電子構(gòu)型基本概念

電子構(gòu)型基本定義

電子構(gòu)型是指：電子依照能量高低的能級進行排列，其一般順序為：ls,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,4f,5d,6p,7s,5f,6d

電子構(gòu)型電子排布式定義

電子排布式則是指：電子依照能層的順序進行排列，其一般順序為：

1s,2s,2p,3s,3p,3d,4s,4p,4d,4f...

電子構(gòu)型不相容原理

每個軌道上最多容納一個自旋平行的電子。根據(jù)能量最低原理，電子傾向于先占有能量最低的軌道。又根據(jù)洪德規(guī)則，能量相等的軌道上若自旋平行的電子數(shù)最多時整個體系的能量最低。根據(jù)這三個原理向軌道填入電子，得到的原子總能量最低，即基態(tài)原子。例如鋁原子核外，當(dāng)其1s、2s、2p、3s和3p軌道上分別填入2個、2個、6個、2個和1個電子時，為鋁原子基態(tài),因此鋁原子基態(tài)的電子構(gòu)型為1s²2s²2p⁶3s²3p¹。實際上除最外層（n=3的軌道）之外，它完全與元素周期表上前一周期末的惰性氣體氖的電子構(gòu)型1s²2s²2p⁶相同，所以鋁原子基態(tài)的電子構(gòu)型又可簡單記為【Ne】3s²3p¹。正三價鋁離子(Al³ )的電子構(gòu)型與氖原子相同。

原子中每個電子的能量是由他所處的軌道高度（能級）以及主量子數(shù)n和角量子數(shù)l來代表；(量子數(shù)是量子力學(xué)中表述原子核外電子運動的一組整數(shù)或半整數(shù)。因為核外電子運動狀態(tài)的變化不是連續(xù)的，而量子數(shù)是量子化的，所以量子數(shù)的取值也不是連續(xù)的，而只能取一組整數(shù)或半整數(shù)；量子數(shù)包括主量子數(shù)n、角量子數(shù)l、磁量子數(shù)m和自旋量子數(shù)ms四種，前三種是在數(shù)學(xué)解析薛定諤方程過程中引出的，而最后一種則是為了表述電子的自旋運動提出的。)n是整數(shù)。通常把n相同的軌道稱為屬于同一殼層。從距離核最近的殼層向外數(shù)，把殼層依次編號為：1、2、3、4、5、6、7、…，分別用符號K、L、M、N、O、P、Q、…表示。n越小，離核愈近，殼層上的電子的能量愈低。屬于同一主量子數(shù)n的電子，其軌道角動量可以是0、1、2、…、(n-1)，分別用角量子數(shù)l等于 0、1、2、…、(n-1)表示，記為s、p、d、f、g、…。例如同屬于n=3，l=0、1和2的軌道,分別稱為3s、3p和3d軌道。l愈小表示電子軌道運動的能量愈小。角量子數(shù)為 l的軌道內(nèi)含有2l 1個軌道。所以s、p、d和f軌道內(nèi)分別含有2、6、10和14個軌道。由此推算：主量子數(shù)為n的殼層中軌道的總數(shù)為：

即n=1、2、3、4…的殼層內(nèi)分別含有 2、8、18、32、…個軌道。因此,原子體系的狀態(tài)可以用其中全體N個電子的量子數(shù)n和l的集合(n1l1、n2l2、…、nNlN)來表示，這個集合就稱為原子的電子構(gòu)型。

原子中軌道：

ls<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d

<5p<6s<4f<5d<6p<7s<5f<6d…ns<(n-3)g<(n-2)f<(n-1)d 電子構(gòu)型分子的電子構(gòu)型

分子體系的電子狀態(tài)也可以用全體電子所處的單電子軌道的總體來表示。以異核雙原子分子NO為例：分子軌道按照它在分子軸向上沒有節(jié)面、有一個節(jié)面或有二個節(jié)面而分別稱為σ、π或δ分子軌道。各類分子軌道內(nèi),按能量次序由低向高排列編號（如1σ、2σ、3σ、4σ…，和1π、2π、3π…）。每個σ分子軌道內(nèi)含有2個電子,π分子軌道內(nèi)有4個電子……再按照上述的泡利不相容原理、能量最低原理和洪特原則，將原先氮原子的7個電子和氧原子的8個電子(共15電子)填入分子軌道，并且按分子軌道的能量次序由低向高寫出：

