ChapterIX原子结构.ppt

2019年5月17日9时56分,Chapter IX,第九章 原子结构和周期系,Atomic Structure and Periodic Law,FZJG16,2019年5月17日9时56分,原子结构的认识历程,公元前5世纪，希腊哲学家Democritus的古原子说一切事物由原子和虚空组成。“atomos”不可分割，虚空原子之间的空间。,19世纪初，英国Dalton J 的原子论 一切物质都是由不可见的、不可再分割的原子组成的。 同种类的原子在质量、形状和性质上都完全相同，不同种类的原子则不同。,Introduce,宇宙万物是由哪些基本物质构成的呢?, 每一种物质都是由它自己的原子组成的。 单质是由简单原子组成的，化合物是由复杂原子组成的。,19世纪末，英国物理学家Thomson JJ电子的发现和他的原子“枣糕模型”,1911年，英国Rutherford E的原子“有核模型（行星系式）”原子模型,直到20世纪30年代（1927年），以微观粒子波粒二象性为基础发展起来的量子力学，才建立了比较符合微观世界实际的物质结构近代理论，产生了探索微观世界的理论和方法。,人们对原子结构的认识积累的一个世纪。,Thomson J J 1906获Nobel奖,图 9-1 粒子散射实验,2019年5月17日9时56分,本章主要内容,核外电子的运动特征及运动状态的描述; 氢原子的波函数； 多电子原子的原子结构及核外电子排布的规律； 原子的电子组态与元素周期表 元素和人体健康（自学）。,掌 握,2019年5月17日9时56分,第一节 氢原子结构的近代概念,原子由原子核和电子组成， 在化学反应中，原子核并不发生变化，而只是核外电子的运动状态发生变化。,对核外电子运动状况描述最早的是在1913年丹麦物理学家N. Bohr。,N. Bohr (1885-1962),量子论的奠基人和象征， 1922年诺贝尔物理奖得主.,重要贡献：在牛顿力学的基础上吸收了德国Planck M的量子论，建立了氢原子的“定态原子模型”。,主要讨论内容,2019年5月17日9时56分,为了解释受热黑体辐射，Planck M 假定辐射能量的释放和吸收都不是连续的，只能是最小能量单位0的整数倍： = n0 = n h 其中：0 称为量子（quantum） 量子的能量极小，取决于辐射频率 h 为普朗克常量（Planck constant） h = 6.62610-34Js,Planck M 量子理论主要内容：,微观世界一个重要特征就是能量的量子化（不连续）,德国物理学家普朗克Max Karl Ernst Ludwig Planck（1858-1947）,2019年5月17日9时56分,一、氢光谱和氢原子Bohr模型,连续光谱,氢原子光谱 (可见光区的四条谱线）,电子跃迁 释放光子,原子光谱（线光谱）,氢光谱,2019年5月17日9时56分,（1）能级假说：提出轨道能级及轨道能级量子化的概念,n = 1,2,3主量子数 n = 1 基态(ground state,离核最近) (a0 = 52.9pm, 玻尔半径) n 2 激发态(excited state),氢原子核外电子的轨道能量为：,Bohr 理论,氢原子核模型,(RH = 2.1810-18 J),能级(energy level): 轨道能量称为能级。,定态（stationary state）轨道 原子中的电子围绕原子核运动时，既不吸收也不辐射能量，称为定态。,2019年5月17日9时56分,（2）能级间的跃迁 (transition),Bohr 理论,激发态原子发光的原因 h = E2 -E1,电子的能量由一个能级改变到另一个能级,2019年5月17日9时56分,玻尔的氢原子模型的优缺点,优点：成功运用了量子化观点； 成功解释了氢原子的稳定性和氢原子光谱。,缺点：1. 不能说明多电子原子的光谱，甚至不能说明氢光谱的精细结构。 