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化学原子轨道,怎么理解原子轨道的概念

  • 化学
  • 2023-05-17
目录
  • 化学中原子轨道的描述
  • 原子轨道的概念
  • Cu原子轨道数怎么算
  • 原子轨道定义高中
  • 怎么理解原子轨道的概念

  • 化学中原子轨道的描述

    n是主颤稿瞎量子数 表示电子所在亚层 n=4表示在N亚层l是角量子数 表示电子所在轨道l=3表示在d轨道m是磁量子数 表示电子在轨道的具体位置 m=2 表示在d轨道敬粗的第三个茄空轨道上所以可得应是4d

    原子轨道的概念

    “轨道”便是指在波函数界定下,电子在原子核外空间出现几率较大的区域。波函数的模的平方|Ψ|²值表示单位体积内电子在核外空间某处出现的几率,电子云实际上就是|Ψ|²在空间的分布。

    研究电子云的空间分布主要包括它的径向分布和角度分布两个方面。径向分布探求电子出现的几率大小和离核远近的关系,被看作在半径为r,厚度为dr的薄球壳内电子出现的几率。

    电告搭逗子云作为电子在核外空间出现概率密度分布的一种形象描述,原子核位于中心,小黑点的密疏表示核外电子概率密度的大小。

    扩展资料:

    电子排布相关规律:

    在电子的振动图案中,对应于一种振动的能量空间的每一点上的几率密度,代表电子在该点的或然率,在距离原子很远的地方,几率密度为零,这意味着非常不可能在那里找到电子,在非常邻近核的区域,电子出现的几率也为零,则说明电子无法到达此区域。

    电子依据“能级交错”后的能级顺序顺序和“能量最低原理”、“泡袜卖利不相容原理”和“洪德规则”三个规则进行。另枝隐外,虽然电子先进入4s轨道,后进入3d轨道(能级交错的顺序),但在书写时仍然按1s∣2s,2p∣3s,3p,3d∣4s的顺序进行。

