铬(Cr)原子的核外电子排布

实验目的

掌握铬原子的电子排布及其特例,理解半充满状态的稳定性。

实验原理

按构造原理铬应为3d⁴4s²,但实际基态为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹,简写[Ar]3d⁵4s¹。3d轨道的5个电子各占一个轨道且自旋平行,处于半充满,能量较低、较稳定,这符合洪特规则的特例。

实验器材

• 铬原子结构示意图
• 核外电子能层与能级图
• 3d、4s轨道电子填充图
• 元素周期表(铬的位置)

实验步骤

1. 找到铬,确认原子序数为24,核外有24个电子
2. 先按构造原理预测排布为3d⁴4s²
3. 对照演示,观察实际排布为3d⁵4s¹
4. 读出各能层电子数:2、8、13、1
5. 结合洪特规则解释半充满更稳定

实验现象与结论

铬原子各能层电子数为2、8、13、1,价层电子排布为3d⁵4s¹,共6个价层电子。实际排布与构造原理的预测不同,原因是3d轨道半充满时体系能量较低。铬位于第四周期ⅥB族,常见化合价有+2、+3、+6。

注意事项

• 不要把铬写成3d⁴4s²,这是常见错误
• 铜也是类似特例,可对比学习

常见问题

铬的电子排布式为什么是3d⁵4s¹?

3d轨道半充满时能量较低、较稳定,所以一个4s电子进入3d轨道。

铬的常见化合价有哪些?

常见有+2、+3、+6价,其中+3和+6最为常见。