原子轨道的空间取向自旋量子数ppt课件.ppt

Chapter1物质结构元素周期律 1 1原子结构原子核外电子排布 第一层第二层第三层第四层第五层第六层第七层KLMNOPQ 能量逐渐升高 核外电子排布规律 规律1 各电子层最多可容纳的电子数为2n2 n表示电子层序数 规律2 原子核外电子排布时 最外层不超过8个电子 次外层不超过18个 倒数第三层不超过32个 电子层KLMNO容纳最多电子数28183250 光的波粒二象性 光的波动性 光在传播过程中会产生干涉 衍射等现象 具有波的特性 光的粒子性 光在与实物作用时 表现出粒子的特性 光既具有波动性 又具有粒子性 为说明光的一切行为 只能说光具有波粒二象性 电子的波粒二象性 1923年德布罗依 deBroglie 在光的波粒二象性的启发下 大胆预言了电子也具有波粒二象性 并推导出德布罗依关系式 h P h mvh 普朗克常数 6 626 10 34J s 德布罗意L deBroglie法国物理学家获1929年Nobel物理奖 Heisenberg测不准原理 具有波粒二象性的微观粒子 不能同时测准其位置和速度 动量 如果微粒的运动位置测得愈准确 则相应的速度愈不易测准 反之亦然 海森堡WernerCarlHeisenberg1902 1972德国物理学家获1932年Nobel物理奖 式中 x表示位置测不准量 P表示动量测不准量 h为普朗克常数 6 626 10 34J s 为圆周率 m为质量 v表示速度的测不准量 Heisenberg测不准原理 电子云的概念 假想将核外一个电子每个瞬间的运动状态 进行摄影 并将这样数百万张照片重叠 得到如下的统计效果图 形象地称为电子云图 电子云没有明确的边界 在离核很远的地方 电子仍有出现的可能 但实际上在离核200 300pm以外的区域 电子出现的概率可以忽略不计 四个量子数 主量子数n 1 2 3 4 角量子数l 0 1 2 3 n 1 共n个取值 磁量子数m 0 1 2 l 共2l 1个取值 自旋量子数ms 核外电子运动状态的描述 主量子数 n 取值1 2 3 4 n为正整数 自然数 能量量子化光谱学上用K L M N 表示意义 表示电子离核平均距离远近及电子能量高低的量子数 n 1表示第一层 K层 能量最低 离核最近 n的数值大 电子距离原子核远 则具有较高的能量 主量子数 n 角量子数 l 用来描述核外电子运动所处原子轨道 或电子云 形状的 也是决定电子能量的次要因素 对于确定的主量子数n 角量子数l可以为0 1 2 3 4 n 1 共n个取值 光谱学上依次用s p d f g 表示 意义角量子数l决定原子轨道的形状 l01234 符号spdfg 角量子数 l n 4时 l 0表示s轨道 能量最低 形状为球形 即4s轨道 l 1表示p轨道 形状为哑铃形 4p轨道 l 2表示d轨道 形状为花瓣形 4d轨道 l 3表示f轨道 能量最高 形状复杂 4f轨道 磁量子数 m 描述原子轨道 或电子云 在空间伸展方向的量子数 M取值 0 1 2 3 l 共有 2l 1 个数值意义m决定原子轨道的空间取向Eg 若l 3 则m 0 1 2 3共7个值 磁量子数 m 当l 0时 m 0 即s亚层只有一个伸展方向 当l 1时 m 1 0 1 即p亚层有3个伸展方向 分别沿直角坐标系的x y z轴方向伸展 依次称为px py pz 当l 1时 m 2 1 0 1 1 2 即d亚层有5个伸展方向 依次称为dxy dyz dxz dx2 y2 dz2 依此类推 轨道f亚层有7个伸展方向 原子轨道的空间取向 自旋量子数 ms 描述电子自旋方式的量子数 用ms表 ms称为自旋量子数 取值只有两个 和 电子的自旋方式只有两种 通常用 和 表示顺时针 逆时针 填充允许的量子数 n 2l m 1ms 1 2n 2l 1m ms 1 2n 3l 0m ms 1 2n l 2m 0ms 1 2n 2l m 1ms 1 2n 4l m 0ms 1 2n 4l 2m ms 1 2 10 103100 1 2 n 2 l 1 m 0n 2 l 2 m 1n 3 l 0 m 0n 3 l 1 m 1n 2 l 0 m 1n 2 l 3 m 2 合理l 1合理合理m 0或l 1l 0 1 m 0 1或n 3 请找出不合理的量子数 填表 近似能级图 近似能级图是按原子轨道的能量高低顺序排列的 能量相近的划为一组 成为能级组 共七个能级组 能级组的存在 是周期表中化学元素可划分为各个周期及每个周期应有元素数目的根本原因 对于4 5 6 7能级组 在一个能级中包含不同电子层的能级现象称为能级交错 多电子原子中的能级图 能级交错现象 l相同 n越大 能量越高Eg E1s E2s E3s E4s E2p E3p E4p E5p n相同 l越大 能量越高同一主层中各亚层能级产生差别的现象叫做能级分裂 Eg