《物质结构与性质》——2、构造原理与电子排布式

二、基态与激发态　原子光谱

基态原子：处于最低能量状态的原子。基态原子能量最低，相对比较稳定。

激发态原子：基态原子吸收能量，发生电子跃迁，到较高能级，变为激发态原子。激发态原子能量较高，相对不稳定，再次发生电子跃迁到低能级，乃至基态，释放能量。

原子光谱：电子跃迁吸收（或释放）能量以光的形式表现，即吸收（或释放）某频率的光，产生吸收光谱（或发射光谱）。不同元素吸收（或释放）一定频率（或波长）的光，产生特征谱线。

原子光谱的应用：

（1）光谱分析：利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素、发现新元素，称为光谱分析。

许多元素是通过原子光谱发现的，如铯(1860年)和铷(1861年)，其光谱图中有特征的蓝光和红光。又如1868年科学家们通过分析太阳光谱发现了稀有气体氦。

（2）检验元素：焰色试验中产生的焰色是电子跃迁的结果，焰色的产生与消失是物理变化，该过程中可能伴随化学变化。

（3）原子光谱在生产、生活中也有许多应用，比如：焰火、霓虹灯、激光灯等。

附：离散的谱线

1814年，德国物理学家夫琅禾费发明了分光镜，观察太阳光，在光谱中发现了570多条黑线（现知有几千条），称为夫琅禾费线。后人依据这些谱线一一找到了对应的元素。后来证实原子光谱的谱线是不同定态的电子跃迁产生，是离散的谱线。1925年，德国科学家洪特得出了过渡元素的光谱学基态原子电子排布式，为构造原理的确定奠定了基础。  

三、构造原理与电子排布式

1、构造原理

以光谱学事实为基础，从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入能级的顺序称为构造原理。

电子从1s能级开始填入，填满后再填入下一个能量较高的能级。由于各能层的能级能量之间存在能级交错现象，所以其顺序并不是能层、能级顺序。  

2．电子排布式

依构造原理，将电子填入各能层的能级，在各能级符号的右上角标明该能级上填入的电子数，得到元素基态原子的电子排布式。

如，Al原子的电子排布式：

下面是一些元素基态原子的电子排布式：

注意：

（1）电子按构造原理的顺序填入能级，1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s……，但书写电子排布式是按能层、能级的顺序书写。

如，钪（Sc）的的价层电子（外层电子）排布式写成3d14s2，不能写成4s23d1。

（2）注意24号元素Cr和29号元素铜的价层电子排布式为3d54s1和3d104s1。并不符合构造原理。

（3）电子排布式可以简化。用元素上周期稀有气体元素符号，加方括号，表示内层的部分电子排布，称为简化电子排布式。

如氮、钠、钙的简化电子排布式分别为[He]2s22p3、[Ne]3s1、[Ar]4s2。

（4）将化学反应中可能发生变动的能级称为价电子层（简称价层）。一般，主族元素价层电子就是最外层电子，如Na的价层电子是 3s1，但过渡元素，如第四周期原子的3d能级也属于价层电子，如Fe的价层电子为3d64s2。

（5）原子得失电子形成阴离子、阳离子。得到的电子按构造原理填入，如氧离子（O2-）的电子排布式为1s22s22p6。失电子按能层、能级顺序从外往内失电子，如Fe2+的价电子排布为3d6，Fe3+的价电子排布为3d5。