(1σ)2(2σ)2(3σ)2(4σ)2(1π)4(5σ)2(2π)1

這就是NO分子的電子構(gòu)型。實際上分子軌道1σ和2σ上的電子仍在原有的原子核周圍，本質(zhì)還是氮原子和氧原子上的K層（n=1）電子,故NO分子的電子構(gòu)型又可

電子構(gòu)型配合物的電子構(gòu)型

配合物的電子構(gòu)型指中心原子的價電子數(shù)。

例：IrCl[P(CH ₃) ₃] ₃中的Ir是16電子的構(gòu)型，而IrCl ₃[P(CH ₃) ₃] ₃中的Ir是18電子的構(gòu)型。

寫為KK(3σ)2(4σ)2(1π)4(5σ)2(2π)1。

電子構(gòu)型外圍電子層排布

（括號指可能的電子層排布）

1.H 1s ¹

2 .He 1s ²

3 .Li 2s ¹

4 .Be 2s ²

5 .B 2s ² 2p ¹

6 .C 2s ² 2p ²

7 .N 2s ² 2p ³

8 .O2s ² 2p ⁴ 一些元素的電子構(gòu)型

9 .F 2s ² 2p ⁵

10. Ne 2s ² 2p ⁶

11 .Na 3s ¹

12 .Mg 3s ²

13 .Al 3s ² 3p ¹

14 .Si 3s ² 3p ²

15 .P 3s ² 3p ³

16 .S 3s ² 3p ⁴

17 .Cl 3s ² 3p ⁵

18 .Ar 3s ² 3p ⁶

19 .K 4s ¹

20 .Ca 4s ²

21 .Sc 3d ¹ 4s ²

22 .Ti 3d ² 4s ²

23 .V 3d ³ 4s ²

24 .Cr 3d ⁵ 4s ¹

25 .Mn 3d ⁵ 4s ²

26 .Fe 3d ⁶ 4s ²

27 .Co 3d ⁷ 4s ²

28 .Ni 3d ⁸ 4s ²

29 .Cu 3d ¹⁰ 4s ¹

30 .Zn 3d ¹⁰ 4s ²

31 .Ga 4s ² 4p ¹

32 .Ge 4s ² 4p ²

33 .As 4s ² 4p ³

34 .Se 4s ² 4p ⁴

35 .Br 4s ² 4p ⁵

36 .Kr 4s ² 4p ⁶

37 .Rb 5s ¹

38 .Sr 5s ²

39 .Y 4d ¹ 5s ²

40 .Zr 4d ² 5s ²

41 .Nb 4d ⁴ 5s ¹

42 .Mo 4d ⁵ 5s ¹

43 .Tc 4d ⁵ 5s ²

44 .Ru 4d ⁷ 5s ¹

45 .Rh 4d ⁸ 5s ¹

46 .Pd 4d ¹⁰

47 .Ag 4d ¹⁰ 5s ¹

48 .Cd 4d ¹⁰ 5s ²

49 .In 5s ² 5p ¹

50 .Sn 5s ² 5p ²

51 .Sb 5s ² 5p ³

52 .Te 5s ² 5p ⁴

53 .I 5s ² 5p ⁵

54 .Xe 5s ² 5p ⁶

55 .Cs 6s ¹

56 .Ba 6s ²

57 .La 5d ¹ 6s ²

58 .Ce 4f ¹ 5d ¹ 6s ²

59 .Pr 4f ³ 6s ²

60 .Nd 4f ⁴ 6s ²

61 .Pm 4f ⁵ 6s ²

62 .Sm 4f ⁶ 6s ²

63 .Eu 4f ⁷ 6s ²

64 .Gd 4f ⁷ 5d ¹ 6s ²

65 .Tb 4f ⁹ 6s ²

66 .Dy 4f ¹⁰ 6s ²

67 .Ho 4f ¹¹ 6s ²

68 .Er 4f ¹² 6s ²

69 .Tm 4f ¹³ 6s ²

70 .Yb 4f ¹⁴ 6s ²

71 .Lu 4f ¹⁴ 5d ¹ 6s ²

72 .Hf 5d ² 6s ²

