4-物质结构基础-上

1、材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry物质结构基础物质结构基础材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry 诗人们总说，科学家看不见星星的美丽星星在科学家眼里仅仅是一堆聚集的气体原子。没有什么是“仅仅是”。我能看见沙漠夜空里的星星，也能感觉到他们。但是我是不是看见耳朵比别人少，或者多些？广袤的太空激起了我的幻想盯着这个旋转的苍穹，我用我的小眼睛能够捕捉10

2、0万年以前的光线宇宙比以前任何一个艺术家所能想象到的都要奇妙的多 请允许我说明我讲这门课的主要目的。我的目的不是教你们如何应付考试，甚至不是让你们掌握这些知识，以便更好的为今后的你们面临的工作服务。我最希望的是你们能够欣赏到这个世界的美妙你们学会的不仅仅是如何欣赏这种文化，甚至也愿意参加到这个人类思想诞生以来最伟大的探索中来。理查德费曼材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry黑白二色，代表阴阳两方，天地两部；黑白两方的的界限就是划分天地阴阳界的人部。白中黑点表示阳中有阴，黑

3、方白点表示阴中有阳。 4.1 物质结构理论发展简介 公元前四世纪，古希腊德谟克利特提出朴素的原子论，亚里士多德提出四元素土、气、水、火说；后来增加了第五元素“以太” 古代印度提出五元素水、地、火、风、空材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry原子-分子论经典原子模型玻尔氢原子模型量子力学1803-1811年1900-1911年道尔顿-阿佛迦德罗卢瑟福量子论海森伯，薛定谔，普朗克 1661年，英国的波义耳在怀疑派化学家书中给元素下了科学的定义 1789年，法国的拉瓦锡发表普通

4、化学原理与牛顿的自然哲学的数学原理齐名1913年1925-1926年材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry1927年第五届索尔维会议参加者合照年第五届索尔维会议参加者合照材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical

5、Chemistry 1900年，英国物理学家开尔文在赞美19世纪物理学成就的同时，指出：“在物理学晴朗天空的远处，还有两朵小小的、令人不安的乌云。”这两朵乌云，指的是当时物理学无法解释的两个实验，一个是黑体辐射实验，另一个是迈克耳孙莫雷实验。正是这两朵乌云导致了量子论与相对论量子论与相对论的诞生。 电子的发现,打破了原子不可分的传统观念,开辟了原子研究的崭新领域;放射性的发现,导致了放射学的研究,为原子核物理学作好必要的准备;黑体辐射的研究导致了普朗克黑体辐射定律的发现.由此提出了能量子假说关键是采用了玻尔兹曼的几率概念和统计方法1905年,爱因斯坦针对经典理论解释光电效应所遇到的困难,提出了

6、一个崭新的观点-光量子假说.上帝在掷骰子吗？普朗克和爱因斯坦的工作在物理学史上有其重要的地位,但使量子理论产生深远影响的是玻尔解决了光谱问题还有德布罗意（物质波）、薛定谔（波动力学）、海森堡（矩阵力学）、狄拉克（相对论量子力学和量子场论）材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry自然界的电磁辐射 射射线线X|射射线线真真空空紫紫外外近近紫紫外外可可见见光光近近红红外外基基本本红红外外远远红红外外微微波波无无线线电电波波0.01-1010-200200-400400-80080

7、0-25002500-50005000-300003E4-5E45E4-3E7波长（波长（nm）连续光谱连续光谱材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry氢原子光谱氢原子光谱18sm10998. 2 cc光光速速 /nmH3 .65657. 4H1 .48607. 6H0 .43491. 6H2 .41031. 71 /s)10 (14 材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytica

8、l ChemistryFe在电弧中发光显影光源 狭缝 光栅 照相 谱图 波长标尺波长标尺 无论何时、何地，测得的谱线位置和强度完全吻合！无论何时、何地，测得的谱线位置和强度完全吻合！材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry1. 玻尔玻尔理论理论 1) 核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上运动，且不辐能量。2) 通常，电子处在离核最近的轨道上，能量最低基态;原子得到能量后,电子被激发到高能轨道上，原子处于激发态。3) 从激发态回到基态释放光能 ，光的频率取决于轨道间的能量差