2. 它对能级的描述很粗略。 3. 不能解释原子如何形成分子的化学健的本质。,量子力学的现代概念是法国Broglie LV、德国Heisenberg W和奥地利Schrodinger E等为代表一批年轻科学家创立的。,电子的运动不遵守经典物理学的力学规律，而具有微观世界粒子的特性,旧量子论,2019年5月17日9时56分,光的波粒二象性：,de Broglie L V关系式：,物质波（德布罗意波）,二、微观粒子的波粒二象性(waveparticle duality),荣获1929年诺贝尔物理学奖,波动性,粒子性,Einstein,法国de Broglie于1924年提出了所有微观粒子如电子、原子等也具有波粒二象性。,2019年5月17日9时56分,1927年，美国物理学家Davisson,C.J. 和Germer, L.H.通过电子衍射实验证实了de Broglie L V的假设。,电子衍射实验证实了de Broglie 的假设,同年英国Thomson G P（发现电子的Thomson J J 的孙子）将电子束通过金箔也得到电子衍射图,美国贝尔实验室 Clinton Joseph Davisson (18811958） Lester Halbert Germer (18961971）,G.P.Thomson (18921975）,2019年5月17日9时56分,电子衍射实验,Ni晶体,电子衍射图示意图,电子能发生衍射现象，说明电子束通过镍箔所得衍射图与光相似，具有波动性。,明暗交替的衍射环,较强的电子流可以在极短的时间内得到电子衍射图,electron diffraction,2019年5月17日9时56分,微观粒子的概率分布规率波恩的统计解释,概率统计方法,注意：对电子波动性的正确解释是统计解释！,电子出现概率大的地方，出现亮的环纹，即衍射强度大的地方；反之，电子出现少的地方，出现暗的环纹，衍射强度小。,掌 握,2019年5月17日9时56分,说明电子并无确定的轨道，波动性的电子在空间只有一个几率分布。因此电子的运动已不再符合经典力学规律，需要用新的理论描述电子的运动状态。-现代量子理论,实例： 电子在1V电压下的速度为5.9105 ms-1，电子质量m = 9.110-31kg，h为6.62610-34 Js ，电子波的波长是多少？ 质量1.010-8kg的沙粒以1.010-2 ms-1速度运动，波长是多少？,解：1J = 1kgm2s-2，h = 6.62610-34kgm2s-1,根据德布罗意关系式,可得：,物体质量愈大，波长愈小。宏观物体的波长，小到难以测量，以致其波动性难以察觉，仅表现出粒子性。而微观世界粒子质量小，其德布罗意波长不可忽略。,微观粒子的运动状态如何描述？,2019年5月17日9时56分,测不准原理：一个粒子不能同时具有确定的坐标和动量。,三、Heisenberg 测不准原理,-微观粒子运动位置的统计性,测不准关系式,(uncertainty principle),x: x方向坐标的测不准量(误差) p: x方向的动量的测不准量 h： 普朗克常量,测不准原理是由微观粒子本身特性决定的物理量间相互关系的原理，反映的是物质的波性，并非仪器精度不够。,说 明,测不准关系是经典力学和量子力学适用范围的判据。,2019年5月17日9时56分,测不准关系是微观粒子波粒二象性的客观反映，是对微观粒子运动规律认识的深化。它限制了经典力学适用的范围。,例如，,电子在原子中运动的速度约为106 ms-1，原子半径约10-10 10-11 m，故电子坐标测定的误差x起码要小于10-10m才有意义，v是多大？测量误差说明什么？,即速度的测不准量肯定大于5.8105 ms-1。由于v与v的数量级十分接近，表明v的测定极不准确。,2019年5月17日9时56分,警察：你知道你開得多快嗎？ 