写出基态的电子组态
第3节 原子基态的电子组态
以第三周期只有8个元 素而不是18个元素。
1s22p63s23p4 1s22p63s23p5 1s22p63s23p6
第四周期 k开始了第四个主壳层的填充，也就开始了第四周期。 特 点 : 各元素的原子都占有四个主壳层； 多出一组填充3d支壳层的10个元素； 到第36号元素氦为止填满4p支壳层。 又因为能级交错现象，4d 和4f 空着，共有18个元素。
各元素的原子都占有七个主壳层。 多出一组填充5f 支壳层的14个元素，称为锕系元素。
元素所在的周期数=填充的主壳层数。
s+p电子数( p 组元素) d+s电子数（d 组元素Go , Nቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ除外） 等于元素所在族数。 由此可确定元素在周期表中的位置，并写出其电子壳层 结构和基态电子组态和光谱项。
元素周期律的实质在于：随着原子序数的递增，原子核 外的电子在原子的各个能级上周期性有规律的排列，便 造成了元素的化学和物理性质的周期性变化。
第五周期
Rb开始了第五个主壳层的填充，也就开始了第五周期。
特 点 : 各元素的原子都占有五个主壳层，多出一组 填充4d支壳层的10个元素；
到氙(Z= 54)元素为止填满5p支壳层。
又因为能级交错现象，4f和5d空着，共有18个元素。
第六周期 从元素铯(Cs,Z=55) 开始了第六周期，所以 铯是第六 周期的第一个元素。
§ 7.3 原子基态的电子组态
原子处于基态时，核外电子的排布情况
第一周期
1.H 2.He
1s1 1s2
第二周期
1s
3.Li 4.Be 5.B 6.C 7.N 8.O 9.F 10.Ne
2s
2p
1s22s1
1s22s2 1s22s22p1 1s22s22p2 1s22s22p3 1s22s22p4 1s22s22p5
结构化学习题解答3
O2的MO能级图
1 u
1 g
MO O2
2 O O2 ，O 和 2 的键级、键长长短次序 [3.2] 写出 O ， 及磁性。 [解 ]： O2 O2 O2 O22 微 粒 键 级 2.5 2 1.5 1 2 O O2 < 2 < O2 < O2 键长次序 磁 性 顺磁 ] 按分子轨道理论说明Cl2的键比 2 的键强还是弱？ 为什么？ Cl [解]：Cl2的键比 2 的键弱。原因是：Cl2的基态价电子 2 2 4 * 2 * 4 Cl 组态为 3s 3s 3 p 3 p 3 p ，键级为1，而 2 比 Cl2少1个反键电子，键级为1.5。
2
[3.30] 由紫外光电子能谱知，NO分子的第一电离能为9.26 eV比CO的第一电离能(14.01eV)小很多，试从分子的电子 组态解释其原因。
解：CO的组态为 (1 )
(2 ) (3 ) (4 ) (1 ) (5 ) 2 2 2 2 4 2 1 ) (2 ) (3 ) (4 ) (1 ) (5 ) (2 ) NO的组态为 (1
z
N2的MO能级示意图
3 u
2 pz 2 py 2 px
1 g
1 g
3 g
1 u 1 u
2 px
2 py
2 pz
N2特别 稳定，π 轨道被 保护。
2 u
2s 2s
2 g
1s
1 u
1s
AO N
1 g MO N2
AO N
[3.7] 画出CN-的分子轨道示意图，写出基态的电子组态， 计算键级及不成对电子数 [解]：CN-与N2为等电子“分子”。其价层分子轨道与N2分 子大致相同，分子轨道轮廓图如下。
写出下列原子在基态时的电子组态
写出下列原子在基态时的电子组态
原子：氯原子
氯原子是一种普遍存在的元素，其原子结构决定了其物理性质和化学性质。
特别是当它以