9、。 玻尔理论的局限：玻尔理论的局限：1) 多电子原子光谱多电子原子光谱 2)氢原子的精细光谱氢原子的精细光谱材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry 1. 微观粒子的三种基本属性 E2 - E1 = E = h h 普朗克常数（6.62610 -34 J S）基态基态激发态激发态定态定态能量最低能量最低 最稳定最稳定能量较高能量较高 不太稳定不太稳定E = 2.1810-18 / n2n 主量子数主量子数 1913年，丹麦物理学家年，丹麦物理学家 NBohr 提出氢原子结构

10、模型提出氢原子结构模型:1234（1）量子化）量子化氢光谱氢光谱材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry1924年，法国物理学家德布罗意(louis de broglie)受光的波粒二象性的启发，提出微观粒子也具有波粒二象性。 （2）微观粒子的波粒二象性）微观粒子的波粒二象性德布罗意关系式：德布罗意关系式： = hmv 粒子性粒子性: 实物粒子实物粒子波动性波动性: 1927年年, 电子衍射实验电子衍射实验材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一

11、页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry戴维逊和汤姆逊戴维逊和汤姆逊波粒二象性是微观粒子运动的基本属性波粒二象性是微观粒子运动的基本属性电子发射器电子发射器晶体镍晶体镍照相底片照相底片几率波几率波说明：此性质同样适用于宏观世界，只是因为宏观物质的质量太大，其波长太小，无实际意义。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry 粒子在客观上不能同时具有确定的坐标位置及相应的动量。测不准原理来源于微观粒子的波粒二象性，是微观粒子的

12、基本属性测不准原理来源于微观粒子的波粒二象性，是微观粒子的基本属性，所谓的，所谓的测不准与测量仪器的精度无关测不准与测量仪器的精度无关。 （3）测不准原理）测不准原理 (the Uncertainty principle) 由 量子力学创始人 海森堡 （Heisenberg）1927年提出的。测不准原理测不准原理 现也通常被称作不确定关系。现也通常被称作不确定关系。hpx 速度的不准量速度的不准量动量的不准量动量的不准量位置的不准量位置的不准量常量常量:vpxPlanckh vmhx 材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic

13、& Analytical Chemistry测不准原理是基于微观世界的量子学说得到的。也同样适用于宏观世界，是普适的客观规律。在现实中也是遵循测不准原理的，只是可以忽略不计而已。如：一颗子弹射击出去，他的靶点不是固定在一个点上，而是在一个范围内（约10-7米的一个范围内），在这个范围内，是不能确定。因为现实世界中，物体都比较大，速度也慢，所以测不准原理基本是没有什么用的，因为测不准范围很小。只有微观世界才有用。与相对论和波粒二象性类似在现实世界中其效应可以忽略不计，采用经典物理学计算的结果和精度足以满足我们的需要，而且非常简单方便。说说 明明材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院

14、 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry2. 波函数与原子轨道说明：本节不讨论薛定谔方程的求解过程，只是对解薛定谔方程中引入的三个量子数（ n, l , m）的意义作必要的探讨。1926年，奥地利物理学家薛定谔年，奥地利物理学家薛定谔(E.schroding)提出了氢原子提出了氢原子体系的电子运动方程：体系的电子运动方程： 物理意义：物理意义：描述原子中电子运动状态的数学函数式，描述原子中电子运动状态的数学函数式， 又称为又称为原子轨道原子轨道。通常用。通常用(x , y , z)表示。表示。（原子轨道）（原子轨道）

