原子结构与光谱
构造原理(aufbau principle)
/ OWF-bow /
想象把水倒进一片高低不平、布满洼地的地形里。水总是先注满最低的坑洼,只有当低处填满后才溢向更高处。构建原子里的电子也是如此:电子先填能量最低的轨道,只有当较低的座位坐满后才升入更高的。「Aufbau」在德语里就是「建造」的意思。
构造原理指出:在原子的基态中,电子按能量从低到高的顺序,被逐个填入可用的轨道。常用的填充顺序由马德隆(n + l)规则给出:轨道按主量子数与角量子数之和来填,若两者之和相等,则主量子数小的先填——由此得到我们熟悉的序列 1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p 等等。
与泡利不相容原理(每个轨道最多两个电子)和洪特规则(成对前先分散)合起来,构造原理让你能预测任何元素的基态组态。需要诚实说明的是:它是一条有用的经验法则,而非精确定律——少数元素,尤其是过渡金属和较重的金属,会出现偏差,因为那里的能级差极小,一些微妙的效应足以颠倒次序。
依照规则,钾的第十九个电子进入 4s 而不是 3d,尽管 3d 的主量子数更小——因为在多电子原子中 4s 的能量略低一些。这使钾的组态为 [Ar] 4s¹,并把它工整地安排在第四周期的开头。
先填能量最低的轨道——如水先注满最深的洼地。
著名的例外包括铬([Ar] 3d⁵ 4s¹)和铜([Ar] 3d¹⁰ 4s¹),它们从 4s 借走一个电子,以达成更稳定的半满或全满 d 亚层。
又称
另见