基态形式出现时，就具有一组特定的电子组态，其大致表示如下：氯原子有17个电子，
其中2个在外层值电子云，所以它的电子组态表示如下：
1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
可以看出，氯原子含有17个电子，包括2个组成外层值电子云的2个电子，其它15个电
子都分布在费米能级各次能级上。
氯原子是一种卤素元素，原子序数为17，在常见元素中位居第十六位，它通常以氯离子或氯分子形式存在于大气中。
氯原子在基态时，它的外层电子构成的电子组态为1s2 2s2 2p6 3s2 3p5，外层排布非常
特殊，一般称为“正十族元素”，它们在一定分度上一致，均为【2, 8, 8, 17】。
其中，2表示外层有两个电子，8、8、17均为每一层电子的数量，外层值电子云为2s2 2p6，位
于第二层和第三层能级上，二层有两个电子，三层有六个，这就是氯原子基态电子组态的
表示。
氯原子由于有2个外层电子，因此它的化学性质非常活跃，它能与一些元素发生化学反应，形成各种中等到高原子量的的氯化物，如 NaCl 、CaCl2、AlCl3等。
在水溶液中，它能形成正离子或负离子，并能与各种可溶性盐或酸根反应，特别是与酸反应能够很好地除去污
染物。
此外，氯另一个重要应用是使用其作为氯气消毒，可以消灭水中的有害病菌，杀灭
可以有效预防某些病毒的传播。
从上述可以看出，氯的稳定的基态电子组态对它的物理性质和发生的化学反应都有重要的
影响，它也得到了广泛的应用，因此它具有重要的现实意义。
结构化学习题解答
组态 a： m s 1 ,S 1 ;m L 3 ,L 3 ;L S 4 。因此，能量最
低的光谱支项为3F4，与光谱实验结果相同。
组态 b： m s 1 ,S 1 ,m L 2 ,L 2 ;L S 3 。因此，能量最
低的光谱支项为3D3，与光谱实验结果不同。
子组态的“电子—空位”关系，(2p)5组态与(2p)1组态具
有相同的谱项。因此，本问题转化为推求(2p)1组态的光
谱项和光谱支项。这里只有一个电子，S= ½ , L=1 ，故
光谱项为2P。又 J113或 J111 ，
22
22
因此有两个光谱支项： 2 P3 和 2 P1
2
2
对C原子激发态(1s)2(2s)2(2p)1(3p)1，只考虑组态(2p)1(3p)1即可。 2P和3P电子是不等价电子，因而(2p)1(3p)1组态不受Pauli原理限 制，可按下述步骤推求其谱项：由
2s和2p三个电子层皆充满电子，它们对整个原子的轨道
角动量和自旋角动量均无贡献。Na原子的轨道角动量和
自旋角动量仅由3s电子决定；L= 0，S = 1/2 ,故光谱项为
2S；J只能为1/2 ，故光谱支项为
S2 1/ 2
F原子的基组态为(1s)2(2s)2(2p)5。与上述理由相同，该组
态的光谱项和光谱支项只决定于(2p)5组态。根据等价电
(c)由于 p xnxcnx,p x 无本征值.可按下式计算 的p x平均值。
p l xp xdx
x
n
xn
0
l
2 sin nx ih d
2 sin nx dx
0l
l 2 dx l
l
ih
基态24cr的电子组态
基态24cr的电子组态Cr24是一种稳定的,化学结构上有24个原子组成的化学物质。
Cr24有4种电子组态：一、4s2 3d4电子组态1.电子数：总电子数：24个。
每层可以容纳8个电子，4s层有2个电子，3d层有4个电子。
2.电子组成：射电子层（4s层）和d层都符合Aufbau原理，填满到3d(s)。
3.电子构型：射电子层原子态电子构型是：[Ar]3d^24s^2。
二、4s0 3d5电子组态1.电子数：总电子数：24个。
射电子层有0个电子，3d层有5个电子。