15、 波函数波函数0)VE(hm8zyx22222222 x,y,z ：空间坐标，：空间坐标，E：体系的总能量，：体系的总能量，V：势能：势能材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry说 明1) 波函数波函数是描述核外电子运动状态的数学函数式。是描述核外电子运动状态的数学函数式。2) 波函数通常也叫原子轨道。原子在不同条件（波函数通常也叫原子轨道。原子在不同条件（n，l，m）下的波函数叫做不同的原子轨道，通常用）下的波函数叫做不同的原子轨道，通常用s，p，d，f等符号依次表示等符

16、号依次表示l0，1，2，3的轨道的轨道3) 波函数波函数描述了核外电子可能出现的一个空间区描述了核外电子可能出现的一个空间区域（原子轨道），不是经典力学中描述的某种确域（原子轨道），不是经典力学中描述的某种确定的几何轨迹。定的几何轨迹。4) 没有明确的物理意义，但没有明确的物理意义，但 | |2 表示空间某处单表示空间某处单位体积内电子出现的几率（几率密度）。位体积内电子出现的几率（几率密度）。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry3. 量子数无外加磁场时，n、l 相同的

17、原子轨道能量相同。称为等价轨道，如 (2 ,1 ,0) , (2 ,1 ,1) , (2 ,1 , -1) 主量子数主量子数 角量子数角量子数磁磁量子数量子数n= 1 ，2，3，. . . . . l= 0 ，1 ，2 ， n-1 m = 0，1，2， l (n，l，m)表示一个原子轨道表示一个原子轨道0a/ r30ea/1)0 , 0 , 1 ( n, l, m 三个量子数是薛定谔方程有合理解的必要条件。三个量子数是薛定谔方程有合理解的必要条件。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Ch

18、emistry 22（4） 32（9） 42（16）总数总数n21 K2 L3 M4 N5 O6 P7 Qnml00010120123sspspdspdf00,100,10,100,1, 20,1, 2,30,1,2(1.0.0)(2.0.0)轨道数轨道数 名称名称1s2s3s4s2p3p4p3d4d4f131113 557312 l +1氢氢原原子子轨轨道道与与三三个个量量子子数数的的关关系系材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry( n , l , m , ms )可全

19、面描述核外电子的运动状态主量子数主量子数(n)：代表电子离核的平均距离。代表电子离核的平均距离。电子层电子层角量子数角量子数 (l ) ： 反映原子轨道的形状。反映原子轨道的形状。电子亚层电子亚层0s1p2d3f磁磁量子数量子数 (m)： 反映原子轨道的空间取向。反映原子轨道的空间取向。 自旋量子数自旋量子数 (ms)：表征电子的自旋状态，取值：表征电子的自旋状态，取值：量子数的物理意义量子数的物理意义21 通常用：通常用：“ ”或或“ ”表示。表示。Electron spin visualized材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Ino

20、rganic & Analytical Chemistry4 电子云 反映电子在空间某位置上单位体积内出现的几率大小。用波函数的平方(2)来描述。电 子 云 电子云是电子在空间几率密度分布的形象化图示。通常用通常用小黑点小黑点的疏密来表示。的疏密来表示。几率密度几率密度说明：光速是极限，光子无静止质量，电子的运动速度肯定小于光速，由于电子具有波粒二象性，依据测不准原理无法如经典物理学那样准确知道电子运动的轨道，具有不确定性。但是其在某个空间出现的概率可以知道。这是确定性与不确定性的辩证统一。这种不确定性也体现在生物进化论上（后达尔文主义中心进化与自然选择）材料科学与化学工程学院材料科学

21、与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry图片显示有大约1.9万个直径超过4英寸(约10厘米)的人造物体正绕地球旋转 图片中每一个圆点表示在低地轨道运行的直径超过4英寸(约10厘米)的少量已知太空垃圾材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry(x, y, z)(r, , ) zoxy PP x = r sin cos y = r sin sin z = r cos (r, , )= R(

