能级交错②

　　简介能级交错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。

　　例如：过渡元素钪的外层电子排布为4s^2 ∣3d^1，失去电子时，按能级交错应先失去3d电子，成为4s^2 ∣ 3d^0，而从原子光谱实验得知，却是先失4s上的电子成为4s^1∣3d^1。

　　这是由于3d电子的存在，削弱了原子核对4s电子的吸引力而易失去的。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。

　　类似于3d,4s的这种原子核外电子在能级上排布发生交错的现象，称为能级交错[2]。

　
　　规律总结

　　1电子先填最外层的ns，后填次外层的（n-1）d，甚至填入倒数第三层的（n-2）f的规律叫做能级交错

　　2若主量子数n和角量子数l都不同，虽然能量高低基本上由n的大小决定，但有时也会出现高电子层中低亚层（如4s）的能量反而低于某些低电子层中高亚层（如3d）的能量这种现象称为能级交错。能级交错是由于核电荷增加，核对电子的引力增强，各亚层的能量均降低，但各自降低的幅度不同所致。能级交错对原子中电子的分布有影响。

　　简单的说，屏蔽效应由于电子相互作用引起的，表现为l相同时，n越大，就是电子离核平均距离越大，势能越大，轨道能量越高。

　　钻穿效应就是波函数径向有n-l个峰，n相同时，l越小，峰越多，第一峰也钻得越深，势能越低，表现为n相同时，l越大，轨道能量越高。

　　当n,l综合变化时，一般这么看的：

　　对于原子的外层电子，n 0.7l越大，能量越高

　　对于离子的外层电子，n 0.4l越大，能量越高

　　对于原子或离子的内层电子，n越大，能量越高

　　这就造成了各能级的能量大小并不一定是按照n大小来排布的。

　
　　理论解释

　　

　　钻穿效应

　　钻穿效应可以解释原子轨道的能级交错现象。

　　在原子核附近出现的概率较大的电子，可更多地避免其余电子的屏蔽，受到核的较强的吸引而更靠近核，这种进入原子内部空间的作用叫做钻穿效应。钻穿作用与原子轨道的径向分布函数有关。l愈小的轨道径向分布函数的个数愈多，第一个峰钻得愈深，离核愈近。由图可见，2s比2p多一个离核较近的小峰，说明2s电子比2p电子钻穿能力强，从而受到屏蔽较小，能量较2p低。

　　钻穿能力：

　　ns np nd nf

　　能级分裂结果：

　　Ens Enp End Enf

　　与屏蔽效应相反，外层电子有钻穿效应。外层角量子数小的能级上的电子，如4s电子能钻到近核内层空间运动，这样它受到其他电子的屏蔽作用就小，受核引力就强，因而电子能量降低，造成E（4s） ＜E(3d) 。