7原子结构分享资料

1、1第第7章章 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律n核外电子运动的特征核外电子运动的特征n核外电子运动状态的描述核外电子运动状态的描述n量子力学原子模型量子力学原子模型n原子核外电子排布和元素周期律原子核外电子排布和元素周期律n元素某些性质的周期性元素某些性质的周期性2原子结构的认识史原子结构的认识史1、古希腊、古希腊 公元前五世公元前五世纪纪“古原子说古原子说”2、道尔顿、道尔顿 1803年年“原子说原子说”33、汤姆逊、汤姆逊n1904年，原子年，原子“枣糕模型枣糕模型”44、卢瑟福、卢瑟福 n1911年年 “行星系式行星系式”原子模原子模型型 55、1913年，玻尔年，玻尔n玻尔原子

2、模型玻尔原子模型6量子力学的发展历史78n20世纪世纪20年代，随着科学技术的发展，年代，随着科学技术的发展，用量子力学理论来描述微观量子具有量用量子力学理论来描述微观量子具有量子化特征和波粒二象性得到了满意的结子化特征和波粒二象性得到了满意的结果，从而建立了原子结构的量子力学模果，从而建立了原子结构的量子力学模型。型。n本章的教学目的只是对量子力学在处理本章的教学目的只是对量子力学在处理核外电子量子化特征及波粒二象性提出核外电子量子化特征及波粒二象性提出的主要论据和重要结论作一介绍。的主要论据和重要结论作一介绍。原子结构的量子力学模型原子结构的量子力学模型9第一节第一节 核外电子运动的特征核

3、外电子运动的特征n原子：直径约为原子：直径约为10-10mn原子核：半径约为（原子核：半径约为（1.1-1.5）10-15mn核外电子：半径约为核外电子：半径约为2.8210-15mn质量质量9.l10-31kg，速度约为，速度约为2.18106ms-1n核外电子运动的特征：核外电子运动的特征：n量子化特征和波粒二象性。量子化特征和波粒二象性。 10能量的量子化：能量的量子化：物质一份一份地或按基本定量的倍数物质一份一份地或按基本定量的倍数吸收或发射能量。吸收或发射能量。基本量：量子基本量：量子Enh h=6.62610-34Js；频率频率 n1,2,3,4等正整数等正整数 量子数量子数 普朗

4、克，普朗克，1900年年一、量子化特征一、量子化特征11 连续光谱连续光谱（一）氢原子光谱（一）氢原子光谱12连续光谱实验连续光谱实验13电磁波谱电磁波谱14电磁波谱电磁波谱E，注：350nm800 nm500 m mm1 cm100 0.1 X-rayg g-rayUV &Vis IRMWRadio15真空管中含少量真空管中含少量H2(g)，高压放电，发出紫外光和，高压放电，发出紫外光和可见光可见光 三棱镜三棱镜 不连续的线状光谱不连续的线状光谱氢原子光谱（原子发射光谱）氢原子光谱（原子发射光谱）16n在可见光区，有五条谱线波长分别为：在可见光区，有五条谱线波长分别为：n656.3n

5、m、486.1nm、434.1nm、410.2nm和和397.0nmn巴尔麦系谱线。巴尔麦系谱线。氢原子光谱特征氢原子光谱特征氢原子光谱证明：氢原子光谱证明：原子中电子运动的能量是不连续的，是量子化的。原子中电子运动的能量是不连续的，是量子化的。 171913年，玻尔年，玻尔（二）玻尔原子模型（二）玻尔原子模型（1）核外电子只能在固定的轨）核外电子只能在固定的轨道上运动。道上运动。 “定态定态”。18玻尔原子模型基本要点：玻尔原子模型基本要点：(2) 稳定轨道必须符合量子化条件，电子具有稳定轨道必须符合量子化条件，电子具有一定量子化的能量，能级。一定量子化的能量，能级。能级较低基态能级较低基态

