电子原子核外电子的排布应遵循以下三个原理:
①能量最低原理:核外电子总是首先占据能量最低的轨道。按照近似能级图,电子由低到高进入轨道的顺序为1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p。因能级交错,其中E4s>E3d,电子先排满4s后再进入3d。例如:钪元素核外21个电子依次填充的轨道为1s22s22p63s23p64s23d1。
②保里不相容原理:在同一原子中没有运动状态完全相同的电子,即同一个原子中的电子描述其运动状态的四个方面不可能完全相同。在同一轨道上的电子必须自旋方向相反,每个轨道只能容纳2个电子。根据保里不相容原理,各电子层最多容纳的电子总数为2n2。周期表中各周期含有元素的数目以及填充的能级如下:
周期数
元素数
所填充的能级
一
2
1s
二
8
2s、2p
三
8
3s、3p
四
18
4s、3d、4p
五
18
5s、4d、5p
六
32
6s、4f、5d、6p
七(未填满)
32(理论预测)
7s、5f、6d、7p(理论预测)
③洪特规则:电子进入同一亚层的各个轨道(也称等价轨道)时,总是尽先分占不同轨道而且自旋方向相同。例如氮原子核外电子排布的轨道表示式为:
N原子的价电子中有3个未成对电子,这与N原子的成键情况和化合物的组成结构有密切的关系。洪特还指出等价轨道上的电子排布处于以下状态珐抚粹幌诔呵达童惮阔比较稳定:a.全充满(p6、d10、f14)、b.半充满(p3、d5、f7)、c.全空(p0、d0,f0)。 这是由原子核外电子排列的所遵循的能量最低原理决定的。在各层中,离原子核远,电子的能量越大,电子都首先排满能量低的运行轨道,这样排列到到最外层时,能量最低的轨道只有八个,如果电子多于八个,还有比此能量要求低的轨道(同一层也因轨道不同而能量不同)可以排布电子。因此,就造成了最外层电子最多只能有八个。
若最外层是第n层,次外层就是第(n-1)层。由于E(n-1)f>E(n+1)s>Enp,在第(n+1)层出现前,次外层只有(n-1)s、(n-1)p、(n-1)d上有电子,这三个亚层共有9个轨道,最多可容纳18个电子,因此次外层电子数不超过18个。例如,原子最外层是第五层,次外层就是第四层,由于E4f>E6s>E5p,当第六层出现之前,次外层(第四层)只有在4s、4p和4d轨道上有电子,这三个亚层共有9个轨道,最多可容纳18个电子,也就是次外层不超过18个电子。
拥有7层电子的元素,在元素周期表第7周期