原子結構與光譜
構造原理(aufbau principle)
/ OWF-bow /
想象把水倒進一片高低不平、布滿窪地的地形裡。水總是先注滿最低的坑窪,只有當低處填滿後才溢向更高處。構建原子裡的電子也是如此:電子先填能量最低的軌道,只有當較低的座位坐滿後才升入更高的。「Aufbau」在德語裡就是「建造」的意思。
構造原理指出:在原子的基態中,電子按能量從低到高的順序,被逐個填入可用的軌道。常用的填充順序由馬德隆(n + l)規則給出:軌道按主量子數與角量子數之和來填,若兩者之和相等,則主量子數小的先填——由此得到我們熟悉的序列 1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p 等等。
與包立不相容原理(每個軌道最多兩個電子)和洪德規則(成對前先分散)合起來,構造原理讓你能預測任何元素的基態組態。需要誠實說明的是:它是一條有用的經驗法則,而非精確定律——少數元素,尤其是過渡金屬和較重的金屬,會出現偏差,因為那裡的能級差極小,一些微妙的效應足以顛倒次序。
依照規則,鉀的第十九個電子進入 4s 而不是 3d,儘管 3d 的主量子數更小——因為在多電子原子中 4s 的能量略低一些。這使鉀的組態為 [Ar] 4s¹,並把它工整地安排在第四週期的開頭。
先填能量最低的軌道——如水先注滿最深的窪地。
著名的例外包括鉻([Ar] 3d⁵ 4s¹)和銅([Ar] 3d¹⁰ 4s¹),它們從 4s 借走一個電子,以達成更穩定的半滿或全滿 d 次層。
又稱
另見