原子轨道

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能级交错现象是电子随核电荷数递增填充电子次序上的交错，并不意味着先填能级的能量一定比后填能级的能量低（过渡金属的电离情况很复杂。当电离时，优先电离4s电子）

钻穿效应定义

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（penetration effect）。

释义

钻穿作用与原子轨道的径向分布函数有关。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) 。钻穿效应可以解释原子轨道的能级交错现象。

屏蔽效应

屏蔽效应(Shielding effect) 由于其他电子对某一电子的排斥作用而抵消了一部分核电荷，从而引起有效核电荷的降低，削弱了核电荷对该电子的吸引，这种作用称为屏蔽作用或屏蔽效应。

原理

1.氢原子核外只有一个电子，不存在屏蔽效应。

2.与钻穿效应相反，在多电子原子中，一个电子不仅受到原子核的引力，而且还要受到其他电子的排斥力。内层电子排斥力显然要削弱原子核对该电子的吸引，可以认为排斥作用部分抵消或屏蔽了核电荷对该电子的作用，相当于使该电子受到的有效核电荷数减少了。于是有Z* = Z－σ，式中Z*为有效核电荷，Z为核电荷。σ为屏蔽常数，它代表由于内层电子的斥力而使原核电荷减少的部分。 多电子原子结构复杂。难以精确的说明一个电子对另一个电子的影响。以中性氦原子和氦离子为例：

从He+(g)中移走电子需要能量为-8.716×l0-18J ，实验表明从He原子中移走一个电子需要的能量为3.939×l0-18J，可以看出从He+中移走电子比从He原子移走同一电子要耗去两倍多能量，这是由于He原子的两个电子相互排斥，相当于一个电子对另一个电子产生了电荷屏蔽，削弱了核电荷对该电子的的吸引力，意味着He原子的核电荷Z(=2)被Z*(=2-σ)代替，从而产生了电子间的相互屏蔽。 一般来说，内层电子对外层电子的屏蔽作用大。

能级交错

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。

简介

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。过渡元素钪的外层电子排布为4s23d

电子在原子中处于不同的能级状态

1，失去电子时，按能级交错应先失去3d电子，成为4s23d0，而从原子光谱实验得知，却是先失4s上的电子成为4s13d1。这是由于3d电子的存在，削弱了原子核对4s电子的吸引而易失去的。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。

举例

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[1]。 规律总结

一：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 多电子原子中轨道的能级

“能级交错”

二：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。”

三：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。过渡元素钪的外层电子排布为4s23d1，失去电子时，按能级交错应先失去3d电子，成为4s23d0，而从原子光谱实验得知，却是先失4s上的电子成为4s13d1。这是由于3d电子的存在，削弱了原子核对4s电子的吸引而易失去的。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。

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：

能级交错

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。

1、主量子数和角量子数之和越大，能量越高

2、主量子数和角量子数之和相等时，主量子数越大，能量越高

例如，4s轨道主量子数和角量子数之和为4，3d轨道主量子数和角量子数之和为5，于是4s轨道的能量低于3d轨道的能量；而3d轨道和4p轨道主量子数和角量子数之和均为5，但4p轨道的主量子数更大，于是4p轨道的能量高于3d轨道的能