海森堡：不，但我知道我在哪裡!,Heisenberg W 1901 1976,Heisenberg于1927年提出测不准原理 荣获1932年度的诺贝尔物理学奖 该奖项肯定了他对量子力学理论及其应用的创造性贡献。,2019年5月17日9时56分,某电子的位置虽然测不准, 但可以知道它在某空间附近出现的机会的多少, 即概率的大小可以确定.,因而可以用统计的方法和观点, 考察其运动行为. 包括两点: 能量: 量子化 运动: 统计性,2019年5月17日9时56分,原子核外电子的运动具有三大特征：,量子化 线光谱 统计性 概率波 波粒二象性 物质波,掌握,既然对微观粒子的运动状态测不准, 有无方法描述其运动状态呢?,注意：测不准原理并不意味着微观粒子运动无规律可言，只是说它不符合经典力学的规律，应该用量子力学来描述微观粒子的运动。,2019年5月17日9时56分,四、氢原子波函数,1. 薛定谔方程 (Schrdingers equation):,各项的含意, 波函数（原子轨道）(wave function) ： 描述原子核外电子运动状态的一个数学函数式 E 体系的总能量 (J) V 体系的势能 (J) m 微粒的质量 H 普朗克常数 x、y、z 微粒的空间坐标, 体现微粒的波动性 E、V、m体现微粒性,Schrdinger (18871961）,一般：已知粒子质量m, 势能V = - ( ) 则可求解出和E。,2019年5月17日9时56分,氢原子的波函数 波函数 （wave function） 是Schrdinger方程的解波函数，用来描述电子的运动状态。 的意义: 本身物理意义并不明确，但2却有明确的物理意义。 概率密度2 (probability density): 表示在原子核外空间某点处电子出现的概率密度, 即在该点处单位体积中电子出现的概率。,2019年5月17日9时56分,2. 概率密度 (probability density),量子力学用波函数(x , y , z)和其相应的能量来描述电子的运动状态。,说明,波函数本身的物理意义不明确，但波函数绝对值的平方却有明确的物理意义。,概率密度：| |2 表示在空间某处(x , y , z)电子出现的概率密度，即在该点周围微单位体积中电子出现的概率。,掌握,2019年5月17日9时56分,3. 电子云 (electron cloud),为了形象地表示基态氢原子核外空间各处电子出现的概率密度大小的分布情况，将空间各处的| |2值的大小用疏密程度不同的小黑点表示出来。,电子云: 单位体积内黑点数与| |2成正比的图形。,基态氢原子2的立体图 剖面图,2019年5月17日9时56分,注意,不能把电子云中的一个个小黑点看成一个个电子，因为氢原子核外只有一个电子。,这里讲的是概率密度| |2 ，不是概率。以后我们往往用电子云来做概率密度的同义词。,2019年5月17日9时56分,为了方便起见，量子力学借用Bohr N H D理论中“原子轨道” 的概念，将波函数仍称为原子轨道.,4. 原子轨道 (atomic orbital),原子轨道: 描述原子中单个电子运动状态的波函数 (x, y, z) 。,(1) 只是波函数的代名词。一般把电子出现在概率99%的空间区域的界面作为原子轨道的大小.,如, 基态电子具有的能量是 - 2.1810-18J。 氢原子核外电子的运动状态还有许多激发态，如能量是 - 5.4510-19J等。,注意,(2) Schrdinger方程的解不止一个，每一 对应一确定的能量值，称为“定态”。基态时能量最小，比基态能量高的是激发态。,2019年5月17日9时56分,(3) 量子力学中“原子轨道” 与Bohr 理论中 “原子轨道”的涵义 截然不同:,例如：Bohr认为基态氢原子的原子轨道是半径等于52.9 pm的球形轨道。,注意,量子力学中，基态氢原子的原子轨道是波函数, 它代表氢原子核外1s电子的运动状态，但并不表示1s电子有确定的运动轨道。