2.电子组成：射电子层（4s层）空缺两个电子，随着电子越来越先进，开始向d层发射电子，填上3d层的6个空位。
3.电子构型：射电子层原子态电子构型是：[Ar]3d^15s^0。
三、4s1 3d6电子组态1.电子数：总电子数：24个。
射电子层有1个电子，3d层有6个电子。
2.电子组成：射电子层（4s层）有1个电子，d层仍符合Aufbau原理，填满3d(s)。
3.电子构型：射电子层原子态电子构型是：[Ar]3d^16s^1。
四、4s2 3d5电子组态1.电子数：总电子数：24个。
射电子层有2个电子，3d层有5个电子。
2.电子组成：射电子层（4s层）有2个电子，d层仍符合Aufbau原理，填满3d(s)。
3.电子构型：射电子层原子态电子构型是：[Ar]3d^25s^2。
总之，Cr24具有4种电子组态，分别是4s2 3d4电子组态、4s0 3d5电子组态、4s1 3d6电子组态、4s2 3d5电子组态，它们的电子组成、电子数目及电子构型各不相同。
电子的组态是决定一种化合物本质性质的重要因素，在形成Cr24之前，确定它的电子组态非常重要。
所以氦原子基态时的电子组态
如图5.1和5.2，两个价电子的原子具有单一态和三重态 两种能级结构。
因此，一对电子在某一组态可能形成不同原子态和相应 的能级。
例：一对电子分别处在p态和d态，求它们形成的原子态。
教学内容：
在前面几章中讨论的是单电子原子和具有一个价电子 的原子的光谱，本章开始我们学习两个或两个以上价电 子原子的光谱及原子结构情况。
一、第二族元素的光谱和能级
实验的观察发现氦及周期系第二族的元素，铍、镁、 钙、锶、钡、镭、锌、镉、汞的光谱相仿的结构。
从这些元素的光谱，可以推得它们的能级部分成两 套,—套是单层的，另一套具有三层结构。
例如氦原子在基态时，两个电子的主量子数都为1，角 量子数都为0，也就是说它们都处在1s态，所以氦原子 基态时的电子组态为1s1s。
又例如镁在第一激发态时，一个电子留在3s态，另一个 电子被激发到3p态，我们说这时的电子组态是3s3p。
镁的基态的电子组态是3s3s。
不同的电子组态具有不同的能量，有时差别很大。
30 h
2
20 h
2
12 h
2
6h
2
2h
2
最后电子的自旋总角动量和轨道总角动量合成原子的总 角动量
PJ
J (J 1) h ,
2
J L S, L S 1,, L S
对于两个电子的系统，S只能取0或1。
当S=0时，原子的总角量子数J=L，此时相同角动量的原 子只有一个总状态，称为单一态，即只有一个能级。
j1
J
铍原子基态的电子组态
铍原子基态的电子组态
铍原子是一种元素，注意它们不像大多数剩余元素那样只具有一个基态，而是有一定数量的基态（3d，3p，3s）。
它们具有一个集群电子，形成一个原子核中心。
铍原子电子组态是由它们的能级对组成，这些能级按照占电子数越多越高的原则排列组合起来。
3d轨道是铍原子基态电子组态的最外层轨道。
它们有5个电子，分别位于每个轨道上方和下方的中心，当中还有一个分布在左右两边，因此当它们长度相等时，3d轨道上一共有10个电子。
3p轨道是次外层轨道，它们分布在每个轨道上方和下方。
每个轨道只有2个电子，因此每个原子上共有6个电子。
最内侧的占据3s轨道，有2个电子，一共有2个电子。
总的来说，铍原子基态的电子组态是由三个轨道（3d，3p，3s）组成，每个轨道上有相应的电子数量，它们按照能量级排列。
这些电子的分布和数量可以很容易追踪到铍原子的物理和化学性质，从而更好地理解物质的内部结构。
五、双原子分子的电子态（谱项）
Adv.At.Mol.Phy.
Er (R0)
J2 2I0
2
2I0
J
J 1
2
2R02 J J 1
BJ J 1 J 0,1,2,...