    参考资料来源:-电子云

    参考资料来源:-原子轨道

    Cu原子轨道数怎么算

    原子轨道 百科名片部分原子轨道的角度分布波函数图像定义 原子轨道(Atomic orbital)是单电子薛定谔方程的合理解ψ(x,y,z)。若用球坐标来描述这组解,即ψ(r,θ,φ)<=>R(r)·Y(θ,φ),这里R(r)是与径向分布有关的函数,称为径向分布函数,用图形描述就是原子轨道的径向分布函数;Y(θ,φ)是与角度分布有关的函数,用图形描述就是角度分布函数目录层次 能层(电子层) 能级(电子亚层) 轨道 自旋电子排布 综述 能量最低原理 泡利不相容原理 洪德规则(Hund's rule) 电子排布式层次 能层(电子层) 能级(电子亚层) 轨道 自旋电子排布 综述 能量最低原理 泡利不相容原理 洪德规则(Hund's rule) 电子排布式展开编辑本段层次能层(电子层)参见“腔弊电子层” 原子核外运动的电子绕核运动会受到原子核的吸引,他们运动能量上的差异可用他们运动轨道离核的远近表现出来。具有动量较大的电子在离核越远的地方运动,而动量较小的则在离核较近的地方运动。但是电子绕核运动与人造卫星绕地球运动不同。人造卫星绕地球运动的动量是连续变凯搜化的,由于能量的消耗,它的轨道会逐渐接近地球。但原子的能量是量子化的,原子核外电子运动的轨道是不连续的,他们可以分成好几层,这样的层,称为“电子层”,也称“能层”[1]。 氢原子光谱的巴尔默系氢原子线状光谱(右图,巴尔默线系)的事实可以证明电子层的存在。根据经典电磁学理论,绕核高速旋转的电子将不断从原子发射连续的电磁波,但从图中可以发现,氢原子的光谱图像是分立的,这与经典电磁学的推算结果矛盾,之后,玻尔提出了电子层的概念,成功推导出了描述氢原子光谱的里德伯公式(σ=R'×[(n^-2)-(m^-2)])将里德伯常量R'与,普朗克常数联系在一起,电子层的存在从此得到了公认[2]。 通常情况下,氢原子的电子在离核最近的电子层上运动,这时并不放出能量,此时的电子所处的状态称为“基态”。当氢原子从外界获得能量(如灼热、放电、辐射能等),它的电子可以迁跃到离核较远的电子层上,此时的电子所处的状态称为“激发态”。当电子从离核较远的电子层迁跃回能量相对更低也离核更近的电子层时,就会以光的形式放出能量。光的频率ν和两电子层的能量差∣E2-E1∣有下列关系[3]: hv=∣E2-E1∣ 其中,h为普朗克常数(6.62×10^-27尔格·秒) 因为电子层是不连续的所以电子迁跃放出的能量也是不连续的(量子化的),这种不连续的能量在光谱上的反映就是线状光谱。 在现代量子力学模型中,描述电子层的量子数称为主量子数(principal quantum number)或量子数n,n的取值为正整数1、2、3、4、5、6、7,对应符号为K、L、M、N、O、P、Q。对氢原子来说,n一定,其运动状态的能量一定。一般而言:n越大,电子层的能量越高。 每个电子层所容纳的电子个数有限,为2n^2个,但当一个电子层是原子的最外层时,它至多只能容纳8个电子,次外层最多容纳18个[4]。主量子数1 2 3 4 5 6 7 电子层KL M N O P Q 0族电子数2 2,8 2,8,8 2,8,18,8 2,8,18,18,8 2,8,18,32,18,8 暂无如果一个电子在激发态,一个有着恰当能量的光子能够使得该电子受激辐射,释放出一个拥有相同能量的光子,其前提就是电子返回低能级所释放出来的能量必须要与与之作用的光子的能量一致。此时,受激释放的光子与原光子像同一个方向运动,也就是说这两个光子的波是同步的。利用这个原理,人们设计出了激光,它是可以产生频率很窄的光的光源。 在越来越多的光谱实验中,人们发现,电子在两个相邻电子层之间发生迁跃时,会出现多条相近的谱线,这表明,同一电子层中还存在着能量的差别,这种差别,就被称为“电子亚层”,也叫“能级”。 能级(电子亚层)如果用更加精细的光谱仪观察氢原子光谱,就会发盯圆历现,原来的整条谱线又有裂分,这意味着量子化的两电子层之间存在着更为精细的“层次”,这被称为“能级”,每一电子层都原子轨道能级图由一个或多个能级组成,同一能级的能量相同。 描述能级的量子数称为角量子数(angular quantum number)用“l”表示。对于每一个电子层对应的主量子数n,l的取值可以是0、1、2、n-1,也就是说,总共有n个能级,因为第一电子层K的n=1,所以它只有一个能级,而n=2的L层就有两个能级,表现在光谱上就是两条非常相近的谱线。 从第一到第七周期的所有元素中,人们共发现4个能级,分别命名为s,p,d,f。从理论上说,在第八周期将会出现第五个能级。