,2019年5月17日9时56分,量子力学认为电子运动有以下几个特性：,1.电子具有波粒二象性。电子的波动性与其运动的统计规律 相联系，电子波是物质波、概率波； 2. 电子等微观粒子有着与宏观物体完全不同的运动特征.不能同时测准它的位置和动量，不存在玻尔理论那样的运动轨道。 3. 电子的运动状态可用波函数 和其相应的能量来描述。波函数是薛定谔方程的合理解，| |2表示概率密度。 4. 每一对应一确定的能量值，称为“定态”。电子的能量具有量子化的特征，是不连续的。,氢原子、类氢离子（如He+、Li2+离子等），核外仅有一个电子。该电子在核外运动时的势能，只决定于核对它的吸引，其Schrdinger方程可以精确求解。,解Schrdinger方程，需将其变换为球面坐标：,球极坐标系, n,l,m (r,) 球极坐标系, n, l, m（x, y, z）直角坐标系,在整个求解过程中，需要引入三个参数，n、l 和 m。 结果得到一个含有三个参数和三个变量的函数,2019年5月17日9时56分,表 9-2 氢原子的一些波函数及其能量,一次,2019年5月17日9时56分,n, l, m 的取值是非连续的，故被称之为量子数,第二节 量子数和原子轨道,每一个波函数代表体系的一种可能的状态，每一套n,l,m规定了一个波函数 n,l,m的具体形式。, n,l,m (r,),由n,l,m三个量子数所表征的单电子波函数 n,l,m称为原子轨道,2019年5月17日9时56分,氢原子及类氢离子的解的讨论 (重点),1. 主量子数 n (principal quantum number),一、量子数 (quantum number),(2) 决定电子在核外空间出现概率最大的区域离核的远近。 确定电子到核的平均距离,n 的取值：n = 1，2，3，,主量子数(n) 物理意义： (1)决定电子的能量高低,n 又称为电子层数（electron shell number） 光谱学上：K、L、 M、N、O、P、Q n: 1 2 3 4 5 6 7,1s,2s,3s,主量子数示意图,n越小, 电子出现概率最大的区域离核越近,能量越低。 n越大，电子出现概率最大的区域离核越远,能量越高。,2019年5月17日9时56分,2. 角量子数 l (orbital angular momentum quantum number),l 的取值：l = 0, 1, 2, 3, , (n 1).,s 轨道 (l = 0) 不同角量子数的原子轨道的形状,l 的物理意义：表示亚层，决定原子轨道的形状。,角量子数： l = 0, l = 1, l = 2, l = 3 光谱学符号： s p d f,p 轨道 (l =1),d 轨道 (l =2),注意：在多电子原子中，l 与 n 一起确定原子轨道的能量。,2019年5月17日9时56分,3. 磁量子数 m (magnetic quantum number),S 轨道：l = 0 , m = 0 伸展方向是唯一的 P 轨道： l = 1，m = 0, 1 三个伸展方向 d 轨道： l = 2, m = 0, 1, 2 五个伸展方向,波函数的角度分布,图中的符号为函数值的符号.,物理意义：确定原子轨道的伸展方向：,m 的取值: m = 0, 1, 2, l, 共可取 2l + 1个值,磁量子数与电子的能量无关.,注意,简并轨道,2019年5月17日9时56分,简并轨道或等价轨道 (equivalent orbital),简并轨道：具有相同能量的原子轨道(能级),（n、l 相同, m不同的轨道）,例如 S 轨道 m=0，有1个简并轨道。 P 轨道 m=0，1 ，有3个简并轨道。 d 轨道 ,m=0，1 ，2 ，有5个简并轨道。 f 轨道 m=0，1 ，2 ， 3，有7个简并轨道。,2019年5月17日9时56分,4. 