第2章原子结构

1、第二章 原子结构分子：分子：原子：原子：离子：离子： 构成物质的基本微粒构成物质的基本微粒: : 保持物质化学性质的最小微粒。保持物质化学性质的最小微粒。化学变化中的最小微粒。化学变化中的最小微粒。带电荷的微粒。分为阳离子，阴离子。带电荷的微粒。分为阳离子，阴离子。知识回顾知识回顾 一、原子的组成一、原子的组成: : 原子核原子核核外电子核外电子质子质子中子中子元素种类元素种类原子原子( (核素核素) )种类种类元素的化学性质元素的化学性质决定决定决定决定决定决定第一节 原子的组成AZ原子( X)AZX:代表一个质量数为代表一个质量数为A A，质子数为，质子数为Z Z的原子。的原子。* *质量

2、数（质量数（A A）质子数（）质子数（Z Z）中子数（）中子数（N N） 质子数质子数= =核电荷数核电荷数= =核外电子数核外电子数= =原子序数原子序数元素和原子序数l元素：原子核里核电荷数（即质子数）相同的一类原子的总称。l原子序数：将元素按该核电荷数（即质子数）由小到大排列成序，形成的序号称为该原子的原子序数。二、同位素l相同质子数，不同中子数的一类原子的总称。l碳C元素的同位素：l平均原子量：具有同位素的原子量是按照各种天然同位素原子所占的百分比计算出来的平均值，称为平均原子量。l平均原子量=）%*x（XAC126C136C146第二节 核外电子的运动状态核外电子运动的特征l电子云模

3、型电子云模型（现代物质结构学说）（现代物质结构学说）l 现代科学家们在实验中发现，电子在原子核周现代科学家们在实验中发现，电子在原子核周围有的区域出现的次数多，有的区域出现的次围有的区域出现的次数多，有的区域出现的次数少，就像数少，就像“云雾云雾”笼罩在原子核周围。因而笼罩在原子核周围。因而提出了提出了“电子云模型电子云模型”。l 电子云密度大的地方，表明电子在核外单位体电子云密度大的地方，表明电子在核外单位体积内出现的机会多，反之，出现的机会少。积内出现的机会多，反之，出现的机会少。 电子云与原子轨道思考思考: : 宏观物体与微观物体（电子）的运动宏观物体与微观物体（电子）的运动有什么区别有

4、什么区别? ?宏观物体的运动特征：宏观物体的运动特征：l可以准确地测出它们在某一时刻所处可以准确地测出它们在某一时刻所处的位置及运行的速度；的位置及运行的速度；l可以描画它们的运动轨迹。可以描画它们的运动轨迹。微观物体的运动特征电子的质量很小，只有9.1110-31kg核外电子的运动范围很小（相对于宏观物体而言）；电子的运动速度很大；电子云与原子轨道 电子在核外空间的一定运动范围叫做一个原子轨道； 一个原子轨道最多容纳两个两个电子。电子云与原子轨道图中图中 表示原子核，一个小黑点代表表示原子核，一个小黑点代表电子在这里出现过一次电子在这里出现过一次小黑点的小黑点的疏密疏密表示电子在表示电子在核

5、外空间单核外空间单位体积内位体积内出现的出现的概率概率的大小。的大小。电子云现代物质结构学说课后作业l1、描述一个原子的组成及各组分之间的关系。l2、比较质量数和平均原子量。电子层数电子层数 1 2 3 4 5 6 7电子层符号电子层符号 K L M N O P Q电子能量电子能量 低低 高高离核距离离核距离 近近 远远1、主量子数主量子数n（电子层）（电子层）描述核外电子运动状态的四个量子数原子核外的电子可以看作是分层排布原子核外的电子可以看作是分层排布的。处于不同层次中的电子，离核的的。处于不同层次中的电子，离核的远近也不同。离核愈近的电子能级愈远近也不同。离核愈近的电子能级愈低，离核愈远