2
其中 I0 R02 是平衡构型下的核转动惯量
为转动常数（rotational constant）。
(moment
of
inertia)，B
2I0
称
§3.3 双原子分子的转动和振动-- 刚性转子近似
形成势垒的原因有多种，例 如：分子离子在解离为两个同种 极性电荷的离子，它们的库仑排 斥力使它们在相距较远时形成势 垒。
第 三 类 是 排 斥 势 能 曲 线 (3) ， 随着两原子距离的减少，分子势 能增高，不出现任何势阱。对应 不稳定的排斥态。
§3.2.5 双原子分子的电子态 -- 势能曲线
势能曲线避免交叉：von Neumann-Wigner non-crossing rule
D0化学解离能
§3.3 双原子分子的转动和振动--离心畸变
Adv.At.Mol.Phy.
上述讨论中，我们利用了“刚性转子近似”，这样在方程中就没有振动和 转动的耦合。
更精确的处理是直接求解径向方程，
2
2
d2 dR2
J
J 1 R2
Es
R
Es,v,J
F v, Js
R
0
采用Morse势，则有：
Adv.At.Mol.Phy.
§3.3 双原子分子的转动和振动—分子的能级结构
Adv.At.Mol.Phy.
所以 Fv,J 的方程近似为：
2
2
d2 dR2
Er
R0
Es
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2
不成对电子数为1；自旋磁矩 11 2e 1.73e
NO+键级为3，所以它的化学键比NO强，键长比其短。
[3-9]按分子轨道理论写出NF，NF+和NF-基态时的电子 组态，说明它们的键级、不成对电子数和磁性。
解：NF，NF+和NF-分别是O2，的等电子体，它们的基态电子 组态、键级、不成对电子数及磁性等情况如下：
- ++ 1σ
+- +-
2σ
1π
+- -+
- +- +
3σ
2π
4σ
基态价电子组态为（1σ）2（2σ）2（1π）4（3σ）2。 键级 =1/2（成键电子数—反键电子数）=1/2（8-2）=3
未成对电子数为0，因而磁距为0。
[3-8] 画出NO的价层分子轨道能级示意图，计算键级及自 旋 磁矩，试比较NO和NO+何者的化学键强？何者的键长 长？
[3.2] 写出O2+，O2，O2-，和O22-的键级、键长长短次序 及磁性。
[解]
O2+
O2
O2-
O22-
键级
2.5
2
1.5< O2- < O22顺磁 顺磁 顺磁 抗磁
[3.3]
次(b)
1s
氢分子基态的电子组态为
，其激发态有：
(1 2 ) 。试比较(a)、(b)、(c)
“分子” 磁性
基态电子组态
NF KK（1σ）2（2σ）2（3σ）2（1π）4（2π）2 2
NF+ KK（1σ）2（2σ）2（3σ）2（1π）4（2π）1 2.5
NF- KK（1σ）2（2σ）2（3σ）2（1π）4（2π）3 1.5
键级 不成对电子
2 顺磁性 1 顺磁性 1 顺磁性
三者能级的(a)高1s低1*s
* 1s
(c)
1s
* 1s
序，说明理由，并指明能级最低的激发态的磁性。 [解]
Ec Ea Eb
能级最低的激发态（b）是顺磁性的。
[3.5]基态C2为反磁性的分子，试写出其电子组态；实验测定C2分子的键长为
124pm，比C原子的共价双键半径之和（67pm×2）短，试说明其原因。
[解]： C2分子的基态组态为：
KK 1 g 21u 21u 4
由于s-p混杂，
为弱反键，C2分子的键级在2-3之间，从而使实测键长
1 比按共价双键半径计算得到的值短。 u
[3.6]按分子轨道理论说明Cl2的键比
为什么？
的键强还C是l弱2 ？
[解]：解]：Cl2的键比 的键C弱l。2 原因是：Cl2的基态价电
子组态为
2 3s
*2 3s
2 ，键4级为* 1，4 而
3 pz
3p
3p
比
Cl
2
Cl2少1个反键电子，键级为1.5。
[3.7] 画出CN-的分子轨道示意图，写出基态的电子组态， 计算键级及不成对电子数。
[解]：CN-与N2为等电子“分子”。其价层分子轨道与N2分 子大致相同，分子轨道轮廓图如下。