普通化學輔導：量子論與原子結構常見問題2

　　“原子群”或許是一個經(jīng)典用語，其實我們現(xiàn)在知道原子或分子的電子躍遷是獨立的，如果不是獨立的，那么原子或分子間必定有較強的相互作用。這就是現(xiàn)代光譜學可以借助譜線位移判斷分子結構的基本原理。

　　8. 請問:

　　1) 電子衍射時若電子數(shù)目足夠多,電子是否會重疊?

　　2) 書本233頁實驗(圖11.18)中磁場為何是非均勻的?

　　答：你問了兩個很好的問題!現(xiàn)回答如下：

　　1) “電子衍射時若電子數(shù)目足夠多,電子是否會重疊? ”

　　我想你說的是雙狹縫衍射實驗。這個實驗表明，當電子數(shù)目足夠多時，在狹縫后面的熒光屏上會呈現(xiàn)干涉花紋。進一步增加電子數(shù)目，只會令這些圖案更清晰，而不會使花紋消失。

　　2) “書本233頁實驗(圖11.18)中磁場為何是非均勻的?

　　因為原子是中性的，所以均勻磁場并不能使中性粒子偏轉，但是非均勻磁場可以用來偏轉帶有磁矩的飛行原子，從而能測量磁矩。

　　9. 請問：

　　1) 250頁11.13中為何能量1>3?

　　2) 11.23中為何2的第一電離能最小而不是3?

　　答：1)“250頁11.13中為何能量1>3? ”

　　填入電子后，4s > 3d。

　　2)“11.23中為何2的第一電離能最小而不是3? ”

　　我們知道，對于每個周期元素而言，起始的元素，如堿金屬電負性小，易于失去電子。而后半周期的元素電負性逐漸增大，容易得電子而不是失去電子。顯然O的電負性大于B，所以B更容易失去電子。

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　　10. 電負性取決于第一電離能和第一親和能的和，光憑電負性就可以比較第一電離能嗎?

　　答：根據(jù)電負性的定義，我們不能僅根據(jù)電負性判斷第一電離能。但是在相互比較的元素的電負性相差懸殊的時候(而且又處于同一周期)，我們可以用電負性關系簡單描述第一電離能。

　　11. 為什么鑭系元素都有一個d電子，即為什么要先填一個d電子，接著又填f電子?

　　答：這個問題問的很好!我們知道4f與5d軌道的能量是非常接近的――按照Pauling的軌道近似能級圖有：4f軌道能量 < 5d軌道能量，但這個規(guī)律知識在“單電子近似”的條件下成立，實際上“軌道能量”并不是一個固定不變的值，在填入電子數(shù)目不同的時候，“軌道能量”還是有所變動的。所以我們得到的鑭系元素核外電子排布是由實驗得到。

　　事實上，對原子中電子填入的規(guī)律，現(xiàn)在我們所學的理論還不能給出完滿的解釋――電子排布的規(guī)律遠不是我們想象中那么簡單，影響的因素有非常多。我們得到的很多都只是實驗的結果。

　　對于所學的規(guī)律，我們一般只要求大家在主族以及第一過渡周期中應用。不過大家要明確一點，不同的軌道能量確實有差別，但是“軌道能量”并不是一個固定不變的常數(shù)，會受到很多因素的影響，尤其是對于能量比較靠近的能級(比如4f、5d)我們很多情況下除了通過實驗測量，幾乎不能簡單的直接判斷其能量高低。

　　12. 一個原子如果有確定的電子數(shù)目，那么核外電子排布方式和核電荷數(shù)有關嗎?

　　答：可以參考原子結構一章里有一個元素序數(shù)與核外電子能級關系的圖。從圖中我們可以發(fā)現(xiàn)，隨著核電荷數(shù)的增加，核外電子能級發(fā)生能級分裂和能級交錯。我們也可以看到3d與4s在第四周期的變化。