6、的电子能级愈高。低，离核愈远的电子能级愈高。每层最多电子数（每层最多电子数（2n2）2 8 18 32四个量子数2 2、角量子数角量子数ll ：能级：能级( (电子亚层电子亚层) )即使在同一电子层中的电子，能量也常有差别，它们电子云的形状也不相同。所以每一个电子层，又可以分作几个电子亚层，分别用s、p、d、f等符号来表示 主量子数主量子数1 12 23 34 4能层能层K KL L M MN N角量子数角量子数0 00 01 10 01 12 20 01 12 23 3符号符号1s1s 2s2s 2p2p 3s3s 3p3p 3d3d 4s4s 4p4p 4d4d 4f4f最多电子数最多电子

7、数2 22 26 62 26 610102 26 61010 1414第一电子层只有一个亚层，第二电子层有两个，以第一电子层只有一个亚层，第二电子层有两个，以此类推，第此类推，第n个电子层最多有个电子层最多有n个亚层。个亚层。3、磁量子数磁量子数m：轨道轨道(电子云的伸展方向电子云的伸展方向)电子云不仅有确定的形状，而且有一定的伸展方向。s电子云是球形对称的，在空间各个方向上伸展的程度相同。p电子云在空间可以有三种互相垂直的伸展方向。d电子云可以有五种伸展方向，f电子云可以有七种伸展方向。如把在一定电子层上，具有一定形状和伸展方向的电子云所占据的空间称为一个轨道，那么s、p、d、f四个能级就分

8、别有1、3、5、7个轨道四个量子数s s 轨道轨道磁量子数与原子轨道zzyyxxp p 轨道轨道l对于角量子数为l 的原子，m的取值有 （2l +1）个。（注意（注意l l 的取值从的取值从0开始！）开始！）ln、l 相同的轨道被称为简并轨道四个量子数与电子运动状态之间的关系主量子数n1234角量子数l00101201231s2s2p3s3p3d4s4p4d4f磁量子数ms00000000001111112223亚层轨道数(2l+1)1131351357每亚层最多容纳电子数2262610261014电子层最多容纳电子数281832四个量子数四个量子数4 4、自旋量子数自旋量子数m ms s：描

9、述电子绕自轴旋转的状态描述电子绕自轴旋转的状态, ,分分别用别用和和表示表示自旋运动使电子具有类似于微磁体的行为自旋运动使电子具有类似于微磁体的行为 每个原子轨道最多容纳每个原子轨道最多容纳一对一对电子电子 产生方向相反的磁场产生方向相反的磁场 相反自旋的一对电子相反自旋的一对电子, , 磁场相互抵消磁场相互抵消. . Electron spin visualized原子轨道能级图多电子轨道能级： E=n+0.7 l l多电子原子轨道能级由n值与l 值共同决定 规律：规律： l l 相同，相同，nn，则，则EE。 E E1s1s E E2S2S E E3S3S E E2P2P E E3P3P

10、E E4P4P 原子轨道能级图l n相同， l ，则E 。l Ens Enp End Enf鲍林近似能级图鲍林近似能级图能级屏蔽效应屏蔽效应：内：内层电子对外层层电子对外层电子的排斥作电子的排斥作用，削弱了核用，削弱了核对外层电子吸对外层电子吸引作用引作用钻穿效应：外层电子渗入原子内部空间，更靠近原子核所产生的效果 因此描述核外电子的运动状态时，必须同时指出电子所处的电子层、电子亚层、电子云的伸展方向和电子的自旋方向。总结总结课后作业l1、描述四个量子数的意义及取值规则l2、列出n=4时的各量子数取值，及每亚层最多容纳的电子数，能量从低到高排列顺序。第三节 原子核外电子的排布原子中电子的排布l

11、基态原子核外电子的排布遵循以下规律基态原子核外电子的排布遵循以下规律能量最低原理能量最低原理保利（保利（Pauli）不相容原理）不相容原理洪特（洪特（Hund）规则）规则原子中电子的排布l保利不相容原理含义：在同一个原子里，不存在四个量子数（运动状态）完全相同的电子。书写：各层最多容纳2n2 个电子l最外层不超过最外层不超过8个（个（K层层2个）个）l次外层不超过次外层不超过18个，个，l倒数第三层不超过倒数第三层不超过32个。个。原子中电子的排布l能量最低原理任何体系都是能量越低越稳定在核外电子排布中，电子总是尽量最先占有能量最低的轨道，只有能量最低的轨道被占满后，电子才能依次占有能量较高的