主量子数n1 23 4 电子层 K L M N 角量子数(l)取值 0 0,1 0,1,2 0,1,2,3 能级符号 1s 2s,2p 3s,3p,3d 4s,4p,4d,4f 能级分裂 s,p,d,f能级的能量有大小之分,这种现象称为“屏蔽效应”,屏蔽效应产生的主要原因是核外电子间静电力的相互排斥,减弱了原子核对电子的吸引:s能级的电子排斥p能级的电子,把p电子“推”离原子核,p、d、f之间也有类似情况 总的屏蔽顺序为 ns>np>nd>nf 因为离核越远,能量越大,所以能量顺序与屏蔽顺序成反比 能量顺序为 ns 同一电子层之间有电子的相互作用,不同电子层之间也有相互作用,这种相互作用称为“钻穿效应”,其原理较为复杂,钻穿效应的直接结果就是上一电子层的d能级的能量高于下一电子层s的能量。即,d层和s层发生交错,f层与d层和s层都会发生交错。 我国化学家徐光宪提出了一条能级计算的经验定律:能级的能量近似等于n+0.7l。 美国著名化学家莱纳斯·鲍林也通过计算给出了一份近似能级图(见右图)这幅图近似描述了各个能级的能量大小,有着广泛的应用[5]。 轨道在外部磁场存在的情况下,许多原子谱线还是发生了更细的分裂,这个现象被叫做塞曼效应(因电场而产生的裂分被称为斯塔克效应),这种分裂在无磁场和电场时不存在,说明,电子在同一能级虽然能量相同,但运动方向不同,因而会受到方向不同的洛伦兹力的作用。这些电子运动 描述轨道的量子数称为磁量子数(magnetic quantum number)符号“m”,对于每一个确定的能级(电子亚层),m有一个确定的值,这个值与电子层无关(任何电子层内的能级的轨道数相同)能级s p d f 磁量子数 1 3 5 7 轨道数 1 3 5 7 轨道的形状可以根据薛定谔方程球座标的Y(θ,φ)推算,s能级为一个简单的球形轨道。p能级轨道为哑铃形,分别占据空间直角坐标系的x,y,z轴,即有三个不同方向的轨道。d的轨道较为复杂,f能级的七个轨道更为复杂。所有轨道的角度分布波函数图像参见a gallery of atomic orbitals and molecular orbitals[6]. 自旋高分辨光谱事实揭示核外电子还存在着一种奇特的量子化运动,人们称其为自旋运动,用自旋磁量子数(spin m.q.n)表示,每个轨道最多可以容纳两个自旋相反的电子。记做“↑↓”但需要指出,这里的自旋和地球的自转不同,自旋的实质还是一个等待发现的未解之谜[4]。 原子核也可以存在净自旋。由于热平衡,通常这些原子核都是随机朝向的。但对于一些特定元素,例如氙-129,一部分核自旋也是可能被极化的,这个状态被叫做超极化,在核磁共振成像中有很重要的应用。 编辑本段电子排布综述电子在原子轨道的运动遵循三个基本定理:能量最低原理、泡利不相容原理、洪德定则。 能量最低原理能量最低原理的意思是:核外电子在运动时,总是优先占据能量更低的轨道,使整个体系处于能量最低的状态。 泡利不相容原理物理学家泡利在总结了众多事实的基础上提出:不可能有完全相同的两个费米子同时拥有样的量子物理态。泡利不相容原理应用在电子排布上,可表述为:同一轨道上最原子轨道多容纳两个自旋相反的电子。该原理有两个推论: ①若两电子处于同一轨道,其自旋方向一定不同; ②若两个电子自旋相同,它们一定不在同一轨道; ③每个轨道最多容纳两个电子。 洪德规则(Hund's rule)洪德在总结大量光谱和电离势数据的基础上提出:电子在简并轨道上排布时,将尽可能分占不同的轨道,且自旋平行[5]。对于同一个电子亚层,当电子排布处于 全满(s^2、p^6、d^10、f^14) 半满(s^1、p^3、d^5、f^7) 全空(s^0、p^0、d^0、f^0) 时比较稳定。 电子排布式最初人们只是用电子结构示意图来表示原子的微观结构,但电子结构示意图只能表示出原子的电子层而不能表示出能级和轨道,电子排布式由此诞生。 电子排布式的表示方法为:用能级符号前的数字表示该能级所处的电子层,能级符号后的指数表示该能级的电子数,电子依据“能级交错”后的能级顺序顺序和“能量最低原理”、“泡利不相容原理”和“洪德规则”三个规则进行进行。另外,虽然电子先进入4s轨道,后进入3d轨道(能级交错的顺序),但在书写时仍然按1s ∣ 2s,2p ∣ 3s,3p,3d ∣ 4s的顺序进行。 示例 H:1s^1 F:1s^2 ∣ 2s^2,2p^5 S:1s^2 ∣ 2s^2,2p^6 ∣ 3s^2,3p^4 Cr:1s^2 ∣ 2s^2,2p^6 ∣ 3s^2,3p^6,3d^5 ∣ 4s^1 (注意加粗数字,是3d^5,4s^1而不是3d^4,4s^2,因为d轨道上,5个电子是半充满状态,这里体现了洪德规则)。 简化电子排布式 为了书写方便,通常还会将电子排布式进行简化,用稀有气体结构代替已经充满的电子层 示例 Cr:1s^2 ∣ 2s^2,2p^6 ∣ 3s^2,3p^6,3d^5 ∣ 4s^1 简化后:[Ar]3d^5 ∣ 4s^1 简化后剩下的电子排布部分是价电子,会参与化学反应,在元素周期表中有标示。

