1-4 電子組態 1 1

電子組態 1-4 學習目標： 了解 遞建原理 包立不相容原理 洪德定則 電子組態 2

電子組態 1-4 軌域有如電子在原子內居住的地方，而量子數則如同其地址的街道巷弄之編號。 本節將探討原子中，電子在各軌域的分布情形。 3

（electron configuration） 電子組態 1-4 原子中，電子在能階中分布的表示法稱為： 。 一般指最穩定之基態原子的電子排列方式。 以原子序 1 的氫原子為例： 基態氫原子在 1s 軌域 有一個電子，因此氫 原子的電子組態可表 示為 。 電子組態 （electron configuration） 1s1 4

（electron configuration） 電子組態 1-4 原子中，電子在能階中分布的表示法稱為： 。 一般指最穩定之基態原子的電子排列方式。 以原子序 1 的氫原子為例： 電子組態亦可用軌域圖表示。 電子組態 （electron configuration） 5

1-4 電子組態 多電子原子的電子組態，遵守三個原則： 一、遞建原理（aufbau principle） 二、包立不相容原理（Pauli exclusion principle） 三、洪德定則（Hund’s rule） 6

遞建原理 1-4 電子組態 1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p ＜5s＜4d＜5p …… 電子先填入能量較低的軌域，再依序填入能量較高的軌域。 此規則稱為遞建原理。 通常電子組態若違反遞建原理則為 態。 多電子原子之軌域能量其順序如下： 激發 1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d＜4p ＜5s＜4d＜5p …… 7

電子組態 1-4 包立不相容原理 1925 年，奧地利科學家包立（W. Pauli）提出 不相容原理： 在同一個原子中，任兩個電子不會有完全相同的四個量子數。 以原子序 2 的氦為例： 其兩個電子均填入 1s 軌域。 在 1s 軌域的兩個電子之主量子數 n、角量子數  與磁量子數 m 依序皆為 1、0、0。 但自旋量子數不同，四個量子數 n、、m 與 ms分別為（ ）與（ ）。 8

電子組態 1-4 包立不相容原理 1925 年，奧地利科學家包立（W. Pauli）提出 不相容原理： 在同一個原子中，任兩個電子不會有完全相同的四個量子數。 以原子序 2 的氦為例： 若電子組態違反包立不相容原理，則不存在。兩個電子均填入 1s 軌域。 9

1-4 電子組態 一個軌域中含有兩個電子時，此兩個電子稱為 。 若只有一個電子時，此電子稱為 。 以 3Li 為例： 鋰的電子組態為 。 一個軌域中含有兩個電子時，此兩個電子稱為 。 若只有一個電子時，此電子稱為 。 以 3Li 為例： 鋰的電子組態為 。 圖示： 成對電子 不成對電子 1s22s1 成對電子 不成對電子 10

1-4 電子組態 ？ 4Be： 鈹的電子組態為 。 圖示： 1s22s2 5B： 硼的電子組態為 。 圖示： 1s22s22p1 6C： 鈹的電子組態為 。 圖示： 1s22s2 5B： 硼的電子組態為 。 圖示： 1s22s22p1 6C： 碳的電子組態為 。 圖示： 1s22s22p2 ？ 11

電子組態 1-4 洪德定則 1925 年，德國科學家洪德（F. H. Hund）提出洪德定則： 原子中同一副殼層的軌域，含有最多相同自旋方向的電子時，其能量最低。 電子組態若違反洪德定則，則為激發態。 ？ 2p 軌域的 2 個電子皆為不成對電子，其自旋方向相同。 12

1-4 電子組態 7N： 氮的電子組態為 。 圖示： 1s22s22p3 8O： 氧的電子組態為 。 圖示： 1s22s22p4 ①動-N7 氮的電子組態為 。 圖示： 1s22s22p3 8O： 氧的電子組態為 。 圖示： 1s22s22p4 ①動-N7 ②動-O8 13

電子組態 1-4 9F： 氟的電子組態為 。 圖示： 1s22s22p5 10Ne： 氖的電子組態為 。 圖示： 1s22s22p6 14

範例 1-7 下列基態中性原子，何者具有最多不成對電子？ (A) B (B) C (C) N (D) O (E) F 15 15 選修化學(上) 15

練習題 1-7 下列何者不符合遞建原理？ 16 選修化學(上) 16

第3週期元素的電子組態 1-4 電子組態 11Na： 鈉的電子組態為 。 為了方便書寫，通常將內層核心電子組態以 鈍氣簡化表示： 鈉的電子組態為 。 為了方便書寫，通常將內層核心電子組態以 鈍氣簡化表示： 1s22s22p6 ⇒ [Ne] 鈉的簡化電子組態表示法為 。 1s22s22p63s1 價電子 [Ne]3s1 價軌域 17

