2012年9月8日 星期六

遞建原理與元素週期表(三)The Aufbau Principle and the Periodic TableⅢ

化學原理啟迪332
1.        下圖是元素週期表中所有元素預備要填滿的軌域與價電子組態:

2.        從元素週期表,我們注意到以下幾個重點:
1.     能階(n+1) s 軌域經常比能階n d 軌域先填滿。舉例來說,銣和鍶的5s 軌域比同一週期下一行的過渡元素(釔到鎘)4d 軌域還要早填滿。
2.     元素La的電子組態是[Xe]6s25d1,元素鑭之後的14元素稱為鑭系元素lanthanide series,或lanthanides;這系列元素將逐漸填滿74f 軌域。特別留意,鑭系元素中有些元素填入的電子是先佔據5d 軌域,而不是4f 軌域;會發生這樣的現象主因是4f 5d 軌域的能量非常類似
3.     元素Ac的電子組態是[Rn] 7s26d1,元素錒之後的14個元素稱為錒系元素actinide series,或actinides;這系列元素將逐漸填滿75f 軌域。特別留意,錒系元素中有些元素填入的電子是先佔據6d 軌域,而不是5f 軌域;會發生這樣的現象主因是5f4d軌域的能量非常類似
4.     元素族群1A2A3A4A5A6A7A的數字指出這個族群元素的價電子數。舉例來說,5A族元素的電子組態都是ns2np3。過渡元素的名稱沒有像A族元素那樣意義清楚。
5.     元素族群1A2A3A4A5A6A7A常稱為主族元素main-group典型元素representative elements。主族元素中,同一個族群的元素,它的最外層電子組態一樣。(能階不一樣,但是最外層電子填入的軌域類型一樣)
Beethoven: Piano Concerto No. 2, Mvmt. 3

3.        1985年國際純粹與應用化學聯合會決議使用新版本的元素週期表,新版的元素週期表上,每個族群用數字指出逐一填入 sp d 軌域的電子數。
4.        量子力學模型可用來解釋元素週期表中元素排列的順序。量子力學模型也讓我們瞭解,某一個特定族群的元素成員展現出類似的化學性質,是因為它們的價電組態一樣。
5.        在元素週期表,同一個族群的元素位於同一行,同一族群的元素由上到下只有主量子數改變,電子組態不變
6.        對學化學的人來說,具備指出每一個主族元素的電子組態的能力十分重要。使用元素週期表就可以輕易做到這件事。如果你知道週期表組織元素的規則,就不需要死記電子填入的順序。
7.        要預測過渡元素(3d4d 5d 軌域元素)、鑭系元素(4f 軌域元素)和錒系元素(5f 軌域元素)的電子組態比較難一些,因為它們有很多例外,尤其是第一列的3d 軌域過渡元素。
8.        你應該記住CrCu的電子組態,它們的電子組態在第一列過渡元素中是個例外。鉻Cr的電子組態是[Ar]4s13d5,銅Cu的電子組態是[Ar]4s13d10
9.        【例題】利用元素週期表,寫出硫S、鎘Cd、鉿Hf 和鐳Ra 的電子組態。

【解題】S原子序16,位於元素週期表第三列/第三週期中的3p 軌域區域。因為硫是3p軌域區域的第4顆元素,所以它有4顆電子填入3p 軌域。因此硫的電子組態:
S1s22s22p63s23p4    [Ne]3s23p4
Cd 的原子序是48,位於元素週期表第五列/第五週期的4d 軌域過渡元素區的最後一個。鎘在過渡元素的排名是第十個元素,因此它有10個電子填入4d 軌域(此外,還有2個電子在5s 軌域)。所以鎘的電子組態是:
Cd1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d10
[Kr]5s24d10
Hf的原子序是72,位於元素週期表第六列/第六週期,它是鑭系元素的下一個元素,因此鉿的4f軌域已經填滿。鉿5d過渡元素的第二個元素,因此它有2顆電子填入5d軌域:
Hf1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d2
[Xe] 6s24f145d2
Ra 的原子序是88,位於元素週期表的第七列/第七週期,屬於2A族,因此有2顆電子填入7s 軌域,其電子組態是:
Ra1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106 p67s2
[Rn] 7s2
n  翻譯編寫Steven S. Zumdahl Chemical Principles ;圖片來源/chemwiki.ucdavis.eduGohs1.tvusd.k12.ca.usNukematters.wordpress.com

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