    原子轨道定义高中

    严格说来不能说轨道,应说是亚层

    只有指明电子层数时才说轨道,如1s 2p 轨道

    s亚层是角量子数L为1的轨道,能容纳一对自选相反的电子

    p亚层是角量子数为2的轨道,能容纳三对自选相反的电子

    d亚层是角量子数为3的轨道,能容纳五对自选相反的电子

    往下f,g亚层以此类推,容纳2L+1个电子

    在多电子的原子中,我们根据电子自身能量的高低,将其排布在不同的电子层中,电子层用n表示,n的取值范围是正整数,即n=1,2,3,4,5......电子的n值越大,代表电子的能量越高。

    而同一电子层中的电子的能量还不完全相同,为了区别这些能量不同的电子,我们将其排入不同的亚层,亚层根据能量的高低可用s、p、d、f、g......表示,每个电子层的亚层数等于电子层的序数。如:

    n=1,只有一个s亚层

    n=2,有s、p两个亚层

    n=3,有s、p、d三个亚层

    依此类推

    一个电子层中的每个亚层称作一个能级。

    每个亚层的形状各不相同,亚层的形状在空间有不同的伸展方向,s、p、d、f亚层分别有1、3、5、7个伸展方向,每个伸展方向叫做一个轨道。笼统来说,s亚层的轨道可简称为s轨道,p亚层的轨道可简称为p轨道唯顷敏,d亚层的轨道可简称为d轨道。要是准确描述轨道,需要将电子层和亚层结合一起,如:1s,2s,2p,3s,3p,3d等等。

    原子有核外电子,电子要排在轨道上;

    总的说来,核外电子层分K、L、M、N、O、P,

    可是科学家发现指枝,在这每一层上,又有很多能量不同的区域,即电子亚层;

    这种电子亚层有四种,分别用字母s,p,d,f来表示;

    电子亚层,其实你就可以理解为电子轨道群,

    每个亚层上都有若干个轨道,

    s亚层有1个轨道,p亚层有3个轨道,d亚层有5个轨道,f亚层有7个轨道,

    有了这些轨道,电子才能装进去,每个轨道上能容纳2个自旋方乎橘向相反的电子(意思就是说,这两个电子旋转方向不一样)。

    那么我再给你找些实用的资料,以后对你会很有用的:

    ①K层只有s亚层,简称为1s;L层有s,p两个亚层,简称为2s,2p;M层有s,p,d三个亚层,简称为3s,3p,3d;等等。

    ②由于亚层的存在,使同一个电子层中电子能量出现不同,甚至出现低电子层的高亚层能量大于高电子层的低亚层,各亚层能量由低到高排列如下:

    1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,4f,5d,6p,7s,5f....... 补充一点:根据能量最低原理,电子通常总是先填充能量低的亚层(懂了这个你就知道为什么有时第三层,就是M层有时没有填满,电子就去添下一层N层了吧,如钙,3s和3p都填满了,但是没填3d,就去填4s)