73 .Ta 5d ³ 6s ²

74 .W 5d ⁴ 6s ²

75 .Re 5d ⁵ 6s ²

76 .Os 5d ⁶ 6s ²

77 .Ir 5d ⁷ 6s ²

78 .Pt 5d ⁹ 6s ¹

79 .Au 5d ¹⁰ 6s ¹

80 .Hg 5d ¹⁰ 6s ²

81 .Tl 6s ² 6p ¹

82 .Pb 6s ² 6p ²

83 .Bi 6s ² 6p ³

84 .Po 6s ² 6p ⁴

85 .At 6s ² 6p ⁵

86 .Rn 6s ² 6p ⁶

87 .Fr 7s ¹

88 .Ra 7s ²

89 .Ac 6d ¹ 7s ²

90 .Th 6d ² 7s ²

91 .Pa 5f ² 6d ¹ 7s ²

92 .U 5f ³ 6d ¹ 7s ²

93 .Np 5f ⁴ 6d ¹ 7s ²

94 .Pu 5f ⁶ 7s ²

95 .Am 5f ⁷ 7s ²

96 .Cm 5f ⁷ 6d ¹ 7s ²

97 .Bk 5f ⁹ 7s ²

98 .Cf 5f ¹⁰ 7s ²

99 .Es 5f ¹¹ 7s ²

100. Fm 5f ¹² 7s ²

101 .Md (5f ¹³ 7s ²)

102 .No (7s ²)

103 .Lr (6d ¹ 7s ²)

104 .Rf (6d ² 7s ²)

105 .Db (6d ³ 7s ²)

106 .Sg 6d ⁴ 7s ²

107 .Bh 6d ⁵ 7s ²

108 .Hs 6d ⁶ 7s ²

109 .Mt 6d ⁷ 7s ²

110 .Ds 6d ⁹ 7s ¹

111 .Rg7s ¹

112 .Cn 7s ²

113 .Uut 7p ¹

114 .Uuq 7p ²

115 .Uup 7p ³

116 .Uuh 7p ⁴

117 .Uus 7p ⁵

118 .Uuo 7p ⁶

119 .Uue 7p ⁶ 8s ¹

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構(gòu)型（configuration）指分子內(nèi)原子或基團在空間“固定”排列關(guān)系，分為：順反異構(gòu)，旋光異構(gòu)二種。

構(gòu)型順反異構(gòu)

由于雙鍵或環(huán)的存在，使得旋轉(zhuǎn)發(fā)生困難，而引起的異構(gòu)現(xiàn)象。

命名：順、反 （Cis，Syn-；Trans， Anti）。 用 “Z”， “E”表示。

Z：Zusammen 二個大的基團都在一側(cè)（相當(dāng)于順） E：Entgegen 二個大的基團分在兩側(cè) （相當(dāng)于反）

關(guān)于C=N和N=N雙鍵的命名

含C=N雙鍵的化合物主要是指醛肟和酮肟（醛或酮與羥胺NH2OH反應(yīng)得到）

孤對電子的序數(shù)為“0”。

文獻上還沿用順、反命名。把-OH，-H在一側(cè)的叫順式，Cis-，Syn-；把-OH，-H在兩側(cè)的叫反式，Trans-，Anti-。

N=N雙鍵也用順反命名：一般反式穩(wěn)定，減少了基團間的排斥作用。

（反式對稱性好，分子排列更為緊密、有序，有較高的熔點，較低的溶解度（在水中，因極性?。?，燃燒熱、氫化熱比順式低。

對于環(huán)狀化合物仍用順反而不用E、Z，把環(huán)看成是一個平面的，取代基團在同一側(cè)的為順式。 如果有三個以上時，選一個參考基，用小寫r（reference group）表示，再和別的取代基比較與之關(guān)系。

