对角线规则：用途和示例 - 化学

对角线的规则是一种构造原理，它允许根据每个轨道或每个能级的能量来描述原子或离子的电子结构。从这个意义上讲，每个原子的电子分布是唯一的，并且由量子数给出。

这些数字定义了电子最有可能位于的空间（称为原子轨道）并描述了它们。每个量子数都与原子轨道的性质有关，这有助于通过电子在原子内和能量中的排列来了解原子系统的特性。

同样，对角线规则（也称为马德隆规则）基于其他遵循电子性质的原理，以便正确地描述它们在化学物种内的行为。

这是为了什么

此过程基于Aufbau原理，该原理指出，在质子与原子核（一个接一个地）整合的过程中，当化学元素构成时，电子也被添加到原子轨道上。

这意味着，当原子或离子处于基态时，电子会根据其能级占据原子轨道的可用空间。

通过占据轨道，电子首先位于具有最低能量且未被占据的能级中，然后又位于具有最高能量的能级中。

同样，使用此规则可以对元素化学物种的电子构型有一个相当准确的理解。也就是说，当化学元素处于基本状态时。

因此，通过了解电子在原子内存在的构型，可以了解化学元素的性质。

获得这些知识对于推断或预测这些属性至关重要。同样，此过程提供的信息有助于解释为什么元素周期表与元素的研究如此吻合。

尽管此规则仅适用于处于基态的原子，但对于元素周期表中的元素而言效果很好。

遵循保利排除原理，该原理指出属于同一原子的两个电子不能拥有四个相等的量子数。这四个量子数描述了原子中发现的每个电子。

因此，主量子数（n）定义了所研究电子所处的能级（或壳层），方位角量子数（ℓ）与角动量有关，并详细说明了轨道的形状。

同样，磁量子数（_mℓ）表示该轨道在空间中的取向，自旋量子数（m _s）描述了电子围绕其自身轴的旋转方向。

此外，洪德法则表示在子层中表现出最大稳定性的电子构型被认为是在平行位置具有更多自旋的电子构型。

通过遵循这些原理，可以确定电子的分布符合下图所示：

在这张图中，n的值根据能级对应于1、2、3、4…; ℓ的值分别用0、1、2、3…表示，分别等于p，d和f。因此，轨道中电子的状态取决于这些量子数。

考虑到此过程的描述，下面给出了其应用的一些示例。

首先，要获得钾（K）的电子分布，必须知道其原子序数为19；也就是说，钾原子的原子核中有19个质子和19个电子。根据该图，其配置为1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ¹。

多电子原子的构型（其结构中具有多个电子）也表示为原子之前的稀有气体的构型以及其后的电子。

例如，在钾的情况下，它也表示为4s ¹，因为元素周期表中钾之前的稀有气体是氩。

另一个例子是汞（Hg），它的原子核中有80个电子和80个质子（Z = 80），但在这种情况下是过渡金属。根据施工方案，其完整的电子配置为：

1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁶ 5s ² 4d ¹⁰ 5p ⁶ 6s ² 4f ¹⁴ 5d ¹⁰。

与钾一样，汞的构型可以表示为4f ¹⁴ 5d ¹⁰ 6s ²，因为在元素周期表中位于其前面的稀有气体是氙。

对角线规则设计为仅适用于处于基本状态且电荷等于零的原子；也就是说，它与元素周期表的元素很好地耦合在一起。

但是，在某些例外情况下，假定的电子分布与实验结果之间存在重大偏差。

该规则基于当电子位于子层中时的电子分布，遵循n +ℓ规则，这意味着具有n + lle小幅值的轨道在显示该参数更大幅值的轨道之前被填充。

作为例外，提出了钯，铬和铜元素，其中预测的电子构型与所观察到的不一致。

根据这一规则，钯必须具有等于5s ² 4d ⁸的电子分布，但实验得出的电子分布等于4d ¹⁰，这表明当4d子壳充满时，该原子的最稳定构型出现。也就是说，在这种情况下，它的能量较低。

同样，铬原子应具有以下电子分布：4s ² 3d ⁴。但是，通过实验获得了该原子具有4s ¹ 3d ⁵的构型，这意味着当两个子壳都部分填充时，会出现较低能量（更稳定）的状态。