铜(Cu)原子的核外电子排布

实验目的

掌握铜原子及其离子的电子排布,理解全充满结构的稳定性。

实验原理

按构造原理铜应为3d⁹4s²,但实际基态为1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s¹,简写[Ar]3d¹⁰4s¹。3d轨道全充满时能量较低、较稳定,符合洪特规则的特例。Cu⁺为[Ar]3d¹⁰,Cu²⁺为[Ar]3d⁹。

实验器材

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

实验步骤

1. 找到铜,确认原子序数为29,核外有29个电子
2. 先按构造原理预测排布为3d⁹4s²
3. 对照演示,观察实际排布为3d¹⁰4s¹
4. 读出各能层电子数:2、8、18、1
5. 写出Cu⁺和Cu²⁺的电子排布式并比较

实验现象与结论

铜原子各能层电子数为2、8、18、1,价层电子排布为3d¹⁰4s¹,位于第四周期ⅠB族。实际排布与构造原理的预测不同,因为3d全充满时能量较低。Cu⁺为3d¹⁰,常见化合价为+1和+2。

注意事项

• 不要把铜写成3d⁹4s²,这是常见错误
• 可与铬的半充满特例对比记忆

常见问题

铜的电子排布式为什么是3d¹⁰4s¹?

3d轨道全充满时能量较低、较稳定,所以4s的一个电子进入3d轨道。

Cu²⁺的电子排布式怎么写?

铜原子失去4s的1个电子和3d的1个电子,写作[Ar]3d⁹。