    ③:如果你想更了解关于电子亚层的知识,可以再了解一下:能量最低原理,洪特原理,保里不相容原理,洪特特例,如下:一、原子核外电子排布的原理处于稳定状态的原子,核外电子将尽可能地按能量最低原理排布,另外,由于电子不可能都挤在一起,它们还要遵守保里不相容原理和洪特规则,一般而言,在这三条规则的指导下,可以推导出元素原子的核外电子排布情况,在中学阶段要求的前36号元素里,没有例外的情况发生。 1.最低能量原理电子在原子核外排布时,要尽可能使电子的能量最低。怎样才能使电子的能量最低呢?比方说,我们站在地面上,不会觉得有什么危险;如果我们站在20层楼的顶上,再往下看时我们心理感到害怕。这是因为物体在越高处具有的势能越高,物体总有从高处往低处的一种趋势,就像自由落体一样,我们从来没有见过物体会自动从地面上升到空中,物体要从地面到空中,必须要有外加力的作用。电子本身就是一种物质,也具有同样的性质,即它在一般情况下总想处于一种较为安全(或稳定)的一种状态(基态),也就是能量最低时的状态。当有外加作用时,电子也是可以吸收能量到能量较高的状态(激发态),但是它总有时时刻刻想回到基态的趋势。一般来说,离核较近的电子具有较低的能量,随着电子层数的增加,电子的能量越来越大;同一层中,各亚层的能量是按s、p、d、f的次序增高的。这两种作用的总结果可以得出电子在原子核外排布时遵守下列次序:1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p…… 2.保里不相容原理我们已经知道,一个电子的运动状态要从4个方面来进行描述,即它所处的电子层、电子亚层、电子云的伸展方向以及电子的自旋方向。在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全相同的两个电子存在,这就是保里不相容原理所告诉大家的。根据这个规则,如果两个电子处于同一轨道,那么,这两个电子的自旋方向必定相反。也就是说,每一个轨道中只能容纳两个自旋方向相反的电子。这一点好像我们坐电梯,每个人相当于一个电子,每一个电梯相当于一个轨道,假设电梯足够小,每一个电梯最多只能同时供两个人乘坐,而且乘坐时必须一个人头朝上,另一个人倒立着(为了充分利用空间)。根据保里不相容原理,我们得知:s亚层只有1个轨道,可以容纳两个自旋相反的电子;p亚层有3个轨道,总共可以容纳6个电子;f亚层有5个轨道,总共可以容纳10个电子。我们还得知:第一电子层(K层)中只有1s亚层,最多容纳两个电子;第二电子层(L层)中包括2s和2p两个亚层,总共可以容纳8个电子;第3电子层(M层)中包括3s、3p、3d三个亚层,总共可以容纳18个电子……第n层总共可以容纳2n2个电子。 3.洪特规则从光谱实验结果总结出来的洪特规则有两方面的含义:一是电子在原子核外排布时,将尽可能分占不同的轨道,且自旋平行;洪特规则的第二个含义是对于同一个电子亚层,当电子排布处于全满(s2、p6、d10、f14)半满(s1、p3、d5、f7)全空(s0、p0、d0、f0)时比较稳定。这类似于我们坐电梯的情况中,要么电梯是空的,要么电梯里都有一个人,要么电梯里都挤满了两个人,大家都觉得比较均等,谁也不抱怨谁;如果有的电梯里挤满了两个人,而有的电梯里只有一个人,或有的电梯里有一个人,而有的电梯里没有人,则必然有人产生抱怨情绪,我们称之为不稳定状态。二、核外电子排布的方法对于某元素原子的核外电子排布情况,先确定该原子的核外电子数(即原子序数、质子数、核电荷数),如24号元素铬,其原子核外总共有24个电子,然后将这24个电子从能量最低的1s亚层依次往能量较高的亚层上排布,只有前面的亚层填满后,才去填充后面的亚层,每一个亚层上最多能够排布的电子数为:s亚层2个,p亚层6个,d亚层10个,f亚层14个。最外层电子到底怎样排布,还要参考洪特规则,如24号元素铬的24个核外电子依次排列为 1s22s22p63s23p64s23d4根据洪特规则,d亚层处于半充满时较为稳定,故其排布式应为:1s22s22p63s23p64s13d5 最后,按照人们的习惯“每一个电子层不分隔开来”,改写成1s22s22p63s23p63d54s1即可。