第一章曾經學過電子組態的表示法

第一章曾經學過電子組態的表示法,以構築法則、庖利不相容原理及罕德定則將電子填入適當的軌域。本節把週期表和電子組態間的關係做統整及連結,發現元素的電子組態有簡便的填法,元素的電子組態和其在表中的位置有密切的關係。

按照電子組態的表示法,可以發現週期表中同一行元素的最外層的電子排列方式均相似,例如第1族(IA族)、第2族(IIA族)及第13族(IIIA族)的電子組態如下:

 

1族                            第2族                                    第13族

Li     [He]2s1                         Be    [He]2s2                             B      [He]2s22p1

Na    [Ne]3s1                                         Mg   [Ne]3s2                             Al    [Ne]3s23p1

K     [Ar]4s1                                          Ca    [Ar]4s2                             Ga    [Ar]3d104s24p1

Rb    [Kr]5s1                                          Sr     [Kr]5s2                             In     [Kr]4d105s25p1

Cs    [Xe]6s1                                         Ba    [Xe]6s2                             Tl     [Xe]4f145d106s26p1

Fr     [Rn]7s1                                         Ra    [Rn]7s2

 

 

       第1族的元素中均有一個電子填在最外層的s軌域,我們不難理解該行元素在進行反應時均容易失去一個價電子,形成和鈍氣相同的電子組態。第2及第13族的最外層電子組態分別為ns2及ns2np1(或(n-1)d10ns2np1),其中n代表元素所在的週期,例如鎵(Ga)在第四週期則n=4。按照這種模式,元素在週期表的位置便可以其電子組態相對應,圖2-8即為元素最外層電子填入適當的軌域後所整理出來的週期表,表中依據最後一個電子佔據的軌域,可將元素區分為最左邊二行的活潑元素(黃色區域),其最外層電子均填在s軌域中,第一行為ns1、第二行為ns2;最右邊的六行元素(綠色區域),外層電子依序填入p軌域,分別為np1 、np2 np6等,此二區域的元素合稱為主族元素。週期表中間的十行元素則稱為過渡元素,其最外層電子開始填入(n-1)d軌域,例如在第四週期(n=4),電子依序填入3d軌域,在第五、六、七週期則分別填入4d、5d及6d,但在六、七週中另外各有14個元素,其電子填在(n-2)f軌域,稱為內過渡元素,為了便於排列,將此二列的元素單獨擺在週期表的最下方。
          前一章曾提及s、p、d、f軌域最多可填入的電子數分別為2、6、10及14,由於第一個p軌域出現在第二週期,第一個d及f軌域則分別在第四及第五週期才出現,因此任一週期最外層的電子組態可用(n-2)f(n-1)dnsnp的序列來填寫,例如第一週期只有1s軌域可填2個電子,第二週期出現2s2p軌域可填入8個電子,第三週期的外層電子可填入1f2d3s3p等軌域,因為1f及2d軌域不存在,所以也只有3s3p軌域可填入8個電子,第四、五週期則分別有3d4s4p及4d5s5p軌域可使用,均可填入18個電子。電子填入軌域時,先填ns再填(n-1)d軌域,一但電子填入d軌域後則可按照主量子數的大小來決定先後的順序,因此4s3d4p的順序變為3d4s4p。但是完全按照元素在週期表的位置來書寫電子組態,也會出現例外,例如例題2-2提及24Cr在第四週期應寫成[Ar]3d4s2,但實際上卻是[Ar]3d54s1。,儘管有些例外的情形,卻不影響電子填入軌域的整體趨勢。  

例題

<<   >>