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SAT2化学考点：核外电子排布 Electron Configuration

2016-10-09来源: 互联网浏览量：

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　　今天小编为大家总结了SAT2化学考点之核外电子排布，在于帮助同学们在知其然的基础上知其所以然，希望对大家的SAT2化学考试有所帮助。

　　问题一：基态原子核外电子排布的最基本原则是什么？

　　答：首先说明一下何为基态原子。如前一节所述，基态指的是能量最低的状态，所谓基态原子指的就是该原子处于最低能量状态，也就是说，它的核外电子排布需要满足能量最低原则(minimum energy principle)。大自然倾向于使物质以能量最低的形式存在，能量越低越稳定，能量高的物质容易释放出能量转化成能量低的物质。根据波尔模型，离原子核越近的轨道能量越低，因此电子将由内至外依次填充，填满内层后再填充外层。

　　问题二：电子在原子核外最多可排几层？

　　答：7层。首先需要明确一点，原子序数越大，核外电子的数量也越多，容纳电子所需要的层数也越多。目前已发现的元素中，原子序数最大的为112，要容纳112个电子，7层就已经足够了。我们把这里所谓的“层”译成主能级(principal energy level，简写PEL)，把最内层称作第一主能级，次内层称作第二主能级，依此类推……把最外层称作第七主能级。显然，不同主能级之间存在着能量差异，外层主能级能量大于内层主能级能量，即E(PEL-1)< E(PEL-2) E(PEL-3)

　　问题三：位于同一主能级上的电子存在能量差异吗？

　　答：有。根据同一主能级上的能量差异，我们又可将主能级细分为不同的亚层(subshell)。第一主能级上有s亚层，第二主能级上有s和p亚层，第三主能级上有s、p、d亚层，第四、五、六、七主能级上有s、p、d、f亚层。我们用符号nx来对各个亚层进行命名，其中n=1，2，3，……7，代表所属主能级;x=s，p，d，f，代表所属亚层。如第一主能级上的s亚层记作1s，第二主能级上的p亚层记作2p，第三主能级上的d亚层记作3d，第四主能级上的f亚层记作4f，依此类推。表1列示了主能级和亚层之间的关系。

SAT2化学考点：核外电子排布表1

　　同一主能级上s、p、d、f亚层的能量排序为：Ens< Enp。如：E2s< E2p，E3s< E3p< E3d，E4s< E4p< E4d< E4f。那么，位于不同主能级上的亚层能量是如何排序的呢?一般情况下，位于较低主能级上的亚层能量要小于较高主能级上的亚层能量。但是请注意，观察图2，4s亚层的能量反而小于3d亚层的能量，4f亚层的能量反而小于5d亚层的能量。从应试角度出发，请大家务必熟记以下亚层能量排序：E1s< E2s<E2p< E3s< E3p< E4s< E3d<E4p，这也是下文将要提到的电子填充顺序。4p以后的能量排序，大家就不必记忆了。

SAT2化学考点：核外电子排布

　　问题四：每一个主能级上分别最多能容纳多少个电子？

　　答：在回答这个问题之前，我们首先需要明确，不同的亚层中包含有不同数目的轨道(orbital)：s亚层中含1个轨道，p亚层中含3个轨道，d亚层中含5个轨道，f亚层中含7个轨道。每个轨道最多可容纳2个电子。比如说：第一主能级中只有1s亚层，1s亚层包含1个轨道，故第一主能级总共包含1个轨道，最多只能容纳2个电子;第二主能级中既有2s亚层，也有2p亚层，2s亚层包含1个轨道，2p亚层包含3个轨道，故第二主能级总共包含4个轨道，最多能容纳8个电子;第三主能级中既有3s亚层，也有3p、3d亚层，3s亚层包含1个轨道，3p亚层包含3个轨道，3d亚层包含5个轨道，故第三主能级总共包含9个轨道，最多能容纳18个电子。数量关系如表2所示。

SAT2化学考点：核外电子排布表2

　　问题五：请举例说明基态原子的核外电子排布。

　　答：回顾一下亚层能量排序，E1s< E2s< E2p< E3s

　　我们以氢(H)原子、锂(Li)原子、氟(F)原子、钠(Na)原子、氯(Cl)原子、钾(K)原子和钪(Sc)原子的基态形式为例说明。

　　1) H原子。H为第1号元素，核外只有1个电子。根据排布规则，这1个电子将填充在1s轨道上，记为1s1。上标1代表1s亚层上有1个电子。因此记作H：1s1。

　　2) Li原子。Li为第3号元素，核外有3个电子。根据排布规则，用其中的2个电子先填充1s亚层，剩下1个填充2s亚层，记为1s22s1。同理，上标2代表1s亚层上有2个电子，上标1代表2s亚层上有1个电子。因此记作Li：1s22s1。

　　3) F原子。F为第9号元素，核外有9个电子。填充顺序依次为1s、2s、2p，1s和2s上最多容纳2个电子，2p上最多容纳6个电子。所以，对于基态F原子而言，2个电子充满1s，2个电子充满2s，剩下5个电子填充2p。因此记作F：1s22s22p5。

　　4) Na原子。Na为第11号元素。1s和2s上最多各容纳2个电子，2p上最多容纳6个电子。所以，对于基态Na原子而言，2个电子充满1s，2个电子充满2s，6个电子填充2p，还需1个电子去填充3s。因此记作Na：1s22s22p63s1。

　　注释

　　请同学们观察一下，基态Na原子的第一主能级上有2个电子，第二主能级上有8个电子，第三主能级上有1个电子，是不是吻合之前讨论的由内至外2、8、1的排布形式?引入亚层结构的一个优点就在于把第二主能级上的8个电子按照能量差异又进行了细分，2s亚层上2个，2p亚层上6个！

　　5) Cl原子。Cl为第17号元素，1s和2s上最多容纳2个电子，2p上最多容纳6个电子，3s上最多容纳2个电子。对于基态Cl原子而言，2个电子充满1s，2个电子充满2s，6个电子填充2p，2个电子充满3s，还需5个电子去填充3p。因此记作Cl：1s22s22p63s23p5。

　　6) K原子。K为第19号元素，比Cl原子多2个核外电子。Cl原子的基态电子构型为1s22s22p63s23p5，多出来的2个电子的其中1个继续填充3p亚层，使之充满，剩下的那1个电子将填充在下一个亚层上。根据能量排序，E3p< E4s< E3d，这个电子将填充在4s上。因此记作K：1s22s22p63s23p64s1。

　　7) Sc原子。Sc为第21号元素，比K原子多2个核外电子。K原子的基态电子构型为1s22s22p63s23p64s1，多出来的2个电子其中1个继续填充4s亚层，使之充满，剩下的那1个电子将填充在下一个亚层上。根据能量排序，E3p< E4s< E3d，这个电子将填充在3d上。因此记作Sc：1s22s22p63s23p64s23d1。

　　为了避免电子结构式太长，通常可把内层已经达到稀有气体的电子层结构写成原子实(noble gas notation)的形式，即以稀有气体符号加方括号表示。如基态钠原子的电子结构式可表示为[Ne]3s1，基态氯原子的电子结构式可表示为[Ne]3s23p5，基态钾原子的电子结构式可表示为[Ar]4s1。表3列举了1-20号元素的基态原子的核外电子排布。

SAT2化学考点：核外电子排布表3