自旋角动量量子数 s (spin angular momentum quantum number),在原子轨道中运动的电子作所谓的自旋运动，因而产生磁矩。,两个电子的自旋方向相同时称为平行自旋，反之称为反平行自旋。,一个轨道中的电子可以有两种不同的自旋方向，表明一个原子轨道最多只能有两个电子，且自旋相反。,图 电子自旋运动示意图,自旋量子数的取值仅有两个，分别为+1/2 和 -1/2，或 和 。,电子自旋磁矩只有两个方向：,小节：氢原子核类氢原子电子运动状态的完全描述,1）主量子数 n 描述电子离核的远近, 决定电子层的划分 决定电子能量高低的主要因素 n = 1 2 3 4 5 - K L M N O, 描述同一电子层中不同能量状态的分层电子亚层 表示原子轨道或电子云的形状 l = 0 1 2 3 4 -（n-1） s p d f g,3）磁量子数 m 描述原子轨道或电子云在空间的伸展方向 m = 0 1 2 3 -l,4）自旋量子数 s 描述电子的自旋运动特征 s = 1/2 “”,n=1,2）角量子数 l,2019年5月17日9时56分,核外电子可能的运动状态的描述（掌握),例如，已知基态Na原子的价电子处于最外层3s亚层，试用n、l、m、s量子数来描述它的运动状态。,解：最外层3s 亚层的n = 3、l = 0、m = 0，,表示：（n，l，m，+） or （n，l，m, -) 或 n，l，m，+ or n，l，m，- 或 1s, 2p, 3d, .,其运动状态可表示为 (3, 0, 0, + ) 或 (3, 0, 0, - ) 或 3，0，0，+ 或3，0，0，- 或 3s,是简并轨道么？,表9-1 量子数组合和轨道数,单电子原子体系能量相同的简并轨道数,2019年5月17日9时56分,二、原子轨道的图形,（r,) = R(r) () () 令 Y(,) = () () 则,n, l, m (r,) = R n, l (r) Y l, m (,),R n,l(r) 函数称为波函数的径向部分或径向波函数，它是离核距离r的函数，只与n和l 两个量子数有关。,Yl,m(，)函数又称为波函数的角度部分或角度波函数，它是方位角和的函数，只与l 和m两个量子数有关。,2019年5月17日9时56分,表 9-2 氢原子的一些波函数及其能量,2019年5月17日9时56分,1.原子轨道（波函数）角度分布图,即Y值在任意方位角为常数，因而S轨道的角度分布图是一球面。,2019年5月17日9时56分,以2pz为例 Ypz = 3/4 cos,2）p 轨道角度分布图,表示Y 值形成的两个波瓣是沿 z 轴的方向伸展的； 在xy 平面上的Y值为零； 这个平面称为节面(nodal plane),即函数值为零的平面； 正负号没有“电性”的意思，表示曲面上Y 值的正负 (计算而来) 。,2019年5月17日9时56分,p 轨道角度分布图示意图,按同样的方法, 可以绘制其它轨道的角度分布函数的图形:,Pz,Px,Py,d 轨道角度分布图示意图（略）,2019年5月17日9时56分,s、p、d 轨道电子云的角度分布图（截面图），简称Y2图。它是Y2l，m(，) 对，作的图。,3）s、p、d 轨道电子云的角度分布图,注意: Y2图只表示在空间不同方位角电子出现的概率密度的变化 情况，不表示电子出现的概率密度与距离的关系。,s 轨道,p 轨道,d 轨道,2019年5月17日9时56分,电子云的角度分布 原子轨道的角度分布,区别: (1) Y2 图“瘦”，因为Y1，平方后就更小； (2) Y2图均是正值。无正负号之分。,2019年5月17日9时56分,概念回忆： 概率 = 概率密度体积 薄球壳夹层的表面积为4r2 薄球壳夹层的体积为dv = 4r2 dr 所以， 概率 = |2 4r2dr = R2n ,l (r) 4r2dr = D(r) dr,用D(r) 对 r 作图, 考察单位球壳内的几率 D(r)随r的变化径向分布图,2019年5月17日9时56分,三、原子轨道的径向分布图 (radial distribution function),D(r)= 4r2 R2 (r) D(r) 称为径向分布函数,D(r) 的意义： 电子在一个以原子核为中心,半径为 r，微单位厚度为dr 的同心圆薄球壳夹层(其体积为dv)内出现的概率。 