给大家分享令人头疼的元素周期表不能说是完美的。和一些关于3d轨道表示的意义的题，希望大家都能够喜欢。
来源丨自然科学研究
作者埃里克斯凯里
埃里克斯切里(EricScerri)警告说，对元素周期表过于简单化的假设可能会让我们误入歧途。
门捷列夫的元素周期表对科学和文化产生了如此深远的影响，以至于许多人不假思索地认为它基本上是完整的。如今，在它诞生150周年之际，研究人员是否可以简单地评估元素周期表的诸多优点？最好的办法就是偶尔向表中添加新合成的重元素。
插图|萨尔梅先生
不，这份珍贵的元素周期表尚未完成。某些元素（例如氢和氦）的位置存在争议。化学家争论元素周期表中的特定族，例如哪些元素构成第三族（参见gonaturecom/2vxnkqq）。传统主义者认为第三组包括钪、钇、镧和锕。然而，基于它们的电子层结构，越来越多的人认为后两种元素应该被镥和铌取代。这很重要，因为将元素移入不同的族可能会揭示新的特性（例如，它可能是高温超导体中包含的候选元素）。
某些原子（尤其是铜和铬等过渡元素）的电子构型的量子力学描述很难适应周期表的广泛模式。目前还不清楚为什么元素周期表有超过1000个版本，也不清楚是否存在版本。就连化学领域的最高权威纯粹与应用化学联合会也不服气。IUPAC声称它没有具体解决任何协议，但网站版本在表体下方列出了30个元素。这与原子的简单量子力学解释不一致，该解释仅预测28种元素。
接下来，我将概述其中一些不一致之处，并解释为什么解决它们将继续帮助物理学家和化学家理解和预测材料的特性。
预测能力
门捷列夫并不是第一个尝试将元素原子量从最小到最大排列的人，但他是第一个充分利用这种排列的人。他于1869年提出的理论框架预测了几种当时未知元素的存在，包括镓、锗和钪。在接下来的150年里，化学家利用它来预测原子的性质并激发了开创性的实验。J.J.从J.J.汤姆森到薛定谔，物理学家使用元素周期表作为测试原子结构和量子力学理论的试验台。
门捷列夫不知道为什么元素具有循环重复的特性。今天，我们从许多物理学家的解释中知道，原子结构是元素排序的核心。
20世纪初，查尔斯格洛弗巴克拉(CharlesGloverBakra)和欧内斯特卢瑟福(ErnestRutherford)等物理学家发现，原子的中心电荷重量约为原子质量的一半。1911年，荷兰默默无闻的经济学家和业余科学家安东尼斯范登布罗克（AntonisvandenBroek）提出了以下解释。除氢以外的原子都是由多个“阿尔方”组成的。阿尔方（Alphon）是一种基本粒子，质量只有氦的一半，带有正电荷。
阿尔丰从未被发现，但范登布鲁克的假设是原子序数概念的起源。原子序数等于原子核中的质子数，它决定了元素在周期表中的位置。物理学家亨利莫斯利(HenryMoseley)于1913年使用X射线原子光谱证实了这种排列。这种物理解释证明了元素周期表中先前不寻常的原子重排的合理性，例如门捷列夫的碲和碘的交换。
随着20年代量子力学的进步，物理学家尼尔斯玻尔(NielsBohr)和沃尔夫冈泡利(WolfgangPauli)对元素周期表提出了更详细的解释。该组织原理描述了电子绕原子核运行的排列，至今仍在教育中使用。电子在一系列能量不断增加且与原子核距离不断增加的壳层中移动，每个壳层具有不同类型的轨道。量子力学定律了每个壳层和每个轨道中的电子数量。氢在1s轨道上有一个电子，而下一个元素氦有两个电子。锂的第三个电子必须进入2s轨道。
插图|萨尔梅先生
构造原理使用简单的数字规则来描述轨道填充的顺序。这就是著名的马德隆定律，以20世纪30年代物理学家阿尔文马德隆(AlvinMadelon)的名字命名。对于元素周期表的前三行，元素的顺序很简单。3p轨道由铝填充至氩气。但第四行变得更加复杂。4s轨道可以充满钾和钙然而，过渡性因素出现了。下一个元素钪的额外电子不会进入4p轨道，而是落入3d轨道。因此，过渡金属也称为d区元素。马德隆规则适应了非直观的步骤，例如3d轨道前面的电子占据4s轨道，以及5s轨道前面的4p轨道。然而，这些规则尚未从量子力学或其他基本物理原理中推导出来。
1969年，在元素周期表诞生100周年之际，化学家佩尔-奥列夫洛廷宣布，马德隆法则的推导将成为化学界的重大理论任务之一。50年后，挑战依然存在。
规则破坏者
更糟糕的是，有20种元素的电子结构似乎不符合马德隆规则。一些科学哲学家认为，这表明量子力学无法解释元素周期表。我承认我自己也掉进了这个陷阱。然而，最近的发展表明，对量子力学进行更深入的研究可以使其与组成原理和马德隆规则相一致。