12、轨道1s 2s 2pF对对错错1s 2s 2pF原子中电子的排布l 电子排布的表示l 1、轨道表示式：以氯原子为例电子层123电子亚层1s2s2p3s3p3d核外电子数2262501s 2s 2p 3s 3pCl原子中电子的排布l电子排布的表示l2、电子排布式：主量子数+亚层符号+每亚层电子数l以氯原子为例：lCl：1s2 2s2 2p6 3s2 3p5原子中电子的排布 说明： 为了简化原子的电子结构，通常将内层已达稀有气体的电子层结构，用稀有气体加方括号表示，并称为“原子实”。此种排布式称为：原子实排布式例：F、Cl的电子排布式为： Cl：Ne 3s2 3p5 F：He 2s2 2p5 17

13、第第1层层第第2层层第第3层层K层层L层层M层层原子核原子核原子核带正电原子核带正电核电荷数核电荷数287原 子 结 构 示 意 图原 子 结 构 示 意 图简略表示原子中电子的排布l 电子排布的表示l 3、价电子层结构式：l 外围电子构型：原子实排布式去掉原子实部分 价电子构型：最外层电子排布式外围电子构型价电子构型Cl3s2 3p53s2 3p5Br3d10 4s2 4p54s2 4p5外围电子构型外围电子构型价电子构型价电子构型原子中电子的排布l洪特规则在同一能级中的各个轨道上，倾向于尽可能在同一能级中的各个轨道上，倾向于尽可能分占不同的轨道，而且它们的自旋方向相同。分占不同的轨道，而且

14、它们的自旋方向相同。这样的排布，使整个原子的能量最低这样的排布，使整个原子的能量最低1s 2s 2pC1s 2s 2pN1s 2s 2pO原子中电子的排布l洪特规则特例：对于同一能级，当电子排布为全充满、半特例：对于同一能级，当电子排布为全充满、半充满或全空时，整个原子体系最稳定充满或全空时，整个原子体系最稳定 p6 d10 f14 全充满全充满p3 d5 f7 半充满半充满p0 d0 f0 全空全空原子中电子的排布写出Cr和Cu的电子排布式： Cr(24) 电子填充式为： 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4 考虑洪德规则特例： 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s

15、1 3d5 所以其电子排布式为： 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1原子中电子的排布 Cu(29) 电子填充式为： 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9 考虑洪德规则特例： 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10 所以其电子排布式为： 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1要求：熟练掌握118号元素课后作业l1、写出原子序数110的元素的核外电子排布的轨道表示式、电子排布式、原子实排布式、价电子构型。（有时间的同学还可以尝试写出1118号元素的电子排布）l2、书上习题P24，习题24。第四节元素周期律与元素周期表元素周期

16、律l周期律：元素以及由其形成的单质与化合物的性质，随着原子序数（核电荷数）的递增，呈周期性的变化。l元素周期表：周期律的图表形式门捷列夫的元素周期表（1869）现代元素周期表的特点l七主七副八与零l三短三长一不全l将同一能级的元素按原子序数从小到大排列成一个横行,即周期l把最外层电子数相同的元素按电子层数递增的顺序从上到下排成纵行，即族总结:周期（7个）族（16个）短周期长周期不完全周期第一周期第二周期第六周期第三周期第五周期第四周期第七周期 2 种 8 种 8 种 18 种 18 种 32 种 26 种主族副族第VIII族0 族共 7个主族，包括短周期和长周期元素共 7个副族，只包括在长周期