E2s E2p Ens Enp Endn l都不同 比较原子能量使用 n 0 7l n 0 7l 越小 能量越低 比较离子能量使用 n 0 4l 近似能级图 能级交错 指电子层数较大的某些轨道的能量反而低于电子层数较小的某些轨道能量的现象 Eg 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 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 近似能级图 n 1 2 3 4 5 6 7电子层KLMNOPQ 屏蔽效应 因电子之间的相互排斥而使核对外层电子的吸引被减弱的作用称为屏蔽效应 或屏蔽作用 多电子原子中 电子运动的能量用 中心势场模型 近似处理 每个电子都在核和其余电子所构成的平均势场中运动 其余电子对该选定的电子的排斥作用看作相当于 个电子电荷是从原子中心产生的 相当于核电荷数减少了 个z z z 有效核电荷 z 核电荷数 屏蔽常数屏蔽常数与其余电子的多少及它们所处轨道 以及选定电子所在轨道有关 内层电子对外层电子的屏蔽作用较大 外层电子对较内层电子近似看作不屏蔽 0 n越小 屏蔽作用越大K L M N 1 同一轨道组的电子之间 0 35 1s组为0 30 2 被屏蔽电子为ns np时 n 1 轨道组的每个电子的 0 85 小于 n 1 轨道组的每个电子的 1 00 被屏蔽电子为nd nf时位于它左边的各轨道组的每个电子的 1 00 屏蔽效应 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 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 钻穿能力 ns np nd nf能级分裂结果 Ens Enp End Enf 钻穿效应 钻穿效应 钻穿效应 3s 3p 3d 核外电子排布原理 能量最低原理 泡利不相容原理 洪特规则 能量最低原理 按照近似能级图 核外电子总是尽先排布在能量最低的轨道上 当能量最低的轨道排满后 电子才依次排布在能量较高的轨道上 电子先填充能量低的轨道 后填充能量高的轨道 尽可能保持体系的能量最低 E1s E2s E3s E4sE3s E3p E3d 能量最低原理 n 1 2 3 4 5 6 7电子层KLMNOPQ 在一个原子中 不可能存在四个量子数完全相同的两个电子 一个原子轨道最多只能容纳两个电子 而且这两个电子的自旋方式必须相反 电子层的最大容量 2n2 泡利WolfgangPauli1900 1958奥地利裔美国物理学家获1945年Nobel物理奖 泡利不相容原理 电子在能量相同的轨道上分布时 总是尽可能以自旋相同的方向分占不同的轨道 洪特FriderichHermannHund1896 1997德国物理学家 洪特规则 电子分布到能量相同的等价 简并 即n相同 轨道时 总是尽先以自旋相同 自旋平行 的方向 单独占据能量相同的轨道 即总是以自旋相同的方式分占尽可能多的轨道 各轨道保持一致 则体系的能量低 洪特规则 6C 1s22s22p2 7N 1s22s22p3 作为Hund规则的特例 简并轨道在全充满 p6 d10 f14 半充满 p3 d5 f7 和全空 p0 d0 f0 时是比较稳定的 重要的特例 洪特规则补充 基态原子的电子排布 能级交错现象 电子进入轨道的能级顺序1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p电子由最低能量的1s轨道依次填入 每个轨道最多只能填入2个电子 元素电子填到最后能级组注意洪特规则特例主量子数相同的按角量子数大小顺序书写 1s22s22p63s23p63d54s1 主量子数整理 1s22s22p63s23p64s13d5 由洪特规则特例 1s22s22p63s23p64s23d4 能量最低排布 24Cr 核外电子排布表达方式 Eg 1分别写出原子序数为13 19 27 33元素的原子的电子排布式 Al 1s22s22p63s23p1K 1s22s22p63s23p64s1Co 1s22s22p63s23p63d74s2As 1s22s22p63s23p63d104s24p3 Eg 2以 1 为例 完成下列 2 至 6 题 1 Na z 11 1s22s22p63s1 2 1s22s22p63s23p3 3 Ca z 20 4 z 24 3d54s1 5 Ar 3d104s1 P z 15 Ar 1s22s22p63s23p64s2 Cr Cu z 29 判断题 对于Sc来说 下列哪一个电子排布正确 1s22s22p63s23p64s21s22s22p63s23p64s23d11s22s22p63s23p63d11s22s22p63s23p64s3以上均不正确 综合题 已知某元素在