Chrome就是这样的例外之一。根据马德隆定律，3d轨道必须有4个电子，4s轨道必须有2个电子。然而，铬的光谱显示出不同的结构。即3d轨道有5个电子，4s轨道有1个电子。同样，铜、铌、钌、铑和其他十几种元素并不像预期那样停留在最外层的s轨道，而是在d或f轨道之一中有一个额外的电子。
2006年，理论化学家尤金施瓦茨(EugeneSchwartz)和他的同事提出了这一争论。根据量子力学的概率算法，原子可以同时以不同的电子构型存在。对于给定的能量，电子可以位于或穿过多个轨道。在获得最稳定的配置时，必须考虑所有这些选项及其可能性。平均后，大多数原子的预测电子态遵循马德隆定律。而且，计算可以准确预测上述异常现象，与实验结果一致。
因此，量子力学可以解释这个难题。但大多数化学家、物理学家和教科书作者并没有意识到这一点。
2010年，施瓦茨和他的团队描述了过渡金属中的另一个奇怪现象。当特定原子电离时释放电子的顺序似乎也不遵循马德隆定律。钪的额外电子位于3d轨道，但实验表明，当电离时，它首先失去4s轨道的一个电子。这不符合能源规则——。教科书上说4s轨道的能级比3d轨道的能级低。同样，研究人员和教育工作者在很大程度上避免谈论这个题。
施瓦茨使用精确的实验光谱数据表明，钪的3D轨道实际上在其4S轨道之前就已被占据。除了原子光谱学家之外，大多数人以前都没有意识到这一点。化学教育工作者解释了元素周期表中前一个元素的电子结构如何转移到下一个元素。事实上，每个原子都有自己独特的能级顺序。钪的3d轨道能量低于4s轨道。施瓦茨敦促化学家放弃马德隆定律和罗廷提出的感应题。
施瓦茨是对的，当涉及到特定原子的轨道如何被一一占据时，马德隆规则就失效了。然而，将一种元素与表中前一种元素区分开来的电子仍然遵循马德隆定律。以钾和钙为例，与旧原子相比的“新电子”是4s电子。然而，钪中的电子位于3D轨道中，这使其与钙不同。尽管它不是原子形成过程中最后一个进入原子的电子。
也就是说，当从整体上看待元素周期表时，使用成分原理和马德隆规则的简单方法仍然适用。只有当考虑特定原子及其轨道占用和电离能时，这些规则才会失效。
因此，推导马德隆规则的任务再次出现。
理论是必不可少的
了解电子轨道不会改变元素周期表中任何元素的顺序或位置。然而，它加强了元素周期表的理论基础，并证明了元素周期表的适应性以及围绕它开发的经验法则，例如马德隆定律。
量子力学在解释原子的某些性质方面发挥着重要作用。但需要做更多的工作才能看到更大的前景。尽管施瓦茨警告不要对化学现象进行肤浅的量子力学解释，但深入研究量子力学可能会揭示马德隆定律的基本解释或全新的思维方式。
即使在150年后，理解元素周期表的形状及其潜在的物理解释仍然需要理论化学家、物理学家和哲学家的参与。2017年发现氦可以在非常高的压力下形成Na2He化合物等实验可能会带来新的启示。因此，元素周期表作为化学最伟大的标志，同样值得关注。
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简而言之
ID果客r42
整天学习科学，我不知道该做什么。
我认为你应该小心。
一、3d轨道什么意思？
3d轨道代表五个等价轨道，对应的量子数为
-A，n=3，l=2，m=+2，
-B，n=3，l=2，m=+1，
-C，n=3，l=2，m=0，
-D，n=3，l=2，m=-1，
-E，n=3，l=2，m=-2
在没有外部磁场的情况下，即原子单独存在时，这五个3d轨道能级是相同的，称为简并态。在存在外部磁场的情况下（另一个原子或分子的存在等于该原子的外部磁场），这五个3d轨道由于空间取向不同而引起能级分裂，导致能量略有差异水平。3D轨道3D轨道
每个轨道中的电子可以具有两种不同的自旋态和两种不同的能级。虽然能级差异很小，但因此存在10种不同的电子态，可以与10个不同的量子数组合。代表。
二、3d轨道包含的轨道数？
1-3D轨道中包含的轨道数量为5。2-3D轨道是指三维空间中的原子轨道，包括s、p、d、f、g5个轨道。每个轨道具有不同的形状和能量，并且可以容纳不同数量的电子。3-在化学中，了解原子轨道的数量和性质对于了解元素的化学性质和反应机制非常重要。此外，分子轨道理论可用于预测分子的形状和性质。
三、3d轨道和4s轨道哪个能量高？
根据组织原理，电子填充能级的顺序如下
从3P4S3d可以看出，3d轨道的能量高于4S轨道的能量。
这是另一个经验法则
可以求出E=n+0-7。
上式中，E=4+0-7=4
E=3+0-7=4-4
因此Egt；E
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