各种轨道能量的比较

学习苏教版高中化学选修3《物质结构与性质》这本书的专题1时，会讲到原子核外电子的排布原理：1.能量最低原理：电子先占据能量低的轨道，再依次进入能量高的轨道；2.泡利不相容原理：每个轨道最多容纳两个自旋状态不同的电子；3.洪特规则：在能量相同的轨道上排布时，电子尽可能分占不同的轨道，且自旋状态相同。

学生在学习能量最低原理时，就必须按照书上第13页的图（见下图），记住各个轨道能量的高低。

原子核外电子排布的轨道能量顺序

这个图形存在三个缺陷：一是图形比较难画，要画出比较规范醒目的图形是不容易的；二是图形顺序斜线上升，与人们视觉记忆“上、下、左、右”的习惯不同；三是不易于记忆，容易把轨道填充顺序记错。

本人根据教学实践，认为死记上图，不如记忆北京大学徐光宪院士归纳的近似规律好。即对于原子的外层电子轨道，n+0.7l值越大，则能量越高。

n为主量子数，即电子层数；l为角量子数，l取值范围：0≤l≤n-1的整数。n、l与轨道类型之间的关系如下表：

只要知道n和l的值，各种轨道能量的高低就很好比较。

现枚举几例――只需比较n+0.7l的大小。

1.不同电子层上的同一轨道能量高低：1s＜2s＜3s＜4s（n+0.7l比较：1＜2＜3＜4）。

2.同一电子层上，各轨道能量高低：ns＜np＜nd＜nf（n+0.7l比较：n＜n+0.7＜n+1.4＜n+2.1）。

3.同一电子层内形状相同而伸展方向不同的轨道，能量相等，如：2px=2py=2pz（n+0.7l值相等）。

4.核外电子的轨道能量的大小：1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p＜5s＜4d＜5p＜6s＜4f＜5d＜6p……（n+0.7l比较：1＜2＜2.7＜3＜3.7＜4＜4.4＜4.7＜5＜5.4＜5.7＜6＜6.1＜6.4＜6.7）。

训练题：

1.下列各组多电子原子的原子轨道能量比较，不正确的是（C）。

A．3px＝3pz B．4s＜3d C．4p＞4f D．7s＜6d

参考答案：

A．轨道3px和3pz的l值均等于1，对应的n+0.7l均等于3+0.7=3.7，能量相等，故A正确。

B．轨道4s对应的n+0.7l=4，轨道3d对应的n+0.7l=3+0.7×2=4.4，故B正确。

C．轨道4p对应的n+0.7l=4+0.7=4.7，轨道4f对应的n+0.7l=4+0.7×3=6.1，4p＜4f，故C错误。

C．轨道7s对应的n+0.7l=7，轨道6d对应的n+0.7l=6+0.7×2=7.4，故D正确。

参考文献

［1］王祖浩主编.普通高中课程标准实验教科书，化学3(选修)第4版［M］.南京：江苏教育出版社,2010：40-43.