反映了氢原子核外电子出现的概率与距离 r 的关系。,球形薄球壳夹层示意图,以D(r) 对r 作图, 得氢原子各种状态的径向分布函数图,2019年5月17日9时56分,从径向分布函数图可以得出:,氢原子1s 电子的径向分布函数图,1. 在基态氢原子(1s轨道)中电子出现概率的极大值在r =a0 (波尔半径, a0 = 52.9 pm) 的球面上。,r = a0,2019年5月17日9时56分,因为： 概率 = 概率密度体积 （P = 2 dV）,近核的地方2大，dV小 远离核的地方2小，dV大,说明：径向分布函数的极大值与概率密度的极大值处不一致,氢原子1s电子的径向分布函数图,氢原子1s电子的概率密度分布图,2. 径向分布函数图中的峰数有 (nl ) 个,1s,氢原子各种状态的径向分布函数图,2s,3s,2p,3p,3d,节 面,径向分布函数示意图,电子处于某一电子层。,3p,3. l 相同, n 不同时, 主峰距核位置不同。,n越小, 主峰离核越近; n越大, 主峰离核越远；,2019年5月17日9时56分,钻穿效应：电子钻入内部, 靠近核的作用(使自身能量下降) l 不同的电子“钻穿”到核附近的能力不同，其大小顺序为： nsnpndnf EnsEnpEndEnf,4. n 相同, l 不同时, 第一个峰与核的距离不同。,2019年5月17日9时56分,第三节 电子组态和元素周期表,1、多电子原子中，每个电子各有其波函数i，也取决于一组量子数n、l、m。电子在各电子层中可能占据的轨道数与氢原子的相等。,2、多电子原子中，角度波函数Y (,)和氢原子的相近，故各原子轨道角度分布图与氢原子的相似。同理, 两者的Y2图也相似。,3节,3、多电子原子的能量等于处于各能级的电子能量的总和。,-基态多电子原子核外电子排布（重点掌握）,2019年5月17日9时56分,一、多电子原子的能级,对于氢原子和类氢原子中电子的能量：,对于核电荷数为Z 的多电子原子, 某电子i 的能量：,屏蔽作用,2019年5月17日9时56分,2019年5月17日9时56分,屏蔽作用：在原子中, 其它电子对某电子i 的遮挡作用. 屏蔽常数(screening constant)：表示其余电子所抵消的核电荷数。 有效核电荷 (effective nuclear charge, Z)：抵消后的核电荷。 Z Z,1、屏蔽作用 (或屏蔽效应，screening effect ),2019年5月17日9时56分,影响的因素： 不同状态的电子对电子i 的屏蔽作用的强弱不同: 1. 外层电子对内层电子的屏蔽作用可以忽略：0； 2. 内层电子对外层电子有屏蔽作用： n1 层电子对n 层电子，0.85； 更内层的电子对外层电子，1.00； 3. 同层电子之间的屏蔽作用比内层电子的屏蔽作用弱, 0.35； 1s 之间0.30,2019年5月17日9时56分,Z 愈大，相同轨道的能量愈低；如基态氟原子1s电子(Z=9)的能量比基态氢原子1s电子(Z=1)的能量低 n 愈大，能量愈高；,多电子原子电子的能量和 Z、n、有关。,说明,屏蔽效应越大, 受屏蔽的电子的能量越高。,2019年5月17日9时56分,l 相同，n 不同时，n越大，电子层数越多，外层电子受到的屏蔽作用，轨道能级愈高：,注意：氢原子只有一个电子，无屏蔽作用，其激发态能量与l 无关。,E1s E2s E3s E2p E3p E4p ,结 论,2019年5月17日9时56分,2. 