要写出Ni2+价层电子排布图,首先 得知道Ni2+核外电子排布式。很多学生想当然地利用原子核外电子排布的知识,认为镍原子核外电子先4s 后排3d,故原子在失电子时应先失3d电子后失4s电子,即Ni2+的核外电子排布式应为[Ar]3d64s2。
镍原子变为镍离子究竟先失去哪个电子?查阅了高等教育出版社《面向21世纪课程教材•无机化学》(上册),书中明确提出:无论是基态电中性原子还是正离子的核外电子排布,笼统地讲,仍然可以归结为
能量最低原理,即保持整个原子的能量最低。稍具体地讲, 整个原子的能量取决于两个因素——原子核对电子的吸引力和电子之间的相斥力,这是两个相反的因素,经常是其中一个居主导地位,另一个居次要地位。当原子核对电子的吸引力居主导地位时,电子填人
主量子数较低的轨道会使整个原子的能量较低。进一步讲,当核电 荷对电子的吸引力居主导地位时,电子填人比较弥散的 3d轨道可以使内层电子受原子核更大的吸引,从而引起 整个原子的能量下降;若电子填人4s轨道,因4s电子具 有比3d电子更大的穿透内层电子而被核吸引的能力 (钻穿效应),从而使内层电子更加扩展,结果整个原子 的能量反而升高了。反之,当电子的排斥力居主导时, 其他电子对4s电子的排斥力小于对3d电子的排斥力, 因此电子填人4s轨道。进一步讲,这也是由于4s电子 比3d电子具有更大的能力穿透其他电子进人离核较近 的区域而受到其他电子较小的排斥,相反,3d电子比较弥散,受到其他电子的排斥力较大(屏蔽效应)。综上所 述,可知在原子的电子填充顺序中,电子的相互作用能 往往起着重要作用,到了离子的电子排布中,核吸引作用能却成为支配性因素了。
总之,基态原子核外电子排布要遵循三个原则,即能量最低原理、保里不相容原理和
洪特规则。然而,当 原子在失去电子变为离子时,离子的电子排布取决于电子从何轨道中失去,失去电子顺序和填充电子顺序并不是恰恰相反的。实验和理论都证明,原子轨道失电子的次序是np、ns、(n一l)d,(n一2)f,即最外层的np电子最 先失去,p电子失光后才失ns电子,以此类推。因此, Ni2+核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d2或[Ar]3d8, 价层电子排布式为3d8。
【例2】(山西太原2012年模二第37题) MnO2是 碱锰电池材料中最普通的正极材料