Question

一道高中化学竞赛题

试写出质子数为24，29的原子的电子排布式和轨道表示式
24的答案是1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1
我写的是1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4
为什么先排3d轨道而且只排5个分1个给4s?还有4s轨道能量不是比3d低吗？为什么不先排满4s?
还有答案上说是能级交错，这是什么意思？
顺便还有29的：
答案：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1
我写的：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9
请详细解答，谢谢！

Answer 1

高中阶段要求掌握的只有24号铬元素和29号铜元素的排布反常现象，称之为能级交错。
能级交错现象是指电子层数较大的某些轨道的能量反低于电子层数较小的某些轨道能量的现象。如4s反而比3d的能量小，填充电子时应先充满4s而后才填入3d轨道。过渡元素钪的外层电子排布为4s23d1，失去电子时，按能级交错应先失去3d电子，成为4s23d0，而从原子光谱实验得知，却是先失4s上的电子成为4s13d1。这是由于3d电子的存在，削弱了原子核对4s电子的吸引而易失去的。过渡元素离子化时，大体是先失去ns电子，但也有先失去(n- 1)d电子的，像钇等。能级交错的顺序不是绝对不变的，在原子序数大的原子中，3d轨道可能比4s轨道的能量低。
想要深入了解能级交错现象，需要掌握薛定谔方程，掌握屏蔽效应和钻穿效应，而这些高中阶段都不要求掌握。如果您有兴趣的话可以了解一下Pauling能级图，科顿能级图以及徐光宪规则。苏教版教材中物质结构与性质一书有简要介绍，也可略作参考。有什么问题请追问，望采纳。

追问

呢高中阶段除了24和29号其他都是先排满4s再3d的吧？

追答

基本如此，高中只要求掌握1—36号元素，反常的就这两个，最近几年高考来看考的只有铬和铜这两个元素。

Answer 2

能级交错就是先排某些能层高但能量低的，例如先排4S再排3d
但是在书写电子排布式的时候是按从内到外的顺序，而不是能量高低，因此先写3d再写4s
对于第二问，这个属于洪特规则的特例，需要记忆，排3d10排满更稳定
若有问题，欢迎追问哦

Answer 3

因为有个半满全满规则，你要是排3d54s1就符合了2个半满 能量更低 能级交错是说3d轨道和4s轨道比较近，能量相近，实际排电子是先排4s再排3d