22、 r ) Y( , ) 径向部分径向部分 角度部分角度部分 波函数和电子云的图像可分解为两部分波函数和电子云的图像可分解为两部分: 径向分布图和角度分布图径向分布图和角度分布图 将将Y( , )或或 Y2( , )随随 、 的变化关系的变化关系 作图即得波函数或电子云的角度分布图。作图即得波函数或电子云的角度分布图。 波函数和电子云的角度分布图波函数和电子云的角度分布图材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry是角度函数是角度函数Y l, m ( , )随随 , 变化的图象。

23、变化的图象。波函数角度分布图：波函数角度分布图：s轨道：轨道：材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry波函数角度分布图: p轨道其中，浅色为其中，浅色为“”号，深色为号，深色为“”号（下面的号（下面的d轨轨道中同此）。正负号以及道中同此）。正负号以及Y的极大值空间取向将对原子的极大值空间取向将对原子之间能否成键及成键的方向性起着重要作用。之间能否成键及成键的方向性起着重要作用。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inor

24、ganic & Analytical Chemistry波函数角度分布图: d轨道材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry概率密度和电子云n电子云是几率密度（电子云是几率密度（| |2）的形象化图示。）的形象化图示。n处于不同运动状态的电子，它们的波函数不同，处于不同运动状态的电子，它们的波函数不同，| |2 表示的图象（电子云图象）也不一样。表示的图象（电子云图象）也不一样。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20

25、Inorganic & Analytical Chemistry电子云的角度分布图图中的界面是指概率大于95%以上的部分，界面之外出现的概率很小，以此人为规定了一个界面！材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry电子云电子云无无 原子轨道原子轨道有有略略“瘦瘦 ” 略略“胖胖”电子云与原子轨道的角度分布图区别电子云与原子轨道的角度分布图区别:正负正负形状形状（1）原子轨道或电子云的角度分布图不表示原子轨道或电子云的图像。都只是反映函数关系的角度部分 （2）l , m

26、相同 n 不同，表示 R( r )不同, 但 Y(, )相同。（3）原子轨道角度分布有正、负号之分（只是代表波函数中Y部分的正负相位，并不表示波函数的正负），而电子云的角度分布均为正值。注注 意意注意：注意：s电子云除外电子云除外材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry量子力学原子模型的要点量子力学原子模型的要点 由于电子具有波粒二象性，所以核外电子运动没有固定的轨道，由于电子具有波粒二象性，所以核外电子运动没有固定的轨道，但具有按几率分布的统计规律性。但具有按几率分布的统

27、计规律性。 可用薛定谔方程描述核外电子的运动。可用薛定谔方程描述核外电子的运动。波函数（波函数（）是描述核外是描述核外电子运动状态的数学表示式。方程的每一个合理的解就表示核电子运动状态的数学表示式。方程的每一个合理的解就表示核外电子运动的某一种可能的稳定状态。外电子运动的某一种可能的稳定状态。 原子轨道为波函数（原子轨道为波函数（）的空间图象。以波函数（）的空间图象。以波函数（）角度分布）角度分布的空间图象作为原子轨道角度分布的近似描述。的空间图象作为原子轨道角度分布的近似描述。 以以 |2 的空间图象的空间图象电子云来表示核外电子出现的几率密度。电子云来表示核外电子出现的几率密度。 以四个量

28、子数来确定核外每一个电子的运动状态。以四个量子数来确定核外每一个电子的运动状态。 4.2 多电子原子结构和元素周期表 原子轨道的能级 核外电子分布 核外电子分布的周期系材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry 1. 原子轨道的能级e-e- 3Li +e-何谓屏蔽效应？何谓屏蔽效应？iZZZ 有效核电荷数：有效核电荷数： 屏蔽常数屏蔽常数（1）有效核电荷数）有效核电荷数材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic

29、 & Analytical Chemistry 在多电子原子中，电子不仅在多电子原子中，电子不仅受到原子核的引力，而且还存受到原子核的引力，而且还存在着电子之间的排斥力，这种在着电子之间的排斥力，这种排斥的存在，实际上相当于减排斥的存在，实际上相当于减弱了原子核对外层电子的吸引弱了原子核对外层电子的吸引力，这种作用称为屏蔽作用或力，这种作用称为屏蔽作用或屏蔽效应。屏蔽效应。各电子层电子屏蔽作用的大小顺序为：各电子层电子屏蔽作用的大小顺序为：K L M N O P 各电子层能级相对高低的顺序为：各电子层能级相对高低的顺序为：K L M N O P 在原子中，如果屏蔽效应大，在原子中，如果

