电子结构 Aufbau 原理的终极指南

你有没有想过电子是如何围绕一个原子的核排列的？如果你上过化学课，你可能会遇到这个 构建原则这是用于确定原子电子配置的基本指导原则。

理解 Aufbau 原则

术语结构该术语源自德语‘建立’一词，描述了将电子逐步从最低能量级排列到原子的过程。该原则对于决定电子如何填充原子轨道至关重要，这直接影响了原子的化学性质。

电子按照能量级递增的顺序填充原子轨道：

这个模式可能看起来是随机的，但它遵循三个核心规则： Aufbau 原则、泡利不相容原理和洪德规则。

该原则由沃尔夫冈·泡利于1925年提出，规定每个轨道最多只能容纳两个具有相反自旋的电子。

以弗里德里希·洪德命名，这条规则指出，电子将在简并轨道（相同能级的轨道）中单独填充，而不是成对填充。想象一下你坐在公交车上：你会更喜欢一个空座位，而不是坐在别人旁边。同样，电子也更喜欢先占据一个空轨道。

将填充轨道想象成酒店的房间。每一层代表一个能量级，房间则是轨道。您从一楼开始填充，确保每个房间（轨道）遵循最大入住人数规则（泡利不相容原理）。

让我们使用 Aufbau 原则来确定几个元素的电子配置：

需要填充的电子数：1

配置：1s^1

填充的电子数：6

配置：1s^2 2s^2 2p^2

电子填充数：10

配置：1s² 2s² 2p⁶

要填充的电子数：26

配置：1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶

尽管非常有用，构建原则并非没有例外。特别是，像铬（Cr）和铜（Cu）这样的元素表现出与构建原则所预测的不同的电子配置，以达到更稳定的电子排列。

例如：

理解电子配置的应用扩展到众多领域：

Aufbau 原则是一个规则，它规定电子按照能级的升序填充原子轨道。

像铬 (Cr) 和铜 (Cu) 这样的元素是著名的例外，它们的电子构型偏离了 Aufbau 预测，以实现更大的稳定性。

理解电子配置对预测元素在化学反应中的行为以及其物理性质至关重要。

对于正离子（阳离子），从中性原子配置中减去所需数量的电子。对于负离子（阴离子），添加所需数量的电子。

构建原则对于任何深入化学或物理学的学者来说都是不可或缺的。它不仅提供了对原子结构的洞察，还帮助理解元素的化学和物理行为。掌握这一原则就像学习原子理论的字母表，为更高层次的科学探索奠定了基础。