对称性与核外电子排布

原子基态的核外电子排布,是将Z个电子按保里原理、能量最低原理和洪特规则填充在原子轨道上。但还有许多问题值得讨论,诸如:原子核外的电子在全充满、半充满和全空时具有较低的能量和较大的稳定性,对于这个问题有的教科书是用洪特规则来解释的,有的书刊上又认为讨论核外电子的排布完全可以不用洪特规则。除这个问题外还有轨道能级高低次序、轨道的填充顺序等。我们试图从对称性的角度对上述问题或核外电子的排布中有关问题予以解释。     

核外电子排布中的能量最低原理

原子核外电子排布遵循三条基本规律——保林原理、能量最低原理和洪特规则,其中能量最低原理是最基本的一条。对此原理的表述有不少无机化学教材及教学参考书存在着这样的说法:“在不违背保林原理的条件下,各个电子将优先占据能量较低的电子轨道,使体系的能量处于最低,”电子填充到原子轨道时“电子总是优先占据能级最     

原子核外的电子排布违背“构造原理”的探讨

<正> 所谓原子核外的电子排布是讨论原子中的电子各处于什么状态((?),n,l,m,ns)也叫原子的电子构型或者简称原子结构.元素原子的核外电子排布必须遵循Pauli不相容原理,洪特规则,构造原理;满足能量最低原理[1][2],但是,在实际的核外电子排布中常常会出现一些特例,这些特例常称之为“反常”现象(见表1)由于上述原子的核外电子排布相当稳定,因而,满足能量最低原理的要求,但这些结构又直接与“构造原理”相违背.实际结构的存在,给我们提出新的要求,需要我们从原子结构作更深入的分析.     

从电子能级分组和排布的经验规则谈起

许多教科书把n+0.71等经验规则作为判断原子(外层)轨道能级高低次序的依据,而且对电子排布的根本原则——能量最低原理的表述不正确,造成在多电子原子核外电子排布问题上的概念混乱,本文对此作了必要的讨论。     

电子间的推斥效应与核外电子排布

在一些教科书中,论述原子基态核外电子排布,往往是将Z个电子在不违背保里原理的前提下尽可能填入能量低的轨道,一般是按n+0.7l规则来判断各轨道能量的高低顺序。这样,从氢原子开始逐个增加核电荷,同时逐个地把电子按上述顺序“填充”到轨道上,于是就建造起周期表上全部元素的原子基态的核外电子排布,这虽然可帮助学生按原子序数写出周期表上大部分元素原子的能量最低的组态,但对于过渡元素及La系、Ac系元素来说,这种“填充”顺序与实验事实是有矛盾的。另外,原子的核外电     

电子填充、电离的真实顺序与最大结合能模型(Ⅱ)

本文根据保利原理和能量最低原理,提出了填充核外电子的最大结合能模型,用玻恩-哈伯循环图、一元二次不等式法解决了电子填充和电离的真实顺序;用竞争组态能量差法研究了洪特规则的特例。还对Tc、Ir~+、Pt的电子组态进行了讨论。     

能级图与原子的电子构型

在无机化学教学中,常借助能级图排布核外电子。其中Pauling近似能级图最为大家所熟悉,在国内外教材中普遍采用,教学中发挥了很大作用,但是,不少教材中实际上把近似能级图当作核外电子填充轨道能级的顺序图,此种处理是否妥当值得讨论。众所周知,核外电子排布三原理是核外电子排布的主要依据。其中最基本的是能量最低原理,必须指出,各个电子所处能级不完全由该能级轨道的能量高低来决定,而是由何种电子组态能使整个原子体系的总能量处于最低来决定,这才是对能量最低原理的正确理解。一些教材在轨道能、原子体系总能量方面     

关于“能量最低原理”的剖析

能量最低原理是讨论基态原子、分子的电子排布主要依据之一。但能量最低原理是指体系能量最低,而不是指原子轨道能量最低,原子的总能量不等于电子已占原子轨道能量的总和;n+0.71值的大小不能代表原子轨道能量高低的次序,只代表电于一般填充的次序;在满足保里原理的前提下,原子总能量最低才是原子基态电子排布的最后决定因素。     

浅谈轨道、轨道能概念

(一)引言原子中电子运动在一定能量“轨道”上的置子化概念,对于理解物理学、化学中的许多现象帮助极大。在化学中,轨道、轨道能的概念常被用来阐明原子结构,解释元素的光谱、化学性质周期性变化的实验事实,估计元素的化学活泼性。纵观物理学、化学发展史,随着实验事实的不断发现,必然伴随着概念的引进和发展。轨道、轨道能这两个概念也不例外,在不同实验事实的基础上,建立了近似程度不同的模型,至使对同一事实产生了两种或几种深刻程度不同的解释。例如讨论原子构造理论时4s和3d能级的高低就是一个典型例子。我们曾多次收到有关询问该内容的问题,究其原因是对原子轨道、轨道能及其实验基础缺乏正确的理解,本文试图对原子轨道、轨道能量作一简短讨论。     

3d和4s轨道的能量关系初探

我们在无机化学和结构化学的学习中,经常遇到这样的问题:3d和4s轨道的能量到底哪一个高?电子在填充这些轨道时,遵循什么规律,按照什么顺序?电离时首先失去的是哪个轨道上的电子?这些问题,现有的新版高校教材都没有予以圆满地、系统的阐述.目前,国内外的一些化学工作者都在积极地探讨这些问题.本文试从量子力学的基本假设出发,推出3d和4s轨道的能量计算公式,借助于斯莱特(Slatar)规则定量地计算出1～36号元素原子的3d和4s轨道能量,同时也计算了电子在这些轨道上排布时各种可能组态的能量,从而在解释上述问题时得到了比较满意的结果.     