6、 ：n1，a052.9pm 玻尔半径玻尔半径激发态：激发态：n2 （3）激发态不稳定，跃迁到基态轨道上放出能量）激发态不稳定，跃迁到基态轨道上放出能量evnE26 .13JnE21810179. 2n，能量，能量E0。 EE2-E1h hEE1219n当电子分别从当电子分别从n23,4,5,6,7，跃迁到，跃迁到n12时，时，n可见光区五根谱线：可见光区五根谱线：656.6nm，486.1nm，434.0nm，410.2nm，397.0nm。n当电子跃迁到当电子跃迁到n1时，得到紫外光区的谱线。时，得到紫外光区的谱线。n当电子跃迁到当电子跃迁到n3时，得到红外光区的谱线。时，得到红外光区的谱线

7、。 JnE2118110179. 2JnE2218210179. 2)11(1029. 3)11(10626. 61018. 22221152221341812nnnnhEE20(1)说明了激发态原子发光的原因；说明了激发态原子发光的原因；(2)解释氢原子和类氢离子（解释氢原子和类氢离子（He+、Li2+）光谱）光谱 (3)指出了量子化特征，量子数指出了量子化特征，量子数n的概念。的概念。玻尔原子模型的优缺点玻尔原子模型的优缺点优点：优点：缺陷之处：缺陷之处：（1）不能解释多电子原子、分子或固体的光谱。）不能解释多电子原子、分子或固体的光谱。（2）不能解释氢原子光谱的精细结构。）不能解释氢原子

8、光谱的精细结构。21小结小结n核外电子运动具有量子化特征核外电子运动具有量子化特征nE=nhn连续光谱和氢原子光谱连续光谱和氢原子光谱n玻尔原子模型的优缺点玻尔原子模型的优缺点22二、电子的波粒二象性二、电子的波粒二象性mvhph德布罗依关系式把微观粒子的波动性德布罗依关系式把微观粒子的波动性和粒和粒子性子性p(mv)通过普朗克常数统一了起来通过普朗克常数统一了起来 所有微观粒子如电子、原所有微观粒子如电子、原子等也有波粒二象性子等也有波粒二象性 （一）德布罗意预言（一）德布罗意预言（波动性）（波动性） 电子动量、电子质量、电子速度（粒子性）电子动量、电子质量、电子速度（粒子性） 23（二）电

9、子衍射实验（二）电子衍射实验24电子运动具有与光相似的波动性，电子运动具有与光相似的波动性，同时也证明了德布罗意的预言是正确的。同时也证明了德布罗意的预言是正确的。核外电子运动形态核外电子运动形态电子的衍射实验证明了：电子的衍射实验证明了：25【例】【例】(1)电子在电子在1V电压下运动的速率为电压下运动的速率为5.9105ms-1，电子质量，电子质量m=9.l10-31kg，h为为6.62610-34Js，电子波的波长是多少？，电子波的波长是多少？（2）质量）质量1.010-8kg的沙粒以的沙粒以1.010-2ms-1速率运动，波长是多少？速率运动，波长是多少？解：解：msmkgsmkg91

10、5311234102 . 1109 . 5101 . 910626. 6msmkgsmkg241281234106 . 6100 . 1100 . 110626. 626小结小结n核外电子运动的特征核外电子运动的特征n量子化特征量子化特征n波粒波粒 二象性二象性27（三）测不准关系（三）测不准关系n1927年，海森堡测不准原理：年，海森堡测不准原理：测不准关系式测不准关系式 xmv xpx h如果微观粒子位置的测定准确度越大（如果微观粒子位置的测定准确度越大（x越小），越小），测其动量的准确度就越小（测其动量的准确度就越小（p越大），反之亦然。越大），反之亦然。人们不可能同时准确测定人们不可能

11、同时准确测定微观粒子微观粒子运动的位置和运动的位置和动量，也就是它的位置测得越准，它的动量就测动量，也就是它的位置测得越准，它的动量就测得越不准，反之亦然。得越不准，反之亦然。对微观粒子和电子的运动状态，只能用统计的方对微观粒子和电子的运动状态，只能用统计的方法，做出法，做出概率性概率性（电子出现的机会）的描述（电子出现的机会）的描述28第二节第二节 核外电子运动状态的核外电子运动状态的描述量子力学原子模型描述量子力学原子模型0)(822222222VEhmzyxe为波函数。是这个方程的解，它是空间直角坐标为波函数。是这个方程的解，它是空间直角坐标(x、y、z)或球极坐标或球极坐标(r、)的函

