
【化】 electron configuration; electronic configuration
電子構型(Electronic Configuration) 指原子或離子中電子在原子軌道上的排布方式,是描述電子在原子核外不同能級(如s、p、d、f軌道)分布情況的量子力學模型。其英文對應術語為"electronic configuration" 或"electron arrangement",核心含義包括:
軌道填充規則
電子依據能量最低原理(Aufbau principle)、泡利不相容原理(Pauli exclusion principle)和洪特規則(Hund's rule)依次填充軌道。例如,碳原子(原子序數6)的基态電子構型為 ( 1s 2s 2p ),表示1s軌道2個電子、2s軌道2個電子、2p軌道2個電子。
能級分層表示
電子構型按主量子數(n)和角量子數(l)分層書寫,如鐵(Fe)的構型為 ( [text{Ar}] 3d 4s ),其中 ([text{Ar}]) 代表氩的核電子結構((1s 2s 2p 3s 3p))。
電子構型直接決定元素的化學行為:
成單電子數決定順磁性(如氧分子有2個成單電子)。
半滿(如氮 (2p))或全滿(如鎂 (3s))構型的元素電離能異常高于相鄰元素。
電子躍遷(如鈉的 (3s rightarrow 3p))産生特征光譜線,用于元素鑒定。
定義電子構型标準表示法(參見《Compendium of Chemical Terminology》Gold Book)。
系統闡述構造原理與周期表關系(第4章)。
《Journal of Chemical Education》多篇論文解析教學實踐中的電子構型難點。
通過電子構型分析,可系統理解原子結構、元素周期性及化學反應機制,是化學與材料科學的核心理論基礎。
電子構型(又稱電子組态、電子排布)是描述原子中電子在核外各能級軌道上分布情況的表達方式。它遵循量子力學原理,決定元素的化學性質與周期表規律。以下是核心要點:
電子構型由能級符號(如1s、2p)和電子數目組成。例如,氧原子(原子序數8)的電子構型為:
1s² 2s² 2p⁴
表示第1能級s軌道有2個電子,第2能級s軌道2個電子、p軌道4個電子。
能量最低原理
電子優先填入能量最低的軌道,能級順序遵循能級交錯(如4s<3d):
1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p…
泡利不相容原理
同一軌道最多容納2個電子,且自旋方向相反。
洪德規則
同一能級的簡并軌道(如3個p軌道)中,電子優先分占不同軌道且自旋方向相同,使體系能量最低。
例:碳(原子序數6)的2p軌道排布為:
2p² → ↑↓ ↑ _
(應為↑ ↑ _,即兩個電子分占不同軌道且自旋相同)
部分元素因半滿/全滿穩定而偏離常規排布:
[Ar] 3d⁵ 4s¹
(而非預期的3d⁴ 4s²)。[Ar] 3d¹⁰ 4s¹
(而非3d⁹ 4s²)。使用稀有氣體符號縮寫内層電子,僅寫出外層價電子。
例:鈉(Na,原子序11)的電子構型可簡化為:
[Ne] 3s¹
([Ne]表示氖的電子結構,即1s² 2s² 2p⁶)
電子構型是理解原子結構與化學行為的基礎,通過量子力學規則和實驗觀測共同确定。掌握其規律可系統分析元素周期性與化學反應機制。
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