30、屏蔽效应大，就会使电子受到的原子核的吸引就会使电子受到的原子核的吸引力减少，因而电子具有的能量就力减少，因而电子具有的能量就增大。增大。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry 钻穿效应 外层电子钻到内部空间而靠近原子核的现象，外层电子钻到内部空间而靠近原子核的现象，通常称为钻穿作用。由于电子的钻穿作用的不同而通常称为钻穿作用。由于电子的钻穿作用的不同而使它的能量发生变化的现象称为钻穿效应。使它的能量发生变化的现象称为钻穿效应。 钻穿作用的大小对轨道的能量有明显的影响。电子

31、钻穿钻穿作用的大小对轨道的能量有明显的影响。电子钻穿作用越大，它受其它电子的屏蔽作用就越小，受核的吸引力作用越大，它受其它电子的屏蔽作用就越小，受核的吸引力越强，因而能量也越低。越强，因而能量也越低。E4s E3d能级交错现象能级交错现象材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry （2）核外电子分布l 氢原子的轨道能级由氢原子的轨道能级由 主量子数主量子数 n原子轨道的能级由低到高的顺序：原子轨道的能级由低到高的顺序：1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d

32、 5p 6s 4f 5dl 多电子原子轨道的能级由多电子原子轨道的能级由 主量子数主量子数 n 决定。决定。 共同决定。共同决定。和角量子数和角量子数 ll 规则与l规则(徐光宪)材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry1s2s3s4s5s6s2p3p4p5p6 (6s，4f，5d，6p)5 (5s，4d，5p)4 (4s，3d，4p)3 (3s，3p)2 (2s，2p)1 (1s)6p3d4d5d4f鲍林近似能级图鲍林近似能级图能能 级级 组组 n1 n=2 n=3 n=

33、4 n=5 n=6 n=7 周期周期 K L M N O P Q 能级组能级组 7654321能量能量1s2p2s3p3s4p3d4s5p4d5s6p5d4f6s7p6d5f7s原子轨道近似能级图原子轨道近似能级图材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry 规规 律律（1）n 相同：相同： E(s) E(p) E(d) E(f) （2） l 相同：相同： E(2p) E(3p) E(4p)（3）能级相错：）能级相错： E(4s) E(3d) 注 意（1）同一能级组）同一能级组

34、n不一定相同。不一定相同。（2）能级交错现象只出现在个别元素中。）能级交错现象只出现在个别元素中。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry 2. 核外电子分布a. 泡利不相容原理b. 能量最低原理c. 洪特规则符合符合“两原理一规则两原理一规则”:（1）原则）原则 材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry a. 泡利不相容原理 每一电子层最多所容纳的电子

35、数。 内 容： 同一个原子中没有四个量子数完全 相同的两个电子存在。 同一个原子轨道中最多只能容纳两 个电子，且自旋方向相反。 结论：轨道总数：n2 = 4 填充电子数：2n2 = 8 例如： n=2每一电子层最多所容纳的电子数为 2n2解决问题:材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry电子在不同电子层上的填充顺序依能量顺序由低到高填充。b. 能量最低原理能量最低原理电子在不同电子层上的填充顺序。电子在不同电子层上的填充顺序。内内 容容: 结 论:6C 1s22s22p2解

36、决问题解决问题:填充时尽先占领能量最低的轨道。填充时尽先占领能量最低的轨道。1s22s22p63s23p63d64s226Fe1s22s22p63s23p64s23d6内层电子内层电子外层电子外层电子3d和4s轨道能级交错决定电子填充顺序，一旦填好以后，因屏蔽效应和钻穿效应还是4s电子能量高处在最外层，在得失电子过程中也不能重新排列。注意写法！材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry 电子尽可能分占不同的轨道且自旋相同 c. 洪特规则 解决问题解决问题:电子在电子亚层上的填