12、数。这是一个二阶偏的函数。这是一个二阶偏微分方程微分方程 。引入三个参数，。引入三个参数，n，l和和m波函数本身物理意义不明确，但波函数本身物理意义不明确，但 (2) ，表，表示电子在空间某处示电子在空间某处(r，)出现的概率密度。出现的概率密度。 一、薛定谔方程薛定谔方程一、薛定谔方程薛定谔方程29二、波函数和原子轨道二、波函数和原子轨道坐标变换坐标变换30n,l,m(r,)=Rn,l(r) ()() n,l,m(r,)=Rn,l(r) Yl,m(,)n与角度有关的两个函数用与角度有关的两个函数用Y(,)表示，即表示，即nYl,m(,)()() nRn,l(r)称为波函数称为波函数n,l,m

13、的径向部分的径向部分,只与电子离只与电子离核的半径核的半径r有关，而与角度有关，而与角度,无关；无关；nYl,m(,)称为波函数称为波函数n,l,m的角向部分的角向部分, 只与角度只与角度,有关，而与主量子数有关，而与主量子数n、电子离核的半径、电子离核的半径r无关。无关。31n,l,m(r,) “原子轨道原子轨道” n在求解过程中，引入三个参数，在求解过程中，引入三个参数，n，l和和mn所谓薛定谔方程，就是解出对应一组所谓薛定谔方程，就是解出对应一组n，l，m的波函数的波函数n,l,m(r,)及其相应的能量及其相应的能量En,l。n波函数波函数n,l,m是量子力学中描述原子核外电子运是量子力

14、学中描述原子核外电子运动状态的数学函数式，它的图像表示电子的运动状态的数学函数式，它的图像表示电子的运动状态，即在核外空间范围内某一电子出现的动状态，即在核外空间范围内某一电子出现的概率。概率。32量子力学核外电子运动特征：量子力学核外电子运动特征：1.电子具有波粒二象性电子具有波粒二象性2.它在核外空间出现体现为概率的大小它在核外空间出现体现为概率的大小3.电子的运动状态可用波函数电子的运动状态可用波函数和其相应的和其相应的能量来描述。能量来描述。 4. 每一每一对应一确定的能量值，称为对应一确定的能量值，称为“定定态态”。电子的能量具有量子化的特征。电子的能量具有量子化的特征 33三、四个

15、量子数三、四个量子数n、l、m、ms每一组量子数每一组量子数n、l、m的意义：的意义： 每一组每一组允许的允许的n、l、m值值 核外电子运动的一种空间状态核外电子运动的一种空间状态 由对应的特定波函数由对应的特定波函数 n,l,m（ r, , ）表示表示 有对应的能量有对应的能量En,l即：即： n、l、m n,l,m（r, , ） (原子轨道原子轨道)； n、l 能量能量En,l341.主量子数主量子数n n = 1, 2, 3, 4正整数正整数决定决定电子离核的平均距离电子离核的平均距离、能级和电子层能级和电子层n确定电子出现最大几率区域离核的平均确定电子出现最大几率区域离核的平均距离。距

16、离。n,则平均距离则平均距离。n在单电子原子中，在单电子原子中，n决定电子的能量决定电子的能量;n 确定电子层（确定电子层（n相同属同一电子层）相同属同一电子层）:n n 1 2 3 4 5 6 7n 电子层电子层 K L M N O P Qn离核距离离核距离 近近 远远 n能量能量E 低低 高高JnE21810179. 2352 角量子数角量子数ll = 0, 1, 2, 3n-1，共，共n个值个值n 确定原子轨道和电子云在空间的角度分确定原子轨道和电子云在空间的角度分布情况；布情况；n在多电子原子中，在多电子原子中，n与与l一起决定的电子一起决定的电子的能量；的能量；n确定电子亚层：确定电

17、子亚层： n l 0 1 2 3 4 n 电子亚层：电子亚层： s p d f gn 角动量的大小：角动量的大小：EnsEnpEndEnf ) 1(2llhM36表表7-1 l与与n的取值关系、轨道符号和形状的取值关系、轨道符号和形状n值l取值l值轨道符号轨道形状100s球形对称20,11p哑铃形30,1,22d花瓣形40,1,2,33f4gn0,1,2,3(n-1).373 磁量子数磁量子数m每个每个l值值, m=0,1, 2l（共共2l+1个）个）n m值决定波函数在磁场空间的伸展方向值决定波函数在磁场空间的伸展方向:n一个一个l值的电子亚层共有（值的电子亚层共有（2l+1）个取向）个取向

