泡利不相容原理、洪特规则、构造原理

一、基态与激发态原子光谱
1.基态与激发态
处于最低能量的原子叫做基态原子(ground state atom)，基态是原子最基本的状态，是稳定的状态；当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子(excited atom)；
激发态原子不稳定，电子又会跃迁到能量较低的能级，并释放能量；其转化关系如下：
光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一，在日常生活中，我们看到的许多可见光，如灯光、激光、焰火……都与原子核外电子发生跃迁释放能量有关；
2.原子光谱atomic spectrum
①原子光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素
的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱；
②发射光谱(emission spectrum)是暗色背景的明亮谱线，吸收光谱(absorption spectrum)则是明亮
背景的暗色谱线，两者谱线一一对应(因为两个能级之间电子跃迁，吸收的能量和释放的能量相同)；
※铯cesium，1860年发现，其光谱图中有特征的蓝光，在拉丁语里，铯的含意是天蓝色；
※铷rubidium，1861年发现，其光谱图中有特征的红光，在拉丁语里，铷的含意是深红色；
※氦helium，1868年分析太阳光谱发现的，来源于希腊文，原意是“太阳”；
③原子光谱的应用
不同元素产生不同的原子光谱，在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析(spectrum analysis)，历史上，利用光谱分析也曾发现了许多新元素；
二、构造原理与电子排布式
1.多电子原子核外电子的排布顺序
在多电子原子中，电子在能级上的排布顺序是：电子最先排布在能量低的能级上，然后依次排布在能量较高的能级上；
2.构造原理aufbau principle
随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素原子的核外电子是按照如图所示的能级顺序填充的，填满一个能量低的能级后，再填一个能量高的新能级，这种规律称为构造原理；
3.能级交错现象energy level overlap phenomenon
由构造原理可知，从第三能层开始各能级不完全遵循能层顺序，产生了能级交错排列，即产生“能级交错”现象；【产生原因：钻穿效应、屏蔽效应】
【H原子由于核外只有一个电子，没有屏蔽效应，不存在能级交错，所以能级的能量高低只取决于主量子数；对于3d、4s、4p，显然3d小于4s等于4p】
4.电子排布electronic configuration
①根据构造原理可表示出一些元素原子的电子排布式，先按能量由低到高的顺序依次写出能级
符号，再用数字在能级符号右上角表明各能级上排布的电子数，这就是原子的电子排布式；
【在书写电子排布式时，能层低的能级要写在左边，不能按填充顺序写，例如钪Sc的电子排布式为：1s22s22p63s23p63d14s2，而不能按照填充顺序先写4s2后写3d1】
②电子排布式的简化写法
为了避免电子排布式过于繁琐，可以把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相应的稀有气体元素符号外加方括号表示，例如：K的电子排布式可表示为：[Ar]4s1，其中[Ar]叫
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三、泡利原理、洪特规则、能量最低原理
1.电子自旋与泡利原理spin of the electron & Pauli exclusion principle
①电子自旋spin of the electron
量子力学告诉我们，电子除了空间运动状态外，还有一种状态叫做自旋；
电子自旋可比喻成地球的自转；
电子的自旋有顺时针和逆时针两种相反的状态，常用上下箭头“↑”“↓”表示；
【电子自旋(spin of the electron)是电子的基本性质之一，属于量子物理学科，电子自旋先由实验上发现，然后才由狄拉克(Dirac)方程从理论上导出的】
【自旋量子数(spin quantum number)是描述电子自旋运动的量子数，自旋磁量子数用m s表示，即↑代表正方向自旋电子，↓代表逆方向自旋电子】
②泡利原理Pauli exclusion principle
1925年，泡利正式提出，在一个原子轨道里，最多只能容纳2个电子(通常称为电子对)，而且它们的自旋状态相反，称为泡利原理(也称泡利不相容原理)；
Pauli，1900--1958 Dirac，1902--1984 Hund，1896--1997
2.电子排布图
原子核外电子排布可利用电子排布图来表示，这是用方框(或圆圈)和箭头表明核外电子排布的另一种方法，也叫轨道表示式；每一个方框表示一个轨道，能量相同的轨道连在一起，与电子排布式相比，它具有轨道上自旋方向和成键时电子变化明晰的特点，但是稍微麻烦些，书写时先写元素符号，再根据能量最低原理、泡利原理、洪特规则等书写，例如：
3.洪特规则Hund rule
基态原子中，填入简并轨道的电子总是先单独分占，且自旋平行，称为洪特规则；
洪特规则不仅适用于基态原子，也适用于基态离子；
【洪特规则特例】
在等价轨道(同一能级)上的电子排布为全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)和全空(p0、d0、f0)状态时，具有较低的能量和较大的稳定性，可以理解为洪特规则特例；
例如：铬(24Cr)：[Ar]3d54s1正确，[Ar]3d44s2错误；
铜(29Cu)：[Ar]3d104s1正确，[Ar]3d94s2错误；
4.能量最低原理lowest energy principle
①基态是能量最低的状态，基态原子的电子排布式能量最低的原子轨道组合；
②在构建基态原子时，电子将尽可能地占据能量最低的原子轨道，使整个原子的能量最低，这
就是能量最低原理lowest energy principle；
③多电子原子的核外电子要先占据能量低的能层，在能量低的能层中又优先占据能量低的能级，
然后再依次进入能量较高的能层，这样使整个原子处于最低的能量状态，原子轨道能量的高低依据构造原理来判断；
5.补充：26Fe：1s2 2s2sp6 3s23p63d6 4s2
①电子的运动状态=电子数；(26)
②电子的空间运动状态=电子所占的轨道数；(15)
③电子的运动范围=能层数；(4)
④电子的能量=能级数；(7)。