屏蔽效应把电子看作客体，考察它受其它电子的屏蔽影响。
一．屏蔽效应
多电子原子中，其他电子对指定电子的排斥作用看作部分地抵消（或削弱）核电荷对该电子的吸引即其他电子起到了部分地屏蔽核电荷对某电子的吸引力，而该电子只受到“有效核电荷”Z* （Z*= Z-σ，Z 为原子的核电荷数，σ为其它电子的屏蔽常数，它代表了电子之间的排斥作用，相当于σ个电子处于原子核上的原有核电荷抵消的部分[2]）的作用。
因此，可以认为，其余电子屏蔽了或削弱了原子核对该电子的吸引作用，这就是屏蔽效应。
屏蔽效应使该电子的能量升高。
计算电子能量的公式也相应的变为屏蔽常数的计算法则：
1. 分组：按以下次序(1s), (2s,2p), (3s,3p), (3d), (4s, 4p), (4d), (4f), (5s, 5p), (5d), (5f)等。
2. 处于电子外层的各轨道中的电子对该电子不产生屏蔽作用，即各组的σ=0。
3. 同组中每一个电子屏蔽同组电子为0.35e，而1s 组内的电子相互屏蔽0.30e。
4. 第(n-1)组中每一个电子对第n组(ns, np)上电子的电子屏蔽为0.85e。
5. 第(n-2)组中每一个电子对第n组(ns, np)上电子的电子屏蔽为1.00e 。
6. 当被屏蔽电子是(nd) 组(nf) 组电子时，同组电子屏蔽为0.35e,左边各组电子屏为1.00e 。
该方法用于主量子数为4的轨道准确性比较好，n大于4后比较差。
有一种更精确的法则：斯莱特—徐光宪法就提供了每一个电子屏蔽常数的确定规则[1] 。
该规则包括以下几点：
（1）屏蔽电子的主量子数大于屏蔽电子，σ=0，即外层电子对内层电子不发生屏蔽作用，等等。
（2）同层电子的屏蔽作用的屏蔽常数σ如下表所示。
表中np指充满前的p电子(p1-p3),p’指充满后的p电子(p4-p6)。
表1 同层电子的屏蔽常数
（3）内层电子屏蔽相邻外层电子的屏蔽常数见表2。
表2 电子对相邻外层电子的屏蔽常数
*1 s对2 s的屏蔽常数例外，为0.85.
（4）内层电子屏蔽非相邻外层电子的屏蔽常数，一般均为1.00，只有（n-2）f对ns（如4f对6 s）的屏蔽常数为0.98。
二. 钻穿效应
从量子力学观点来看，电子可以出现在原子内任何位置上。
因此最外层电子也可能出现在离核很近处。
也就是说，外层电子可钻入内电子壳层而更靠近核，这种电子渗入原子内部空间而更靠近核的本领称为钻穿效应。
对于同一个原子而言，s、p、d、f轨道的钻穿效应按s、p、d、f的顺序增强。
钻穿效应使该电子的能量降低。
对于主量子数n相同，角量子数不同的轨道，主量子数的影响是一样的，能量不同的原因是其钻穿效应不同，得到能级由低到高的顺序为：E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf) [6] 。
１）n不同、l相同的能级，n愈大，轨道离核愈远，外层电子受内层的屏蔽效应也愈大，能级愈高，核对该轨道上的电子吸引力就愈弱。
如：E＜E＜E＜E。
２）n相同、l不同的能级，当n相同时，角量子数小的，峰越多，钻的就越深，离核就越近，受核的吸引力就越强，由于钻穿能力ns＞np＞nd＞nf，所以核对电子的吸引能力ns＞np＞nd＞nf，或l增大，轨道离核较远，受同层其它电子的屏蔽效应就大，能级升高，核对该轨道上的电子吸引力相应减弱。
如：E＜E ＜E＜E。
３）n不同，l不同的能级，原子轨道的能级顺序较为复杂。
如：E＜E ； E＜E ； E＜E＜E 等。
钻的很深，核对它的吸引力增强，使轨道能级降低的作用超过了主量子数增大使轨道能级升高的作用，故E＜E，使能级发生错位。
同样也能解释E＜E； E＜E＜E等。
屏蔽效应和钻穿效应均能对多电子原子的原子轨道能级高低变化加以说明，而后者对能级交错的现象能进行圆满的解释。
例如：主量子数n相同的各个轨道中角量子数l小的轨道，如l=0的s轨道，他的径向分布图中峰的数目最多，主峰离核最远，小峰离核最近，即钻得最深。
随核电荷数的增加，最靠近核的小峰在能量上的作用越越明显。
三. 结论
1. 屏蔽作用Ens＞Enp＞End＞Enf
这是因n相同，电子离核的平均距离虽相同，但电子云形状可不同，当被屏蔽电子本身l值小时，其电子云分布比较集中，而其它电子云分布比较分散对其屏蔽小，即σ小，因而Z*大，该电子受到较大核电荷的吸引，所以能量低。
从本质上来看，这与不同电子的几率径向分布不同有密切关系，即是受钻穿效应影响的结果。
钻穿作用Ens＜Enp＜End＜Enf
外层电子有机会钻到内部空间而靠近原子核的现象，电子的l越小，钻穿作用越大，受到的σ越小，受核的吸引力越大，能量越低。
本质是s、p、d、f等状态的几率径向分布不同而引起的能量效应。
屏蔽效应和钻穿效应是其它电子（屏蔽电子）对某轨道上电子（被屏蔽电子）的屏蔽能力和某轨道上电子（被屏蔽电子）回避其它电子屏蔽的能力的两个侧面（被动和主动）来描述多电子原子中电子之间的相互作用对轨道能级的影响，着眼点不同，但本质都是一种能量效应。
2.能级交错
E4s＜E3d＜E4p E5s＜E4d＜E5p E6s＜E4f＜E5d＜E6p
（1）n相同l不同的轨道能量不同Ens＜Enp＜End＜Enf，从而发生了能级分裂，构成了不同的能级，从而打破了氢原中n相同l不同的轨道构成一个能级的关系。
（2）不同轨道的钻穿能力不一样，其钻穿效应导致对轨道能量的降低作用有时会超过主量子数对轨道能量的升高作用。
能级分裂和能级交错是钻穿效应和屏蔽效应共同作用的结果。
上述屏蔽效应和钻穿效应引起的能量效应,，可以帮助我们理解核外电子排布的轨道顺序。
参考文献：
[1] 杨德壬、朱福森、赵泓等.无机化学（中册）.上海：上海科学技术出版社.1982.54--58.
[2] 北京师范大学、华中师范大学、南京师范大学无机化学教研室.无机化学（上册）.第三版.北京：高等教育出版社.1992.5.219--222.
[3] 北京师范大学、华中师范大学、南京师范大学无机化学教研室.无机化学（上册）.第四版.北京：高等教育出版社.2002.8.39.
[4] 周公度.无机结构化学（无机化学丛书第十一卷）.北京：科学出版社.1982.28--33.
[5] 华东化工学院无机化学教研组.无机化学教学参考书.北京：高等教育出版社.1983.29--40.
[6] 周公度、段连运.结构化学基础.第三版.北京：北京大学出版社.2002.7.42--45.。