洪特规则

互联网2013-11-14

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在能量相等的轨道上，自旋平行的电子数目最多时，原子的能量最低。所以在能量相等的轨道上，电子尽可能自旋平行地多占不同的轨道。例如碳原子核外有 6 个电子，按能量最低原理和保里不相容原理，首先有 2 个电子排布到第一层的 1S 轨道中，另外 2 个电子填入第二层的 2s 轨道中，剩余 2 个电子排布在 2 个 p 轨道上，具有相同的自旋方向，而不是两个电子集中在一个 p 轨道，自旋方向相反。作为洪特规则的补充，能量相等的轨道全充满、半克满或全空的状态比较稳定。

根据以上原则，电子在原子轨道中填充排布的顺序为 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d … 。

下面我们运用核外电子排布的三原则来讨论核外电子排布的几个实例。

氮 (N) 原子核外有 7 个电子，根据能量最低原理和保里不相容原理，首先有 2 个电子排布到第一层的 1s 轨道中，又有 2 个电子排布到第二层的 2s 轨道中。按照洪特规则，余下的 3 个电子将以相同的自旋方式分别排布到 3 个方向不同但能量相同的 2p 轨道中。氮原子的电子排布式为 1s ^{2} 2s ^{2} 2p ^{3} 。这种用量子数 n 和 l 表示的电子排布方式，叫做电子构型或电子组态，右上角的数字是轨道中的电子数目。也可以用下式比较形象地表明这些电子的磁量子数和自旋量子数：

氖 (Ne) 原子核外有 10 个电子，根据电子排布三原则，第一电子层中有 2 个电子排布到 1s 轨道上，第二层中有 8 个电子，其中 2 个排布到 2s 轨道上， 6 个排布到 2p 轨道上。因此氛的原子结构可以用电子构型表示为 1s ^{2} 2s ^{2} 2p ^{6} 。这种最外电子层为 8 电子的结构，通常是一种比较稳定的结构，称为稀有气体结构。

钠 (Na) 原子核外共有 11 个电子，按照电子排布顺序，最后一个电子应填充到第三电子层上，它的电子构型为 1s ^{2} 2s ^{2} 2p ^{6} 3s ^{1} 。为了避免电子结构式书写过繁，也可以把内层电子已达到稀有气体结构的部分写成“原子实”，以稀有气体的元素符号外加方括号来表示，例如钠原子的电子构型也可以表示为［ Ne ］ 3s ^{l}

钾 (K) 原子核外共有 19 个电子，由于 3d 和 4s 轨道能级交错，第 19 个电子填入 4s 轨道而不坑入 3d 轨道，它的电子构型为 1s ^{2} 2s ^{2} 2p ^{6} 3s ^{2} 3p ^{6} 4s ^{1} 或［ Ar ］ 4s ^{1} 。同理 20 号元素钙 (Ca) 的第 19 ， 20 个电子也填入 4s 轨道，钙原子的电子构型为［ Ar ］ 4s ^{2} 。

铬 (Cr) 原子核外有 24 个电子，最高能级组中有 6 个电子。铬的电子构型为［ Ar ］ 3d ^{5} 4s ^{1} ，而不是［ Ar ］ 3d ^{4} 4s ^{2} 。这是因为 3d ^{5} 的半充满结构是一种能量较低的稳定结构。