原子中的电子排布（二）

  原子中电子的排布是一个非常有意思的问题。在上一章的讲义中，我们已经掌握了能级、亚层和轨道的概念，在本章的讲义中，我们将系统地介绍电子的排布规律。

一、电子构型
  原子中电子的排布顺序是由能量低的亚层到能量高的亚层。一般来说，能级越低，能量越低，在同一能级中，s亚层低于p亚层，低于d亚层，低于f亚层。然而电子的实际排布比以上的规律复杂，会出现能级交错现象，填充的顺序是：1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p，这里重点要记住的是4s<3d。另一方面，当一个亚层出现全充满或者半充满情况时，原子的结构会特别稳定，因此会出现如下反常的情况：
24Cr: [Ar]3d54s1
29Cu: [Ar]3d104s1
  同时，当原子丢失电子形成离子时，优先失去最外能级的电子：
Ti2+: [Ar]3d2
Cr3+: [Ar]3d3

  原子的电子排布与在元素周期表的位置有着紧密的联系，s区、p区和d区元素的原子，能量最高的电子分别处于s亚层、p亚层和d亚层。
当电子依次占领某个亚层时，首先会以自旋相同的方向优先占领尽可能多的空轨道，达到半充满结构，然后再以自旋相反的方向填满所有轨道。记住一个轨道最多可以填充一对自旋方向相反的电子。

  我们来看道真题。
s12-question paper 11

  这道题考察的是最外层电子的排布结构。O原子的最外层电子为2s22p4，所以未成对的p电子有2个；Cl+的最外层电子为3s23p4，与O原子最外层的电子结构完全相同。F+的最外层电子为2s22p4，所以未成对的p电子有2个；Ga-的最外层电子为4s24p2，所以未成对的p电子也有2个。P原子最外层电子结构为3s23p3，所以未成对的p电子有3个；而Ne+最外层电子结构为2s22p5，所以未成对的p电子有1个。1和2选项正确。
二、元素周期表中电离能的变化规律
  影响电离能(ionization energy)的因素有三个：
1. 核电荷数：核电荷数越大，电离能越大；
2. 外层电子到原子核的距离：外层电子越远，电离能越低；
3. 屏蔽效应：与内部的完整电子层层数相关，完整电子层越多，屏蔽效应越大，电离能越小。

  下面我们依次介绍以下五种情况下的电离能趋势：
  1. 同周期
       核电荷数增大，原子核与外层电子的距离大致不变，屏蔽效应大致不变，因此电离能呈现增大趋势（不是严格递增）。
 
        2. 上一周期的最后一个元素到下一周期的第一个元素
       原子核与最外层电子距离增加，屏蔽效应增加，这两个因素超过了核电荷数的增加，因此电离能迅速降低。
 
       3. Be到B
       原子核与外层电子的距离有一定程度的增加，屏蔽效应有一定程度的增加，这两个因素超过了核电荷数的增加，因此电离能有轻微的下降。
 
       4. N到O
       N原子中2p轨道处于半充满状态，而O原子的2p亚层中，电子比半充满状态多了一个电子，因此由于自旋电子对的排斥，电离能有轻微下降。
 
       5. 同一主族
       自上而下，原子核与外层电子的距离增加，屏蔽效应增加，这两个因素超过了核电荷数的增加，因此电离能下降。
 
       我们来看一道真题: w 06

       当第一个元素是F时，第二个是Ne，第三个是Na，进入下一周期，电离能急速下降，所以正确答案是Ｃ。