推断原子核外电子排布情况的几种方法
2021-12-15 11:23阅读：
推断原子核外电子排布情况的几种方法
推断出某原子核外电子排布情况，是基础化学教学中的一个重要内容。按照学生化学知识的多寡，可以在不同的学习阶段，循序渐进地给出如下几种推断方法。
一、
电子填充次序图法
“电子填充次序图”（下左图一）是一个见之于诸多种化学教材，大致描述原子轨道中各能级相对高低的示意图。
考虑到实际使用时，画出这个图是比较麻烦的。
不一定非要用圆圈来表示一个能级，如用方格来代替，则可得到被称之为“简易能级图”的上中图二。这样来画图，速度会显著提高，观察起来也更为简洁。
其实上述“电子填充工作”的蓝图主要源于，描述原子核外电子空间运动状态的四个量子数。
所以，用好这些图的前提是，清楚它们与四个量子数的关系。并结合图三做好对应知识点的如下复习。
1、该图形象地表示出原子核外电子的分层排布。图三最左端一纵列文字反映出来的是：根据平均能量和离核距离的不同，核外电子分为了第一电子层、第二电子层、第三电子层……。对应于主量子数n
= 1、2、3、4、5…，其光谱学符号依次为K、L、M、N、O……。
由下到上，随主量子数（即电子层数）的增加，电子的平均能量和离核距离会依次增加。
2、每个电子层包含有数目不等的亚层（也就是能级）。不同的能级，源于角量子数的不同，要用不同的符号来表示。如，角量子数依次为l
= 0、1、2、3……的能级，其光谱学符号分别是s、p、d、f、g……。
由于角量子数的取值范围要受主量子数制约。对于主量子数为n的电子层，其角量子数的取值范围是l
= 0、1、2、3……（n -1）。这样算来，在该n电子层中，角量子数（能级）的个数也恰好为n
。即，每个电子层的主量子数与其含有的能级数相等。即，第三电子层有三个能级。第四电子层有4个能级。
如，主量子数为四的N电子层，包含有4s、4p、4d、4f，这样4个电子亚层、四个能级。
学生还要知道，那些在该图中没有直接反映出来，但仍很重要的知识：
3、不同能级所含有的原子轨道数是不同的。原子轨道的数目要受角量子数的限制。亚层的角量子数（l）与其包含的原子轨道数的关系为，轨道数=（2l
+ 1）。这样，当角量子数l
分别为 0、1、2、3、4时，其对应能级的轨道数分别为1、3、5、7、9…。
由于每个轨道最多可以容纳自旋相反的两个电子，这样s、p、d、f、g能级，最多容纳的电子数依次为2、6、10、14、18…。这些信息被归纳在了，图三最上横行的两行数字中。
由此也可以计算出，随n的增加，各电子层最多容纳的电子数分别为2、8、18、32、50…。即，图三，最右纵列的阿拉伯数字。
4、无电子间相互作用时能级的能量
对氢原子或类氢离子（原子核外只有1个电子的离子）来说，由于不存在电子间的相互作用，同一电子层中各能级的能量是相同的。
如，氢原子第三电子层的3s、3p、3d亚层，在图中都处于相同的水平线高度。即E3s
= E3p =
E3d。
5、有电子间相互作用时能级的能量
对于多电子原子（多于1个电子的原子）来说，电子间的相互影响是从两个方面体现出来的。
一是，造成能级分裂，处于同一电子层的诸能级的能量不再相等。如，多电子原子第三电子层的3s、3p、3d能量排序则为，E3s
＜ E3p
＜
E3d。当电子填入这个电子层时，会优先填入能量最低的3s能级，然后才是3p能级。
另一点是，能级分裂达到一定程度后，可能会出现能级交错的现象。即，能级的能量不完全由主量子数来做主，主量子数较高的某能级的能量，有可能比主量子数较低的某能级的能量还要低。如4s
与3d能级相比较，一般是前者的能量高，但在某些情况下也会出现E4s
＜
E3d的情况。
考虑到核外多电子间的相互作用，将核外电子按能量从低到高填入“电子填充次序简图”时，应将观察能级高低的方法略加改变（不能再按水平线来观察）。
要以1s格为轴心、将整个图稍稍逆时针转动一定角度（体现出能级分裂）后，再来观察。但是，这样很不方便。相对应的，可以把该图中的能级，用从右下到左上的45°