37、充顺序电子在电子亚层上的填充顺序内内 容容:结结 论论:电子尽可能分占不同的轨道，且保持自旋方向相同 6C 1s22s22p2 2p2 _ _ _ _ _ _ _ _ _ 材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry全全 空空:d. 特殊情况特殊情况 半充满半充满: 全充满全充满: p0， d0， f0p3， d5， f7p6， d10，f1424Cr 1s22s22p63s23p63d54s11s22s22p63s23p63d44s2 29Cu 1s22s22p63s23p6

38、3d94s2 1s22s22p63s23p63d104s1还有几个特例P85-87中Nb、Ru、Rh、W、Pt可以用相对论效应解释，参见北大周公度的物质结构教材材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry泡利不相容泡利不相容原理原理能量最低能量最低原理原理洪特规则洪特规则电子层最多容纳电子层最多容纳电子数电子数电子层电子层填充顺序填充顺序电子亚层电子亚层填充顺序填充顺序解决解决问题问题内容内容a (n, l , m ,ms)b尽先占领尽先占领能量最低轨道能量最低轨道电子分占不同

39、电子分占不同轨道轨道,且自旋相同且自旋相同结论结论2n2低低高高注：注：个别原子核外电子的排布不服从上述规则。个别原子核外电子的排布不服从上述规则。材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry 26Fe ： 1s22s22p63s23p63d64s2内层电子内层电子外层电子外层电子 外层电子构型外层电子构型 （2）核外电子分布式）核外电子分布式主 族 元 素主 族 元 素 ns12 ns2 np16 11Na 3s1 53I 5s2 5p5过 渡 元 素过 渡 元 素(n-1)

40、d110 ns12 26Fe 3d6 4s2镧系镧系-锕系元素锕系元素(n-2)f114 ns2 59Pr 4f3 6s2原子实，价电子层（组态）材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry注意：原子失去电子成为正离子时，先失去能量最高的最外层电子。Fe 3d64s2Fe2+ 3s23p63d6 3d6 Fe3+ 3s23p63d5 3d5 注意：原子得到电子成为负离子时，所得电子分布在最外电子层上。 Cl 3s2 3p5 Cl- 3s2 3p63d和和4s轨道能级交错轨道能级

41、交错决定了电子填充顺序决定了电子填充顺序，一旦填好以后，由，一旦填好以后，由于屏蔽效应和钻穿效于屏蔽效应和钻穿效应还是应还是4s电子能量高电子能量高，处在最外层，在得，处在最外层，在得失电子过程中也不能失电子过程中也不能重新排列重新排列材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry 3、核外电子分布与周期系 （1） 电子分布与周期系关系电子分布与周期系关系a. 周期号数周期号数 = 电子层数电子层数 46Pd注意：注意：4d10 属于第属于第5周期周期元素周期律的发现使得几百年来

42、大量零散的化学知识系统化，形成一个有内在联系的统一体系，今儿使之上升为理论。很遗憾的是门捷列夫在1906年的诺贝尔化学奖候选人投票表决时，以一票之差而落选（莫瓦桑因氟元素研究获奖），1907年2月2日逝世。1955年将101号元素命名为钔以做纪念!材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry主族,B ,B: b. 族号

43、族号=最外层电子数B B :族号 = 最外层电子数 + (n-1)d电子数 (包括三列)：(n-1)d68 ns2 零 族： ns2np6材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical Chemistry A 0 A AA B B B c. 分分 区区 s区 d区 ds区 p区 ns12 (n-1)d18 ns2 (n-1)d10 ns12 ns2np16 f 区(n-2)f 114 ns 2材料科学与化学工程学院材料科学与化学工程学院 上一页上一页下一页下一页2021-12-20Inorganic & Analytical