怎样确定原子的电子层排布

怎样确定原子的电子层排布
一、电子层容量原理
ﻩ在原子核外电子排布中，每个电子层最多容纳的电子数为２ｎ2，这个规律在一些无机化学教材中叫做最大容量原理。

我认为，该原理并不能全面反映原子核外电子排布的真实情况,其一，它只适合于离核近的内电子层,且不是最大，而是等于2n 2；其二，离核远的外电子层,实际排布的电子数则远远小于2n 2,根本不能用此原理来描述。

离核近的内电子层与离核远的外电子层，各有其电子容量的规律,原子的电子层排布，就是这两种规律结合而成的。

为此,我总结出内电子层和外电子层的各自的容量规律，并将两者结合起来,称为“电子层容量原理”,其内容如下:
设ω为原子的电子层数，n 为从原子核往外数的电子层数,m 为由原子最外层往里数的电子层数。

当n ＜22+ω时,为内电子层,每个电子层容纳的电子数＝2n 2。

当n ≥22+ω时,为外电子层，每个电子层最多容纳的电子数＝2(ｍ＋1)2.
核外只有ｋ层时,最多容纳2个电子。

ﻩ由上述两个关系组成的电子层排布如下：
ﻩ从以上图示可知,原子的电子排布是两头少,中间多。

应用电子层容量原理，可使外电子层不用２n 2，避免出现太大偏差．
应用外电子层的公式,可以取代中学教材中的如下规律：
(1) 最外层电子数不超过8个(最外层为K 层,则不超过２个)。

(2) 次外层电子数不超过18个。

ﻩ(3) 外数第三层电子数不超过32个．……
因为这些规律可直接从外电子层的公式推出。

稀有气体原子的电子层排布则是很规整的相等关系,其内电子层电子数为2ｎ2，外电子层电子数为２(m +1)2，因此，稀有气体元素原子的电子层结构是一种稳定结构.主族元素的
原子,最外层未达到2(m +1)２个电子(即8个电子)，一般副族元素的原子,最外层和次外层的
电子数均小于2(ｍ+1)２。

原子的电子层数越多，出现未填满电子数2(ｍ+1)2的外电子层数
就越多。

它可用下式计算：未排满2(ｍ＋1)2个电子的电子层数最多为2
ω(当为偶数)或21-ω(为奇数)。

例如:核外有６个电子层的元素,没有排满2(m +１)2个电子的外电子层数最多为６
／2＝3。

镧系元素的原子,一般就有4、5、6三个电子层的电子数未达到2(m ＋１)２。

ﻩ2n 2是由电子运动状态的四个量子数及泡利不相容原理所得出的关系,而2(m +1)2却是由能级交错现象所得出的关系。

对于多电子原子，由于电子的屏蔽作用和穿透作用,出现了原子轨道的交错现象，产生了与元素周期表中周期相对应的能级分组，能级组的通式为ns 、(n -2)f 、(n -１)d 、np 。

从第3电子层起，出现E n ｄ＞E (n +1)s ，从第4电子层起，出现E ｎf >Ｅ(n +2)s ．因此,在次外层电子数未达到最大容量时,已出现了最外层电子的填充，而最外层电子数未达到最大容量时，又
进行次外层电子的填充；并且在更高的电子层出现之前，最外层中只可能出现s 轨道和ｐ轨道排有电子，因而最多容纳的电子数为8个;次外层中只能出现s 轨道、ｐ轨道和d 轨道排有电子，其容纳的电子数不超过1８个;余类推。

例如,铅(Pb )原子最外层为6s 26p 2，共4
个电子;次外层为５s ２5p 65d １0，共１8个电子；外数第3层为4s ２４ｐ6４d 104f 14，共32个电
子。

如果某原子的6ｄ轨道上占有电子，那末，它就不是最外层,按照能级高低的顺序,7s 轨道将会排上2个电子。

若第7层是最外层，则第6层就是次外层了。

利用电子层容量原理,可以根据元素的原子序数确定原子的电子层排布,写出原子结构示意图,推断元素在周期表里的位置.
二、饱和结构和稳定结构
ﻩ饱和结构是指原子的每个电子层的电子数都达到2n 2的电子层结构，能够达到饱和结构的原子是不多的,只有氦原子(2)、氖原子(2、8)。

稳定结构则是指符合电子层容量原理的电子层排布,即内电子层的电子数都达到2ｎ2，而外电子层的电子数都达到２(m ＋１)2。

稀有气体原子的电子层结构是这种稳定结构. ﻩ由上述叙述可知,原子的电子层结构中所谓的饱和结构和稳定结构是两个不同的概念，并且只能出现在稀有气体原子的电子层结构中,其它元素原子的电子层结构都不是稳定结构，
更不可能是饱和结构,因为它们的电子层结构至少有一个外层电子数未达到2(m ＋1)２。

但
是这些原子有失去或得到电子形成稀有气体原子的电子层结构，这是是引起化学反应的根本原因.这种具有稀有气体原子电子层结构的离子，我们把它简称为稀型离子(稀型离子在元素周期的推断题中往往是很重要的条件和解题的关键).因此，稀型离子的电子层结构是符合电子层容量原理的。

