(3)洪特規則:
科學家洪特從大量的光譜實驗中發現,電子在能量相同的軌道上分布時,總是盡可能以自旋相同的方向分占不同的軌道。這樣的排布方式,使得原子的能量較低,體係較穩定,這就是洪特規則。
例如:碳元素的原子核外有6個電子、氮元素的原子的電子層排布可表示為1s22s22p2和1s22s22p3,此式稱為電子排布式。按能量最低原理和保裏不相容原理,首先有2個電子排布到第1層的1s軌道中,另外2個電子填入第2層的2s軌道中,剩餘2個或3個電子排布在2個或3個p軌道上,具有相同的自旋方向,而不是某兩個電子集中在一個p軌道,自旋方向相反。
作為洪特規則的補充,能量相等的等價(簡並)軌道全充滿、半充滿或全空的狀態比較穩定。
根據以上原則,電子在原子軌道中填充排布的順序為1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d……:
洪特規則的特例是等價軌道(同一亞層中的簡並軌道)上的電子排布在半充滿、全充滿、全空的狀態能量最低是比較穩定的。即以下情形最為穩定:
半充滿:p3或d5或f7;
全充滿:p6或d10或f14;
全空:p0或d0或f0。
1.1.2元素周期律與元素性質的周期性:
電子層結構與元素周期律:
元素周期律,指元素的性質隨著元素的原子序數(即原子核外電子數或核電荷數)的增加呈周期性變化的規律。依照原子序數遞增的順序列出1~112號元素原子基態電子排布可以發現,元素原子的核外電子排布呈現周期性變化。這種變化導致元素的性質也呈現出周期性變化。元素性質的周期性來源於原子電子層結構隨原子序數遞增而呈現的周期性,元素周期律正是原子內部結構周期性變化的反映,這一規律的圖表形式就是元素周期表。
元素周期表是1869年俄國科學家門捷列夫(DmitriMendeleev)首創的,他將當時已知的63種元素依原子量大小以表的形式排列,把相似化學性質的元素放在同一行,建立了元素周期表的雛形。經過多年修訂後才形成現在的周期表。在周期表中,一橫行稱為一個周期,一列稱為一個族。元素在周期表中的位置和它們的電子層結構有直接關係。
(1)元素周期與能級組:
元素周期表是元素周期律的具體表現形式。它將已知元素共分為7個周期,橫向排列。因而元素周期表中有7個橫行,每個橫行稱為一個周期。原子核外電子分布的周期性是元素周期律的基礎,從各元素的電子層結構可知,主量子數n每增加一個數值就增加一個能級組,因而增加一個新的電子層,相當於周期表中的一個周期。原子具有的電子層數與該元素所在的周期序數相對應。每一個能級組就對應於一個周期。元素周期表中的7個周期與7個能級組的劃分是一致的。不難發現,基態原子填有電子的最高能級組序數與元素原子所處周期數相同,各能級組能容納的電子數等於相應周期的元素數目。周期劃分的本質是原子軌道能量關係的體現。觀察比較周期表與能級組,由於有能級交錯,也就有長短周期之分。
第1周期隻有2種元素,稱為特短周期;第2、3周期各有8種元素,稱為短周期;第4、5周期各有18種元素,是長周期;第6周期有32種元素,稱為特長周期;第7周期,預計有32種元素,現在隻有26種元素(至今發現的元素隻有112種),尚未排滿,稱為不完全周期。