求取等价组态原子光谱项的一种方法

原子光谱项对研究原子结构和原子光谱具有重要地位,因此,如何求取给定组态原子光谱项,在结构化学、量子化学和原子物理学等书中均有阐述。对于非等价电子组态按一般教科书中介绍的角动量加和规则很容易求出,而对于等价电子组态,由于受 Pauli 原理的限制,求其谱项较为困难。现行的教科书多数只介绍了“电子排布法”,“逐级消去法”(也称“行列式波函数法”)。少数介绍了表格法,Slater 图解法,hyde 法,自旋因式法,置换群法。近几年国内也有文章,对求取等价组态光谱项的方法进行了概括提高,提出了快速求解     

原子结构教学的几点建议

无机化学中原子结构是重要的基础理论之一,教学目的是了解人们对原子结构的认识过程,理解原子核外电子的运动状态及电子排布的基本规律,以认识元素周期系元素性质递变的内在根源,为以后进一步学习分子结构、化学键、晶体结构和阐明元素及其化合物的性质、反应奠定基础。大学如何在中学讲分子、原子、核外电子运动状态及排布等初步基础知识之上根据近代物质结构的观点讲授这部分教材是一个值得探讨的问题。下面谈谈自己的一些看法和体会。     

我对洪特定则的一些理解

<正>洪特定则不但为人们推求原子的基态光谱项提供了方便,还可以用来验证原子的角动量理论是否符合实际。因此,洪特定则在光谱学和原子物理学中具有一定的重要性。 但是,如何理解洪特定则呢?为什么在多重光谱项的排列上存在着这样的规律性呢?这不仅是学生常常提出的问题,也是我们在讲授原子物理学时必须进一步思考的问题。下面就谈谈我对洪特定则的一些理解。     

外场作用下含羟乙基活性基团的噻唑生色分子的光谱和二阶非线性光学性质

在B3LYP/6-31+G*水平上研究了外加电场对具有较好非线性光学性质的含羟乙基活性基团的噻唑生色分子结构和光谱与二阶非线性光学性质的影响.结果表明,随着外加电场的增大,最强红外吸收的强度明显减弱,最高占据轨道能量降低,最低空轨道能量升高,能隙增大,电子的最大吸收波长减小,二阶非线性光学性质减小.     

元素基态构型"转轨"的规律

本文提出“ｄ添加规律”诠释了元素周期系中全部基态构型“转轨”的元素原子电子如何排布，可使整个原子体系能量最低。     

等价组态光谱项速算法

原子光谱项对研究原子光谱和原子结构具有重要地位,在原子物理学、量子化学、结构化学和配位化学等课程中都有一定的阐述。其中求取等价组态光谱项是个难点,如“电子排布法”、“逐级消去法”、“行列式波函数法”是常用方法,但是若求出较复杂组态的光谱项是很繁难的;对“Slater图解法”、“Hyde法”和“自旋因式化方法”尽管有些改进,但是,仍然存在难度大和复杂问题;对“置换群方法”虽然较好,但是对初学者无法掌握。为了解决这一困难,我们提出“速算法”,经实践证明这种方法非常简单,又容易掌握,所以便于普及。     

关于多电子原子轨道能量高低的讨论

本文通过实例对《原子结构》一文中,运用斯莱特规则时将原子中的电子进行分组序法提出自己看法,同时对多电子原子中原子轨道能级,亚非是一成不变的进行了阐述,指出了原子轨道能级大小及次序是与原子序数直接相关的,强调说明了不是所有多电子的~ωd能量总是高于4s.     

泡利不相容原理与原子结构的关系

泡利不相容原理与原子结构的关系冯声祖，周贺志（淮南矿业学院基础部）１泡利原理与电子组态在一个原子中不能有两个或两个以上的电子处在同一状态。也可以说成是不能有四个量子数ｎ，ｌ，ｍ，ｍ，完全相同的两个电子存在。这就是泡利不相容原理。泡利原理支配着核外电子...     

确定原子基态的具体方法

<正> 元素周期表中,原子的基态电子组态可分为两种情况:一个未满次壳层上有r个电子;两个未满次壳层的一个上有r_1个电子,另一个上有r_2个电子。洪特定则提供了关于组态中最低能级结构的资料。洪特定则可陈述为:给定组态的最低能级具有S的最大值,而且与之对应的L的可能值也最大。关于能级的次序,洪特又提出了一个仅对等效电子构成的组态成立的附加定则:一个次壳层满额半数以上的电子(但还未满)构成的能级一般具有倒转次序,J=L+S;少于满额半数以下的电子构成的能级一般具有正常次序,J=|L-S|。于是对     

激光金等离子体中Au50+的光谱跃迁和能级寿命的相对论多组态计算

根据扩展的相对论多组态Dirac-Fock理论，采用“多功能相对论原子结构程序（GRASP2）”，计算了类铜金Au^50 的能级寿命和能级宽度及光谱跃迁波长、跃迁几年和振子强度，分析了轨道极化对能级的影响，指出了Au^50 离子内部的确存在轨道极化现象。计算所得波长值与实验值符合较好，能级寿命与能级宽度的大小关系符合海森堡的能量与时间测不准原理。