第六章 原子结构和元素周期表.ppt

原子结构和元素周期律 第一节人类对原子的认识第二节核外电子的运动状态第三节元素周期律 第二节核外电子的运动状态 1 1核外电子运动的特点1 2核外电子运动状态的描述1 3电子运动特点小结1 4核外电子的排布 1 1核外电子的运动特点 1 具有波粒二象性 2 电子能量量子化 3 测不准原理 微观粒子的波粒二象性 德布罗意预言 电子具有波粒二象性 h mv h p波动性和微粒性由h联系起来电子衍射实验验证了电子具有波动性 1 1 1核外电子的运动特点 1 具有波粒二象性 2 电子能量量子化 3 测不准原理 电子能量量子化 玻尔理论核外电子运动取一定的轨道 此轨道上运动的电子不放出 也不吸收能量 在一定轨道运动的电子具有一定的能量 这能量只能取某些由量子化决定的正整数值 E 13 6 n2ev 能量量子化 玻尔假设成功地解释了氢原子光谱 但不能解释多电子原子的光谱 2 1 1核外电子的运动特点 1 具有波粒二象性 2 电子能量量子化 3 测不准原理 测不准原理 x p hx为微观粒子在空间某一方向位置坐标 x为了确定粒子位置时的不准量 p为了确定粒子动量时的不准量即不能同时测的其位置和动量的准确量 3 第二节核外电子的运动状态 1 1核外电子运动的特点1 2核外电子运动状态的描述1 3电子运动特点小结1 4核外电子的排布 1 3电子运动特点小结 在微观世界中 核外电子运动的能量是不连续的 分为不同的能级 而电子的运动状态是由四个量子数来确定的 在量子力学中 微观粒子具有波粒二象性 不能同时有确定的位置和动量 电子空间运动状态需要用波函数来描述 一定的波函数描述电子一定的运动状态 原子轨道是指电子一定的空间运动状态 谢谢 再见 1 2核外电子运动状态的描述 四个量子数主量子数n 12345 角量子数l 123 磁量子数m i 0 I 1 主量子数用它来描述原子中电子出现几率最大区域离核的远近 或者说它决定电子层数 电子层数 1234567光谱符号 KLMNOPQ意义 是决定电子能量高低的重要因素 如果原子轨道或电子云的形状相同 则 值越大电子能量越高 2 角量子数 它表示原子轨道或电子云的L 0对应的S轨道为球形 L 1对应的P轨道为哑铃形 L 2对应的d轨道为花瓣形 L只能取小于n的正整数 如n 3 L 0 1 2 意义 如果用主量子数N表示电子层数 则角量子数表示同一电子层数中具有不同状态的分层 多电子原子的能量决定于N和L 3 磁量子数 M决定角动量在空间的给定方向上的分量的大小 既决定原子轨道或电子云在空间的伸展方向 M取0 1 1 2 2 l l 共取2L 1个值 磁量子数与能量无关 将同一角量子数中的2L 1个轨道称为简并轨道或等价轨道 4 自旋量子数 它决定电子自身旋转的方向 正 逆时针方向 三个量子数 n l m 可以描述核外电子的空间运动状态 四个量子数 n l m ms 可以描述核外电子的完整运动状态 对于每一固定的层 轨道可能数为n2状态数为2n2 氢原子光谱和玻尔理论 连续光谱 由数条波长连续变化的光波组成不连续光谱 由数条波长不连续变化的光波组成氢原子光谱为不连续光谱氢原子光谱各区域的谱线频率公式 R 1 n12 1 n22 n1 n2为正整数n1 n2R 3 289 10 5S 1 2 1多电子原子的能级2 2核外电子排布的原则2 3原子的电子层结构和元素周期系 鲍林近似能级图 图中的能级顺序是按价电子层 填入电子时是按各能级能量的相对高低排列的 它是按原子轨道的能量高低顺序排列的 而不是按原子离核远近顺序排列的 每一个小圆圈代表一个原子轨道 角量子数 L 相同的能级 能量次序由主量子数 N 决定 N越大 能量越高 N相同 而L不同的能级 其能量随L的增大而升高 N和L同时变动时 较为复杂 可能出现 能级交错现象 如 此现象可用 屏蔽效应 和 钻穿效应 解释 屏蔽效应 由于其它电子对某一电子的排斥作用抵销了一部分核电荷 从而使有效核电荷降低 削弱了核电荷对该电子的吸引 此作用称为屏蔽作用 此作用产生的效果为屏蔽效应 斯莱特法则 1 分组 1S 2S 2P 3S 3P 3d 4S 4P 4d 4f 5S 5P 余此类推 2 规定 a 外层电子对内层电子无屏蔽作用 b 同组中 0 35 但1s组中 0 30c s或p轨道电子 其 n 1 层 每个电子的 0 85 更内层中每个电子 1 00d d或f轨道电子 它左边各组中每个电子的屏蔽常数 1 00 例 求k原子的3d和4s的电子能量 解 钾原子的电子排布情况为1s22s22p63s23p64s1 3d1 4s1 8 0 85 10 1 00 16 8 13 6 16 19 16 8 2 4 11 ev 3d1 18 1 00 18 ev E 13 6 9 19 18 2 1 51 ev 钻穿效应 选定电子有效回避其它电子屏蔽的能力称为钻穿效应 钻穿效应越强 E越低 2 2核外电子排布的原则 1 能量最低原理 电子处于基态时 核外电子总是尽可能分布到能量最低的轨道 2 保里不相容原理 再同一原子中没有四个量子数完全对应相同的电子 或者说在同一个原子中没有运动状态完全相同的电子 3 洪特规则 电子分布到能量相同的等价轨道时 总是先以自旋相反的方向 单独占据能量相同的轨道 洪特规则指出 等价轨道全充满或半充满或全空的状态是比较稳定的状态 其中以碳原子为特例 N 1 N 2 1S 2S 2P 原子结构与元素周期表的关系 元素性质呈现周期性的内在原因 因为元素的化学性质 主要取决于它的最外电子层的构型 而最外电子层的构型 又是由核电荷数和核外电子排布规路决定的 因此 元素周期路 正是原子内部结构周期性变化的反应 元素性质的周期性来源于原子电子层构型的周期性 原子的电子层构型和周期的划分 周期数 元素的核外电子填充的最大主量子数 原子的电子构型和族的划分 主族的族数 最外层电子数最高氧化数 化合价 最外层电子数其它副族族数 价电子数 例 已知某元素的原子序数是