電子填入軌域的規則 （南一版 p.26）

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1. 原子中所有電子在各軌域的分布情形，即其排列順序，稱為電子組態。

說明：電子存在於軌域中的表示法為：

（主量子數）（軌域種類）^{（占有的電子數）}，如3d⁵表示第3 殼層中的軌域占有 5 個電子。

1. 包立不相容原理：

依據量子力學研究的結果，每一個軌域最多僅能存有兩個電子，而且二者的自旋方向必須 相反，這個原則稱為包立不相容原理。

▲ 每個軌域至多只能

說明：電子軌域填入圖的表示，以向上及向下的箭頭分別代表電子不同的自旋方式，如 。 2. 遞建原理：

將原子中所含有的電子依軌域的能量順序，由低能階開始填至高能階，稱為遞建原理

（aufbau principle）。

註：能階高低順序為1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p＜5s＜4d＜5p＜6s …。

3. 洪德定則：

數個電子要填入同能階的同種軌域（例如：2px、2py、2pz），電子先以相同的自旋方向分 別進入不同方位的軌域而不成對，待各軌域均有一個電子時，才允許自旋方向相反的電子 進入而成對。這樣的電子排列方式能得到最低的能量狀態，稱為洪德定則。

例：下列三種碳原子的電子軌域填入圖雖不違反包立不相容原理及遞建原理，然而圖(c)遵 　　守洪德定則才是處於最低能量的基態，其他兩者為激發態。

　　(a)

　　(b)

電子組態的定義

1

電子填入軌域的規則

2

　　(c)

1. 按電子填入軌域的規則，依序將電子填入各軌域中，最後再按照主量子數由小至大的順序及 同一n 值 s、p、d、f 的次序來書寫。

例：21Sc：依能階順序先寫成 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹，最後需書寫成：

　　1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s²。

2. 如果電子組態的前列部分和某鈍氣的電子組態相同時，也可以該鈍氣的元素符號加中括號代 替之。

例：19 K 的電子組態為 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹，其中的1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶和Ar 的電子組態相 　　同，故其電子組態可以簡化為 [Ar] 4s¹表示。

說明：填在最外層軌域的電子稱為價電子，如鉀（K）有一個 4s 軌域的價電子；最外層的殼層稱為 價殼層，故可發現鉀的價殼層為第四殼層。

3. 特殊電子組態：

鉻（24 Cr）與銅（29 Cu）的 d 軌域分別為半滿及全滿時，電子組態會比較安定。

元素 電子組態 元素 電子組態

1 H 1s¹ 16 S 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴ [Ne] 3s² 3p⁴

2 He 1s² 17 Cl 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵ [Ne] 3s² 3p⁵

3 Li 1s² 2s¹ [He] 2s¹ 18 Ar 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ [Ne] 3s² 3p⁶

4 Be 1s² 2s² [He] 2s² 19 K 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ [Ar] 4s¹

5 B 1s² 2s² 2p¹ [He] 2s² 2p¹ 20 Ca 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² [Ar] 4s²

6 C 1s² 2s² 2p² [He] 2s² 2p² 21 Sc 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹ 4s² [Ar] 3d¹ 4s²

7 N 1s² 2s² 2p³ [He] 2s² 2p³ 22 Ti 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d² 4s² [Ar] 3d² 4s²

8 O 1s² 2s² 2p⁴ [He] 2s² 2p⁴ 23 V 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d³ 4s² [Ar] 3d³ 4s²

9 F 1s² 2s² 2p⁵ [He] 2s² 2p⁵ 24 Cr 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵ 4s¹ [Ar] 3d⁵ 4s¹

10 Ne 1s² 2s² 2p⁶ [He] 2s² 2p⁶ 25 Mn 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵ 4s² [Ar] 3d⁵ 4s²

11 Na 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ [Ne] 3s¹ 26 Fe 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s² [Ar] 3d⁶ 4s²

12 Mg 1s² 2s² 2p⁶ 3s² [Ne] 3s² 27 Co 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁷ 4s² [Ar] 3d⁷ 4s²

13 A1 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹ [Ne] 3s² 3p¹ 28 Ni 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁸ 4s² [Ar] 3d⁸ 4s²

14 Si 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p² [Ne] 3s² 3p² 29 Cu 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹ [Ar] 3d¹⁰ 4s¹

15 P 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³ [Ne] 3s² 3p³ 30 Zn 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² [Ar] 3d¹⁰ 4s²

▲ 原子序 1～30 元素的基態電子組態。

說明：理論上24 Cr 的電子組態應該為 [Ar] 3d⁴ 4s²，但在實驗的證據發現正確的組態應該是[Ar]

3d⁵ 4s1。這是由於原本 3d 和 4s 軌域的能量就非常相近，再加上 3d 軌域全部半填滿或全填 滿時，會使其能量降低，因此Cr 的電子軌域填入圖應修正為：

相同地29 Cu 的基態電子組態為[Ar] 3d¹⁰ 4s¹，而不是[Ar] 3d⁹ 4s²。

4. 離子的電子組態：

　(1) 陰離子的電子組態：將原子額外獲得的電子繼續填入能量較低且未填滿的軌域內。

例：Cl 的電子組態為 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵，而Cl^－的電子組態為1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶。

電子組態表示法

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　(2) 陽離子的電子組態：將中性原子的電子組態再去掉電子。當去掉電子時，將最外層的電子 先去掉，就像剝洋蔥一樣。

例：Fe 的電子組態為 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s²，而Fe^3＋的電子組態即為 [Ar] 3d⁵。

　 範例 基態或激發態的判定　★★★★　

有關元素的電子組態或電子軌域填入圖，試回答下列問題：

(A) 1s² 2s³　(B) 1s² 2s² 2p⁸　(C) 1s² 2s² 2d¹　(D) 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹　(E) 1s² 2s² 2p³ 3d¹　

(F) 　(C) 　(H)

(1) 上列原子處於基態者為哪些？

(2) 上列原子處於激發態者為哪些？

(3) 上列電子組態不能存在者為哪些？

[答案] (1)ＤＧ；(2)ＥＨ；(3)ＡＢＣＦ