1-4 電子組態 第3週期元素的電子組態 11Na 12Mg 13Al 14Si 1s22s22p63s1 [Ne] 3s1 符號 電子組態 簡化表示法 價電子軌域圖 11Na 12Mg 13Al 14Si 1s22s22p63s1 [Ne] 3s1 1s22s22p63s2 [Ne] 3s2 1s22s22p63s23p1 [Ne] 3s23p1 1s22s22p63s23p2 [Ne] 3s23p2 18

1-4 電子組態 第3週期元素的電子組態 15P 16S 17Cl 18Ar 1s22s22p63s23p3 [Ne] 3s23p3 符號 電子組態 簡化表示法 價電子軌域圖 15P 16S 17Cl 18Ar 1s22s22p63s23p3 [Ne] 3s23p3 1s22s22p63s23p4 [Ne] 3s23p4 1s22s22p63s23p5 [Ne] 3s23p5 1s22s22p63s23p6 [Ne] 3s23p6 19

1-4 電子組態 第4週期元素的電子組態 原子序 19 到 36 之原子， 其價電子先填入 4s 後，才依序填入 3d 與 4p 軌域。 內層核心電子組態與 Ar 相同： 1s22s22p6 3s23p6 ⇒ [Ar] 鎵 Ga、鍺 Ge、砷 As、硒 Se、溴 Br、氪 Kr 的 3d 軌域中均已填滿，不參與化學鍵結，所以 價軌域為 4s 與 4p 軌域。 因此其價電子數依次為 3、4、5、6、7 與 8。 20

電子組態 1-4 第4週期元素的電子組態 註2 註1 21

1-4 電子組態 第4週期元素的電子組態 鉻原子與銅原子的電子組態依遞建原理，依序應為 [Ar] 3d44s2 與 [Ar] 3d94s2。 因為 3d5 半填滿與 3d10 全填滿時能量較低。 註1：所以鉻原子的電子組態為[Ar] 3d54s1 註2：所以銅原子的電子組態為[Ar] 3d104s1 22

電子組態 1-4 依副殼層分類的週期表 s區與p區：主族元素與鈍氣 d區與 f 區：過渡元素 23

1-4 電子組態 常見主族元素陰、陽離子的電子組態 主族元素的離子的電子組態，一般為鄰近鈍氣的電子組態， 常見主族元素陰、陽離子的電子組態如表： 24

1-4 電子組態 過渡元素陽離子的電子組態 過渡元素皆為金屬，反應時容易失去外層電子而形成陽離子。 例如：鐵原子 Fe 的電子組態為 [Ar] 3d64s2，失去 4s 軌域的兩個電子而形成鐵(Ⅱ)離子 Fe2+，其電子組態為 [Ar] 3d6。 常見過渡元素陽離子的電子組態如表： 25

範例 1-8 下列離子，何者含有不成對電子？ (A) Cl－ (B) Na＋ (C) Zn2＋ (D) Ni2＋ (E) Sc3＋ 26 選修化學(上) 26

練習題 1-8 下列何種元素的 3d 軌域全填滿？ (多重選擇題) (A) Cu (B) Ar (C) Cr (D) Zn (E) Kr 27 選修化學(上) 27

學習成果評量 解答 1.請寫出下列各元素原子的基態電子組態： （需能表示洪德定則的概念） (1) 6C (2) 8O (3) 11Na (4) 15P 解答 6C：1s22s22px12py1 8O：1s22s22px22py12pz1 (3) 11Na：1s22s22p63s1 (4) 15P：1s22s22p63s23px13py13pz1 28 選修化學(上) 28

學習成果評量 2.下列各電子組態： 甲：1s22p1 乙：1s22s22p1 丙：1s22s22px22py1 丁：1s22s22p62d5 戊：1s22s22px12py12pz1 己：1s22s32p5 (1) 何者為基態的電子組態？ (2) 何者為錯誤寫法？ (3) 何者為激發態的電子組態？ (1) 乙、戊 (2) 丁、己 (3) 甲、丙 29 選修化學(上) 29

學習成果評量 解答 3.試寫出下列陽離子與陰離子的電子組態： (1) Ca2＋ (2) Co2＋ (3) Cu+ (4) F－ 20Ca：[Ar] 4s2 → 20Ca2+：[Ne] 3s23p6 27Co：[Ar] 3d74s2 → 27Co2+：[Ar] 3d7 (3) 29Cu：[Ar] 3d104s1 → 29Cu+：[Ar] 3d10 (4) 9F：[He] 2s22p5 → 9F－：[He] 2s22p6 30 選修化學(上) 30