钻穿效应(钻透效应),意义: 电子钻入内部, 靠近核的作用(使自身能量下降),对于多电子原子体系, 能量高低由什么因素决定?,结论：l 不同的电子“钻穿”到核附近的能力不同，其大小顺 序为： nsnpndnf EnsEnpEndEnf,n 相同 l 不同时，l 愈小的电子，其钻穿能力愈强，离核愈近，受到的屏蔽作用愈弱，能量就愈低：,钻穿效应,Ens Enp End Enf,l 相同，n 不同时，n 愈大的电子受到的屏蔽作用愈强，能量愈高：,Ens E (n+1)s E (n+2)s ,Enp E (n+1)p E(n+2)p ,End E (n+1)d E(n+2)d ,n 、l 都不同时，情况较复杂。 比如3d和4s，会出现n小的反而能量高的现象，E4sE3d。,能级交错,屏蔽作用,对于多电子原子体系, 能量高低由 n 和 l 同时决定:,2019年5月17日9时56分,3. 原子轨道近似能级图,美国著名结构化学家 Pauling(鲍林), 经过计算, 将能量相近的原子轨道组合, 形成7个能级组.,第一组 1s 第二组 2s 2p 第三组 3s 3p 第四组 4s 3d 4p 第五组 5s 4d 5p 第六组 6s 4f 5d 6p 第七组 7s 5f 6d 7p,特点: (1) 能级能量由低到高. (2) 组与组之间的能量差大, 同组内各轨道之间能量差小. (3)第一能级组, 只有1s一个轨道, 其余均为两个以上, 且以ns 开始, 以np结束. (4) 能级组与元素的周期相对应.,重点掌握,Pauling 原子轨道近似能级图,五重简并轨道,三重简并轨道,n=1, l=0, m=0,n=2, l=0, m=0,n=2, l=1, m=0 n=2, l=1, m= +1 n=2, l=1, m= -1,能级祖,(小圆表示一个轨道）,2019年5月17日9时56分,我国著名化学家徐光宪根据光谱数据，提出了基态多电子原子轨道的能级高低的定量依据，即 n+0.7 l 近似规则： （n+0.7 l ）值越大，轨道能级越高。,该能级组顺序与鲍林能级顺序吻合。,徐光宪公式:,2019年5月17日9时56分,理解,上节课主要内容：, n,l,m (r,),量子数 n, l, m, s 的取值和物理意义 基态原子核外电子排布表示： （n，l，m，+） or （n，l，m, -) 或 n，l，m，+ or n，l，m，- 或 1s 2p 3d .,掌握,原子轨道的图形径向和角度分布图,理解 特点,基态多电子原子核外电子排布 屏蔽作用、钻穿作用、能级交错现象 轨道近似能级图,2019年5月17日9时56分,E1s E2s E2pE3s E3p E4sE3dE4p,7s 6d 5f 7p 6s 5d 4f 6p 5s 4d 5p 4s 3d 4p 3s 3p 2s 2p 1s,Pauling 的近似能级(多电子原子的能级),(1s) (2s 2p) (3s 3p) (4s 3d 4p).,掌握,2019年5月17日9时56分,Pauli 不相容原理 (exclusion principle) 2. 能量最低原理又称构造原理（building-up principle或Aufbau principle） 3. Hund规则（Hunds rule）,二、原子的电子组态 (electronic configuration),-多电子原子核外的电子排布,遵守三条规律：,2019年5月17日9时56分,说明： 一个原子中不允许有两个电子处于完全相同的状态。,一个原子轨道上最多容纳两个自旋方向相反的电子。,在同一个原子中不可能有四个量子数完全相同的 2个电子同时存在,1. Pauli 不相容原理 (exclusion principle),如Ca原子4s轨道可容纳,（4,0,0,1/2) (4,0,0,-1/2）两个电子,2019年5月17日9时56分,2. 能量最低原理,基态多电子原子核外电子排布时，总是先占据能量最低的轨道，当低能量轨道占满后，才排入高能量的轨道，以使整个原子能量最低。