能級(jí)交錯(cuò)

1、能級(jí)交錯(cuò)：是指電子層數(shù)較大的某些軌道的能量反低于電子層數(shù)較小的某些軌道能量的現(xiàn)象。如4s反而比3d的能量小，填充電子時(shí)應(yīng)先充滿4s而后才填入3d軌道。過(guò)渡元素鈧的外層電子排布為4s23d1，失去電子時(shí)，按能級(jí)交錯(cuò)應(yīng)先失去3d電子，成為4s23d0，而從原子光譜實(shí)驗(yàn)得知，卻是先失4s上的電子成為4s13d1。這是由于3d電子的存在，削弱了原子核對(duì)4s電子的吸引而易失去的。過(guò)渡元素離子化時(shí)，大體是先失去ns電子，但也有先失去(n1)d電子的

2、，像釔等。能級(jí)交錯(cuò)的順序不是絕對(duì)不變的，在原子序數(shù)大的原子中，3d道可能比4s軌道的能量低。能級(jí)交錯(cuò)同一電子層之間有電子的相互作用，不同電子層之間也有相互作用，這種相互作用稱為“鉆穿效應(yīng)”，其原理較為復(fù)雜，鉆穿效應(yīng)的直接結(jié)果就是上一電子層的d能級(jí)的能量高于下一電子層s的能量。即，d層和s層發(fā)生交錯(cuò)，f層與d層和s層都會(huì)發(fā)生交錯(cuò)。波函數(shù)（wavefunction）是量子力學(xué)中用來(lái)描述粒子的德布羅意波的函數(shù)。為了定量地描述微觀粒子的狀態(tài)，量

3、子力學(xué)中引入了波函數(shù)，并用ψ表示。一般來(lái)講，波函數(shù)是空間和時(shí)間的函數(shù)，并且是復(fù)函數(shù)，即ψ=ψ(x，y，z，t)。將愛(ài)因斯坦的“鬼場(chǎng)”和光子存在的概率之間的關(guān)系加以推廣，玻恩假定就是粒子的概率密度，即在時(shí)刻t，在點(diǎn)(xyz)附近單位體積內(nèi)發(fā)現(xiàn)粒子的概率。波函數(shù)ψ因此就稱為概率幅。電子在屏上各個(gè)位置出現(xiàn)的概率密度并不是常數(shù)：有些地方出現(xiàn)的概率大，即出現(xiàn)干涉圖樣中的“亮條紋”；而有些地方出現(xiàn)的概率卻可以為零，沒(méi)有電子到達(dá)，顯示“暗條紋”。由此

4、可見(jiàn)，在電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中觀察到的，是大量事件所顯示出來(lái)的一種概率分布，這正是玻恩對(duì)波函數(shù)物理意義的解釋，即波函數(shù)模的平方對(duì)應(yīng)于微觀粒子在某處出現(xiàn)的概率密度(probabilitydensity)：即是說(shuō)，微觀粒子在各處出現(xiàn)的概率密度才具有明顯的物理意義。基于這樣一個(gè)事實(shí)：電子與核的質(zhì)量相差極大，當(dāng)核的分布發(fā)生微小變化時(shí)，電子能夠迅速調(diào)整其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以適應(yīng)新的核勢(shì)場(chǎng)，而核對(duì)電子在其軌道上的迅速變化卻不敏感。這種近似是量子化學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)

5、中的一種常用方法，用于對(duì)原子核和電子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行退耦合。大多數(shù)的計(jì)算化學(xué)研究中都隱含使用了這個(gè)近似，但其正確性只能靠精確的實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。固體中的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算要同時(shí)考慮電子和原子核，電子的質(zhì)量要比原子核小得多（Mpm0～1010），故其運(yùn)動(dòng)速度比后者高若干個(gè)數(shù)量級(jí)，電子處于高速運(yùn)動(dòng)中，而原子核只是在它們的平衡位置附近熱振動(dòng)。但當(dāng)核的位置發(fā)生微小變化時(shí)，電子能迅速調(diào)整自己的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)使之與變化后的庫(kù)侖場(chǎng)相適應(yīng)。換句話說(shuō)，電子能絕熱于原子核的運(yùn)動(dòng)。

6、基于這一特性，Bn與Oppenheimer建議可將電子與原子核的運(yùn)動(dòng)分開(kāi)處理，稱之為玻恩奧本海默近似或稱核固定近似。其要點(diǎn)為：（1）將固體整體平移、轉(zhuǎn)動(dòng)（外運(yùn)動(dòng)）和核的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)（外運(yùn)動(dòng)）分離出去；（2）考慮電子運(yùn)動(dòng)時(shí)，以固體質(zhì)心作為坐標(biāo)系原點(diǎn)，并令其隨固體整體一起平移和轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)令各原子核固定在他們振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的某一瞬間位置上；（3）考慮核的運(yùn)動(dòng)時(shí)不考慮電子在空間的具體分布。這樣，通過(guò)分離變量就可以寫(xiě)出電子在空間的具體分布。電子在原子核外很

7、小的空間內(nèi)作高速運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律跟一般物體不同，它沒(méi)有明確的軌道。根據(jù)量子力學(xué)中的測(cè)不準(zhǔn)原理，我們不可能同時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定出電子在某一時(shí)刻所處的位置和運(yùn)動(dòng)速度，也不能描畫(huà)出它的運(yùn)動(dòng)軌跡。因此，人們常用一種能夠表示電子在一定時(shí)間內(nèi)在核外空間各處出現(xiàn)機(jī)會(huì)的模型來(lái)描述電子在核外的的運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)模型里，某個(gè)點(diǎn)附近的密度表示電子在該處出現(xiàn)的機(jī)會(huì)的大小。密度大的地方，表明電子在核外空間單位體積內(nèi)出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多；反之，則表明電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)少。由于這個(gè)模型很

8、像在原子核外有一層疏密不等的“云”，所以，人們形象地稱之為“電子云”。它是1926年奧地利學(xué)者薛定諤在德布羅伊關(guān)系式的基礎(chǔ)上，對(duì)電子的運(yùn)動(dòng)做了適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)處理，提出了二階偏微分的的著名的薛定諤方程式。這個(gè)方程式的解，如果用三維坐標(biāo)以圖形表示的話，就是電子云。電子云就是用小黑點(diǎn)疏密來(lái)表示空間各電子出現(xiàn)概率大小的一種圖形。表示電子在核外空間某處出現(xiàn)的機(jī)會(huì)，不代表電子的運(yùn)動(dòng)軌跡，小黑點(diǎn)的疏密表示出現(xiàn)機(jī)會(huì)的多少，密則機(jī)會(huì)大，疏則機(jī)會(huì)小。原子軌道（

9、英語(yǔ)：atomicbital），又稱軌態(tài)，是以數(shù)學(xué)函數(shù)描述原子中電子似波行為[1]。此波函數(shù)可用來(lái)計(jì)算在原子核外的特定空間中，找到原子中電子的機(jī)率，并指出電子在三維空間中的可能位置[2]?！败壍馈北闶侵冈诓ê瘮?shù)界定下，電子在原子核外空間出現(xiàn)機(jī)率較大的區(qū)域。具體而言，原子軌道是在環(huán)繞著一個(gè)原子的許多電子（電子云）中，個(gè)別電子可能的量子態(tài)，并以軌道波函數(shù)描述。1。分子當(dāng)中的電子在遍及整個(gè)分子范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都可以用一個(gè)分子波