17、中包括第8、9、10 纵行稀有气体元素（1）周期号数等于电子层数。）周期号数等于电子层数。（2）各周期元素的数目等于相应能级组中原子轨道所能）各周期元素的数目等于相应能级组中原子轨道所能容纳的电子总数。容纳的电子总数。（3）主族元素的族号数等于原子最外层电子数。）主族元素的族号数等于原子最外层电子数。（4）长式周期表的主表从左到右可分为长式周期表的主表从左到右可分为s区，区，d区，区，ds区，区， p区区4个区，有的教科书把个区，有的教科书把ds区归入区归入d区；副表区；副表(镧系和镧系和锕系锕系)是是f区元素区元素ds区区现代元素周期表的特点a、主族元素的族数=原子最外层的电子数 特点：次外

18、层的电子数为8或18 b、副族元素：主族元素以外的其它元素 特点：8次外层的电子数18 族数=(n-1)d+ns的电子数（第族外） c、B、B副族元素的特点 (n-1)d10ns12 族数=最外层的电子数d、第族的特点: (n-1)d68ns21 210(1)nd ns e、元素的分区、元素的分区 s区 ns1-2 p区 ns2np1-6 d区 （n-1)d1-9ns1-2 ds区 (n-1)d10ns1-2 f区 (n-2)f1-14(n-1)d0-1ns2 内过渡元素过渡元素 现代元素周期表的特点元素性质的周期性l有效核电荷l原子半径l电离能l电子亲和能l电负性l元素的金属性和非金属性l元

19、素的氧化值l（1）适用金属元素 （2）固体中测定两个最邻近原子 的核间距一半（1）适用非金属元素 （2）测定单质分子中两个相邻原子的核 间距一半 严格地讲，由于电子云没有边界，原子半径也就无一定数。严格地讲，由于电子云没有边界，原子半径也就无一定数。 迄今所有的原子半径都是在结合状态下测定的。迄今所有的原子半径都是在结合状态下测定的。 金属半径金属半径(metallic radius)共价半径共价半径(covalent radius)原子半径(atomic radius)同周期原子半径的变化趋势 (一)总趋势：随着原子序数的增大,原子半径自左至右减小.解解 释释: 电子层数不变的情况下，有效核

20、电荷的增大导致核对外层电子的引力增大.同族总趋势：同族总趋势： 自上至下减小自上至下减小同周期总趋势：同周期总趋势： 自左至右增大自左至右增大电离能电离能 I ( ionization energy)电子亲和能电子亲和能Y ( electron affinity) 元素的电子亲和能越大，原子获取电子的能力越强,即非金属性越强。1.原子半径增大，电子亲和能减小2.原子半径减小，电子亲和能增大3.电子构型越稳定，电子亲和能越大 电负性 1、分子中（元素间相互化合时），原子对电、分子中（元素间相互化合时），原子对电子吸引能力的大小，称为该元素的电负性。子吸引能力的大小，称为该元素的电负性。 讨论：讨

21、论：a、元素的非金属性越强，其电负性就越大，最大者为F=4.0 b、元素的金属性越强，其电负性就越小， 最小者为Cs =0.7 2、电负性的三种标度、电负性的三种标度 a、鲍林电负性 b、密立根电负性 c、阿莱-罗周电负性 如果原子吸引电子的趋势相对较强, 元素在该化合物中显示电负 性(electronegative);如果原子吸引电子的趋势相对较弱,元素在该 化合物中则显示电正性(electropositive). 化合物 电负性元素 电正性元素 ClO2 (Cl-O化合物) O(3.44) Cl(3.16) HCl Cl(3.16) H(2.20)电负性 ( electronegativity)电负性变化的形象表示电负性变化的形象表示元素的金属性与非金属性l元素的金属性：原子失去电子成为阳离子的能力电离能l元素的非金属性：原子得到电子成为阴离子的能力电子亲和能l一般来说，金属电负性小于2，非金属的电负性大于2元素的金属性和非金属性强弱的判断依据 元素元素金属性金属性 元素单质与酸反应的难易元素单质与酸反应的难易 （易易强）强） 元素单质与水反应的难易元素单质与水反应的难易 （易易强）强） 元素最高价氧化物的水化物（氢氧化物）元素最高价氧化物的水化物（氢氧化物） 的碱性强弱的碱性强弱 （强强强）强） 元素最高价氧化物的水化物元素最高价氧化物的水化物