軌道表示式

軌道表示式

概念

軌道表示式(guǐ dào biǎo shì shì),是表示原子核外電子排布的圖式之一,又稱電子排布圖。用一個方框、圓圈或兩條短線表示一個給定量子數n、l、m的軌道,用箭頭“↑”或“↓”來區別ms的不同電子。

基本介紹

意義,遵守原則,排布方法,書寫方法,關係,

意義

可以反映粒子的電子層電子亞層和自旋方向。但無法體現伸展方向。可體現泡利不相容原理能量最低原理洪特規則

遵守原則

泡利不相容原理
可以簡單敘述為:一個原子軌道中最多只能容納兩個電子,並且這兩個電子的自旋方向必須相反。因而可知s亞層只有一個軌道,因而最多只能容納兩個電子,p亞層有三個軌道,最多可容納六個電子······也可以得知,第一電子層K層中因只有1s亞層,所以最多可容納兩個電子,而第二電子層L層中有2s和2p亞層,總共可以容納八個電子,可的第n層中最多可容納的電子數為2乘以n的平方個電子。
能量最低原理
自然界一個普遍的規律是“能量越低越穩定”。原子中的電子也是如此。在不違反泡利原理的條件下,電子優先占據能量較低的原子軌道,使整個原子體系能量處於最低,這樣的狀態是原子的基態。
洪特規則
光譜實驗結果總結出來的洪特規則有兩方面的含義:一是對於基態原子,電子在能量相同的軌道排布時,將儘可能分占不同的軌道並且自旋方向相同;洪特規則的第二個含義是對於同一個電子亞層,當電子排布處於
全滿(s2、p6、d10、f14)
半滿(s1、p3、d5、f7)
全空(s0、p0、d0、f0)時比較穩定。

排布方法

書寫軌道表示式除須遵守上述三個原則之外,還要參考核外電子的排布方法。在此僅作簡單的介紹:
對於某元素原子的核外電子排布情況,先確定該原子的核外電子數(即原子序數、質子數、核電荷數),如24號元素鉻,其原子核外總共有24個電子,然後將這24個電子從能量最低的1s亞層依次往能量較高的亞層上排布,只有前面的亞層填滿後,才去填充後面的亞層,每一個亞層上最多能夠排布的電子數為:s亞層2個,p亞層6個,d亞層10個,f亞層14個。最外層電子到底怎樣排布,還要參考洪特規則,如24號元素鉻的24個核外電子依次排列為
1s22s22p63s23p64s23d4
根據洪特規則,d亞層處於半充滿時較為穩定,故其排布式應為:
1s22s22p63s23p64s13d5
最後,按照人們的習慣“每一個電子層不分隔開來”,改寫成
1s22s22p63s23p63d54s1

書寫方法

利用能量最低原理、泡利不相容原理和洪特規則,參考基態原子的核外電子在原子軌道上的排布順序,首先應確定原子核外電子的數目,再確定其排布順序,最後根據泡利不相容原理和洪特規則寫出其軌道表示式。
值得說明的是,因元素的化學性質與價電子的數目密切相關,因而多數情況下,為了便於研究化學性質與價電子的數目之間的關係,常常只寫出原子的價電子的軌道表示式,而內層電子的軌道的表示則可以簡化表示,即用相應的稀有氣體的元素符號加方括弧表示。

關係

原子的軌道表示式與核外電子排布式描述的內容是完全相同的,相對而言,軌道表示式要更加詳細一些,它既能明確表示出原子的核外電子排布在哪些電子層、電子亞層上, 還能表示出這些電子是處於自旋相同還是自旋相反的狀態,而核外電子排布式不具備後一項功能。原子結構示意圖中可以看出電子在原子核外分層排布的情況,但它並沒有指明電子分布在哪些亞層上,也沒有指明每個電子的自旋情況,其優點在於可以直接看出原子的核電荷數(或核外電子總數)。
限制條件
但是軌道表示式限制於其表達的電子只能是處於基態氣態中性的電子,激發態等的電子是無法用軌道表示式來表示的。

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