構(gòu)型對映異構(gòu)

手性分子（chiral molecule）、手性碳，從上世紀(jì)七十年代起廣泛使用，能夠使平面偏振光向左或向右旋的物質(zhì)稱為旋光性物質(zhì)（或光活性物質(zhì)）。

手性分子是指一個分子與其鏡象不能重合。 手性分子一定是光活性物質(zhì)。

對映異構(gòu)體：二個互為鏡象，但不能重合，是二種不同化合物。旋光能力相同，但方向相反，如同左、右手。

考察一個分子是否為手性分子，可以從有無手性碳出發(fā)，但是最根本是要看分子對稱性來考察。

符合手性分子的充要條件：

①無對稱面； ②無對稱中心； ③無交換對稱軸。

三者不可缺一，但一般說來，只要求分子是否有對稱面或?qū)ΨQ中心即可了。（注意：對稱軸不能作為判據(jù)。）

手性（chiral）在醫(yī)藥、農(nóng)藥、食品添加劑、香料等領(lǐng)域需求越來越多。手性液晶材料、手性高分子材料具有獨特的理化性能，成為特殊的器件材料。一個新興的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)-手性技術(shù)（chirotechnology）正在悄然興起。

當(dāng)旋光化合物（見旋光異構(gòu)）分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，如果試劑進攻手征性基團，則生成產(chǎn)物的構(gòu)型（見分子的構(gòu)型）往往與原分子的構(gòu)型相反，即由R構(gòu)型變成S構(gòu)型或由S構(gòu)型變成R構(gòu)型，這種轉(zhuǎn)化僅指發(fā)生反應(yīng)的手征性基團部分。通常，在雙分子親核取代反應(yīng)（見親核反應(yīng)）中幾乎都發(fā)生構(gòu)型轉(zhuǎn)化，例如在鹵代烴的水解反應(yīng)中：OH-總是從鹵素的反方向進攻碳原子,生成含有五配位體的中間過渡態(tài)，這時RR′R″處于與OH、X基成垂直的平面上。當(dāng)鹵原子離開時，則RR′R″基翻轉(zhuǎn)過來,產(chǎn)物就轉(zhuǎn)化為與原物相反的構(gòu)型。2100433B

構(gòu)型：分子中由于各原子或基團間特有的固定的空間排列方式不同而使它呈現(xiàn)出不同的特定的立體結(jié)構(gòu)，如D-甘油醛與L-甘油醛，D-葡萄糖和L葡萄糖是鏈狀葡萄糖的兩種構(gòu)型，a-D-葡萄糖和b-D-葡萄糖是環(huán)狀葡萄糖的兩種構(gòu)型。

一般情況下，構(gòu)型都比較穩(wěn)定，一種構(gòu)型轉(zhuǎn)變另一種構(gòu)型則要求共價鍵的斷裂、原子（基團）間的重排和新共價鍵的重新形成。

構(gòu)型也叫分子的空間結(jié)構(gòu)，由化學(xué)鍵決定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，幾何異構(gòu)，包括結(jié)構(gòu)單元的連接方式大分子的鏈骨架的幾何形狀，共聚物序列結(jié)構(gòu)，都叫構(gòu)型。

由于共價鍵具有方向性，所以每個分子具有一定的幾何構(gòu)型，一個分子的三維形狀可以用電子疇理論ED預(yù)測。價電子傾向于與反旋電子配對，這種配對成為電子疇。電子疇理論討論的是對某一個給定原子最外圍電子在幾何空間的分布以及電子與其他參與成鍵的院子的電子配對情況。有兩類電子疇。成鍵電子疇和非成鍵電子疇。