普通化学辅导：量子论与原子结构常见问题2

Answer 1

“原子群”或许是一个经典用语，其实我们现在知道原子或分子的电子跃迁是独立的，如果不是独立的，那么原子或分子间必定有较强的相互作用。这就是现代光谱学可以借助谱线位移判断分子结构的基本原理。

　　8. 请问:

　　1) 电子衍射时若电子数目足够多,电子是否会重叠?

　　2) 书本233页实验(图11.18)中磁场为何是非均匀的?

　　答：你问了两个很好的问题!现回答如下：

　　1) “电子衍射时若电子数目足够多,电子是否会重叠? ”

　　我想你说的是双狭缝衍射实验。这个实验表明，当电子数目足够多时，在狭缝后面的荧光屏上会呈现干涉花纹。进一步增加电子数目，只会令这些图案更清晰，而不会使花纹消失。

　　2) “书本233页实验(图11.18)中磁场为何是非均匀的?

　　因为原子是中性的，所以均匀磁场并不能使中性粒子偏转，但是非均匀磁场可以用来偏转带有磁矩的飞行原子，从而能测量磁矩。

　　9. 请问：

　　1) 250页11.13中为何能量1>3?

　　2) 11.23中为何2的第一电离能最小而不是3?

　　答：1)“250页11.13中为何能量1>3? ”

　　填入电子后，4s > 3d。

　　2)“11.23中为何2的第一电离能最小而不是3? ”

　　我们知道，对于每个周期元素而言，起始的元素，如碱金属电负性小，易于失去电子。而后半周期的元素电负性逐渐增大，容易得电子而不是失去电子。显然O的电负性大于B，所以B更容易失去电子。

　　10. 电负性取决于第一电离能和第一亲和能的和，光凭电负性就可以比较第一电离能吗?

　　答：根据电负性的定义，我们不能仅根据电负性判断第一电离能。但是在相互比较的元素的电负性相差悬殊的时候(而且又处于同一周期)，我们可以用电负性关系简单描述第一电离能。

　　11. 为什么镧系元素都有一个d电子，即为什么要先填一个d电子，接着又填f电子?

　　答：这个问题问的很好!我们知道4f与5d轨道的能量是非常接近的——按照Pauling的轨道近似能级图有：4f轨道能量 < 5d轨道能量，但这个规律知识在“单电子近似”的条件下成立，实际上“轨道能量”并不是一个固定不变的值，在填入电子数目不同的时候，“轨道能量”还是有所变动的。所以我们得到的镧系元素核外电子排布是由实验得到。

　　事实上，对原子中电子填入的规律，现在我们所学的理论还不能给出完满的解释——电子排布的规律远不是我们想象中那么简单，影响的因素有非常多。我们得到的很多都只是实验的结果。

　　对于所学的规律，我们一般只要求大家在主族以及第一过渡周期中应用。不过大家要明确一点，不同的轨道能量确实有差别，但是“轨道能量”并不是一个固定不变的常数，会受到很多因素的影响，尤其是对于能量比较靠近的能级(比如4f、5d)我们很多情况下除了通过实验测量，几乎不能简单的直接判断其能量高低。

　　12. 一个原子如果有确定的电子数目，那么核外电子排布方式和核电荷数有关吗?

　　答：可以参考原子结构一章里有一个元素序数与核外电子能级关系的图。从图中我们可以发现，随着核电荷数的增加，核外电子能级发生能级分裂和能级交错。我们也可以看到3d与4s在第四周期的变化。