三、核外电子排布在中学化学中的应用 1.原子的核外电子排布与轨道表示式、原子结构示意图的关系:原子的核外电子排布式与轨道表示式描述的内容是完全相同的,相对而言,轨道表示式要更加详细一些,它既能明确表示出原子的核外电子排布在哪些电子层、电子亚层上, 还能表示出这些电子是处于自旋相同还是自旋相反的状态,而核外电子排布式不具备后一项功能。原子结构示意图中可以看出电子在原子核外分层排布的情况,但它并没有指明电子分布在哪些亚层上,也没有指明每个电子的自旋情况,其优点在于可以直接看出原子的核电荷数(或核外电子总数)。 2.原子的核外电子排布与元素周期律的关系在原子里,原子核位于整个原子的中心,电子在核外绕核作高速运动,因为电子在离核不同的区域中运动,我们可以看作电子是在核外分层排布的。按核外电子排布的3条原则将所有原子的核外电子排布在该原子核的周围,发现核外电子排布遵守下列规律:原子核外的电子尽可能分布在能量较低的电子层上(离核较近);若电子层数是n,这层的电子数目最多是2n2个;无论是第几层,如果作为最外电子层时,那么这层的电子数不能超过8个,如果作为倒数第二层(次外层),那么这层的电子数便不能超过18个。这一结果决定了元素原子核外电子排布的周期性变化规律,按最外层电子排布相同进行归类,将周期表中同一列的元素划分为一族;按核外电子排布的周期性变化来进行划分周期如第一周期中含有的元素种类数为2,是由1s1~2决定的第二周期中含有的元素种类数为8,是由2s1~22p0~6决定的第三周期中含有的元素种类数为8,是由3s1~23p0~6决定的第四周期中元素的种类数为18,是由4s1~23d0~104p0~6决定的。由此可见,元素原子核外电子排布的规律是元素周期表划分的主要依据,是元素性质周期性变化的根本所在。对于同族元素而言,从上至下,随着电子层数增加,原子半径越来越大,原子核对最外层电子的吸引力越来越小,最外层电子越来越容易失去,即金属性越来越强;对于同周期元素而言,随着核电荷数的增加,原子核对外层电子的吸引力越来越强,使原子半径逐渐减小,金属性越来越差,非金属性越来越强。 3.元素原子的核外电子排布与元素的化学性质元素的化学性质直接决定于该元素原子的核外电子排布情况,如碱金属元素的最外层电子结构可表示为ns1,说明碱金属元素一般容易失去最外层的1个电子(价电子),变成正一价的阳离子,从而形成惰性气体的稳定结构(此性质即强还原性);而卤素的最外层电子结构可表示为ns2np5,说明卤素在一般情况下很容易得到1个电子,变成负1价的阴离子,从而形成惰性气体的稳定结构(此性质即强氧化性),当然,它们也可以失去最外层的价电子而呈现出+1、+3、+5、+7等价态。对于同一族元素而言,随着电子层数的增加,金属性越来越强,非金属性越来越弱,这也取决于元素原子的核外电子排布情况。有了这些理论知识作指导(如下式所示),我们可以理解和推测元素的化学性质及其变化规律,从而大大减轻我们的记忆量。

    怎么理解原子轨道的概念

    原子轨道(Atomicorbital)是单电子薛定谔方程的合理解ψ(x,y,z)。若用球坐标来描述这组解,即ψ(r,θ,φ)<=>R(r)·Y(θ,φ),这里R(r)是与径向分布有关的函数,称为径向分布函数,用图形描述烂谨就是原子轨道的径向分布函数;Y(θ,φ)是与角度分布有关的函数,用图形描述饥姿基就是角度分布函数.

    用通俗点的语言回答就是:电子由于在原子核外做量子化的不连续运动,所以没有像人造卫星绕地球转那样的确定运行轨道,所以电子饶核运动的轨道得用量子力学来描述,其量子力学描述就如上段所讲.通俗讲的话就是若以点来表示电子在某一时刻的空间位置的话,那册锋处于某一能量状态的原子轨道的图象就如下图所表示的一样,点密集的地方电子出现的概率大,点稀疏的地方电子的出现概率就小,下图就是表示电子在原子轨道中运动状态的最直接方式。

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