我们一般把这种稳定结构叫做2电子结构和８电子结构，这是常见的一种稳定结构.除此以外,离子的电子层结构还有最外层为1８电子的,不足1８电子的，以及外电子层为(18＋2)电子等的稳定结构。

ﻩ三、能级交错的规律
ﻩ对于核外电子排布的能级交错现象,我总结出以下规律。

不同电子层上的能级发生交错的条件是:
亚层差=电子层差＋1
即：ns <(n -1)ｄ，ns <(n －２)f ,ｎp <(n －1)ｆ,……
由此可以得出核外电子排布的能级高低顺序图:
1s 2ｓ2p 3s ３ｐ3d ４ｓ3d4p 5ｓ4d5p 6s 4f 5d 6p 7s
也可以从上关系中得出:从Ｌ层才会出现能级交错现象，即s 和ｄ的能级交错;而从P 层才会出现ｓ和f 的能级交错；从Ｏ层才会出现p 和ｆ的能级交错.由到组成一个能级组,目前周期表中含有七个能级组,对应周期表里的七个周期。

每一能级组中所所包含的电子数,就是对应周期的元素个数.如第6能级组为6s ４f 5d 6ｐ，共有32个电子,对应周期表里的第六周期的32个元素。

四、推断元素
已知元素的原子序数推断元素，确定其在元素周期表中的位置，一般有三种方法。

１．利用元素周期表的结构。

用该元素的原子序数,从第一周期元素数目减起，直到减不够为止.如5５号元素,55―2―８―8―18―１8=1，故该元素为第六周期、第ⅠA 族元素,为铯(C ｓ).
此方法可以确定每一个元素,但必须熟悉元素周期表的结构，记住每一周期的元素个数.
2.利用电子排布式确定元素。

如5５号元素，其电子排布式为：1ｓ22ｓ22p 63s 2３p 63d
１04s 24ｐ64ｄ105ｓ２5p ６6s １,得出该元素为第六周期、第ⅠA 族元素,为铯(Cs )。

此方法可以确定每一个元素,但必须熟悉能级高低顺序，能正确地写出它的电子排布式。

3.利用原子结构示意图.周期序数＝电子层数,主族序数=最外层电子数,由此确定元素在周期表里位置,并知道是什么元素。

利用电子层容量原理，根据元素的原子序数，可以确定稀有气体元素和Ⅳ－Ⅶ族元素原子的电子层排布，写出原子结构示意图.
ﻩ例如,Ｒn 原子核外有86个电子,有6个电子层。

22+ω=2
24+=4。

当n ＜4时,每个电子层的电子数用2ｎ２
计算,这样，可得出K 、L 、Ｍ层的电子数依次为2，8,18.
当ｎ≥4时,每个电子层的电子数用2(m ＋1)２计算:
ﻩＮ层,即外数第3层,m ＝３，电子数＝2(3+1)2＝32。

O 层，即次外层，m =2,电子数=２(２+1)2＝18。

ﻩＰ层,即最外层，m ＝１，电子数=2(1＋1)2=8。

故Rn 原子的电子层结构为：2，8,18,32，18,８。

ﻩ又如,5２号元素，原子核外有5个电子层。

这是一个主族元素,最外层没有达到８个电子。

22+ω＝225+=3.5。

ﻩ即ｎ＜3.5的K 、L 、Ｍ层的电子数用2ｎ2计算,分别为2,8,1８。

ﻩn ＞3.5的Ｎ层为次外层,用2(ｍ＋1)2计算电子数,为1８，余下的电子数就应排在最外层(O 层)，其电子数为52－(2＋８+１８+１8)=6。

ﻩ故该元素原子的电子层排布为:2，8,18，18,6。

如果只知道原子序数,不知道电子层数,则可按下述方法确定原子电子层排布。

稀有气体元素的电子层结构为:① 从内层往外数,每个电子层电子数为２n 2;② 从外层往里数,每个电子层电子数为２(ｍ＋１)2;③ 以上两种关系,相交而止。

ﻩ例如，５4号元素Xe ，有54个电子,按２ｎ2确定Ｋ、L 、M 层的电子数,分别为２，8，１
8.(N 层电子数为3２，前4层的总电子数将大于54，不可能)前３层的总电子数为2+8+18=2８,剩余电子数为54－28=26．
ﻩ按照2(m +1)2,最外层8个电子,次外层18个电子，共２6个电子,故Xe 原子的电子层结构为2，8,１8，１８，8．
又如主族元素11４号元素的原子,按2n ２可排出:
ﻩﻩＫ L M N
2 8 18 32
60
ﻩ还剩11４-６0=5４个电子。

按2(ｍ＋1)２得出:
ﻩ 外数第3层 次外层 最外层
ﻩ 32 1８ x
5０
ﻩ因此，最外层电子数应为ｘ=５4-5０＝４．该原子的电子层排布是2，８,１8，32，32，18，。