,电子在原子轨道上的排布，必须使整个原子的能量最低：,例1：H ： 1s1； He ：1s2； Li ： 1s22s1,19K： 1s22s22p63s23p64s1,电子排布式,2019年5月17日9时56分,3. Hund规则,如：基态碳原子，,6C 轨道式,电子在能量相同的轨道（即简并轨道）上排布时，将尽可能分占等价轨道，且自旋相同。,电子成对能：使两个电子在一个轨道上成对，就要克服相互 间的斥力，吸收额外的能量。,每一电子亚层最多容纳的电子数为：s2、p6、d10、f14,每一电子层最多能容纳的电子数为原子轨道的2倍，即2n2,电子排布式： 1s22s22p63s23p2,2s,7N 轨道式,8O 轨道式,9F 轨道式,电子排布式,11Na 1s2 2s2 2p6 3s1,7N 1s2 2s2 2p3,8O 1s2 2s2 2p4,9F 1s2 2s2 2p5,1s,2p,2s,1s,2p,2s,1s,2p,11Na 轨道式,掌 握,3s,例如：22Ti 1s22s22p63s23p63d24s2 26Fe 1s22s22p63s23p63d64s2,又如： 24Cr 1s22s22p63s23p63d44s2 实验测定 1s22s22p63s23p63d54s1,?,洪特规则特例： 全充满 ：S2, p6, d10, f14 半充满 ：S1, p3, d5, f7 全 空 ： S0, p0, d0, f 0,注意：填入按能级顺序；书写按电子层顺序,价层电子,注意,29Cu 1s22s22p63s23p63d94s2 实验测定 1s22s22p63s23p63d104s1,2019年5月17日9时56分,电子排布的书写（重点掌握）：, 26Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 26Fe Ar 3d64s2,(3) 可用原子芯 (atomic kernel, 稀有气体元素符号） 简写电子排布式。,(1) 按电子层的顺序写(1s)(2s,2p)(3s,3p)(4s,3d,4p) 。,(2) 一般地按照三原理书写。个别例外的以实验为依据。,例：, 47Ag 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1 47Ag Kr 4d105s1,价（层）电子,2019年5月17日9时56分,前36号元素的电子排布,（4）离子的电子排布式，是在基态原子的电子排布式基础上加上(负离子)或失去(正离子)电子 。,例如：Fe : Ar3d64s Fe2+: Ar3d64s0 (失去4s上2个电子) Fe3+: Ar3d54s0 (失去4s上2个电子和3d上1个电子),注意：失去电子时，先失去最外电子层（价电子）上的电子。,2019年5月17日9时56分,鲍林近似能级图,2019年5月17日9时56分,三、元素周期表,原子核外电子组态的周期性变化是元素周期律的本质 元素周期表是周期律的表现形式,2019年5月17日9时56分,2. 每个周期所含元素的数目与能级组最多能容纳的电子数相同。2，8，18，36,1. 每建立一个新电子层就形成一个新周期。 原子的电子层数 = 该元素所属的周期数 如,26Fe Ar 3d64s2 ； 47Ag Kr 4d105s1,(一) 能级组与周期的关系,2019年5月17日9时56分,主族(A)：AA, 内层电子全充满，最后一个电子填入ns或np亚层。 价层电子数 = 所属族数 = 最外层电子数 如，35BrAr4s24p5,零族: 是稀有气体，最外层已填满，是稳定结构。,副族(B)：B B，均为金属元素。最后一个电子填入(n1) d 或 (n2)f 亚层。也称过渡元素, 其中镧系和锕系又称内过渡元素。,(二)价层电子组态与族 周期表中把性质相似的归为一族(竖行)。分主族和副族，是根据相似的电子组态划分的。,2019年