18、n例如例如d轨道，轨道，l=2，m=0，1, 2，则，则d轨轨道共有道共有5种取向。种取向。 n 能量能量(能级能级)相同的轨道称为简并轨道相同的轨道称为简并轨道(等等价轨道价轨道)。38主量子数主量子数n角量子数角量子数l磁量子数磁量子数m波函数波函数同一电子层的同一电子层的轨道数轨道数（n2）1001s12002s4102Pz+1，-12Px ，2Py3003s9103Pz+1，-13Px，3Py03dz22+1，-13dxz，3dyz+2+2，-2-23dxy，3dx2-y2394自旋量子数自旋量子数ms ms = 1/2, 和表示同一轨道表示同一轨道( n,l,m（r, , ）)中电子

19、的二种自旋状态中电子的二种自旋状态.n在同一原子中，不能有四个量子数完全相同的电在同一原子中，不能有四个量子数完全相同的电子存在，称为泡利不相容原理。子存在，称为泡利不相容原理。n根据四个量子数的取值规则，则每一电子层中可根据四个量子数的取值规则，则每一电子层中可容纳的电子总数为容纳的电子总数为2n 2.40n例：例： 原子轨道原子轨道 msnn = 1 1s (1个个) 1/2nn = 2 l = 0， m = 0 2s (1个个) 1/2n l = 1， m = 0 , 1 2p (3个个) 1/2n n = 3 l = 0， m = 0 3s (1个个) 1/2n l = 1， m =

20、0 , 1 3p (3个个) 1/2n l = 2， m = 0 , 1， 2 3d (5个个) 1/2n n = 4 ?41nl(取值取值ln)轨道符号轨道符号(能级能级)m(取值取值ml)轨轨道道数数各电子层轨各电子层轨道数道数最多允许的最多允许的运动状态运动状态数数(电子数电子数)（2n2）101s01122012s2p0+1,0,-1134830123s3p3d0+1,0,-1+2,+1,0,-1,-2135918401234s4p4d4f0+1,0,-1+2,+1,0,-1,-2+3,+2,+1,0,-1,-2,-31357163242【例】已知基态【例】已知基态Na原子的价电子处于

21、原子的价电子处于最外层最外层3s亚层，试用亚层，试用n、l、m、ms量量子数来描述它的运动状态。子数来描述它的运动状态。n解：最外层解：最外层3s亚层的亚层的n=3、l0、m0，所必它的运动状态可表示为：所必它的运动状态可表示为：n3,0,0,+1/2(或或-l/2)。43四、概率密度和电子云四、概率密度和电子云1.概率与概率密度概率与概率密度（1）概率与概率密度定义）概率与概率密度定义n概率：电子在某空间区域内出现的机会。概率：电子在某空间区域内出现的机会。 n角度角度概率：在概率：在角方向上，微单位立体角内电角方向上，微单位立体角内电子出现的概率。子出现的概率。n壳层壳层概率：是指离核半径

22、为概率：是指离核半径为r的厚度为的厚度为dr的薄层的薄层球壳中电子出现的概率。球壳中电子出现的概率。n概率概率密度密度：是指离核半径为：是指离核半径为r的某处单位微体积的某处单位微体积d中电子出现的概率。中电子出现的概率。n在核外空间某处电子出现的概率和波函数平方在核外空间某处电子出现的概率和波函数平方的绝对值的绝对值 2成正比。成正比。n 2代表核外空间某处单位微体积中电子出代表核外空间某处单位微体积中电子出现的概率，即概率密度。现的概率，即概率密度。 44（2）概率密度物理意义）概率密度物理意义波函数、原子轨道和概率密度的含义不同。波函数、原子轨道和概率密度的含义不同。A、波函数描述核外电

23、子在空间运动的状态的数学、波函数描述核外电子在空间运动的状态的数学函数式，是表示微观实物体系在一定条件下的函数式，是表示微观实物体系在一定条件下的状态的形式，它没有直观的物理意义。状态的形式，它没有直观的物理意义。B、但、但 2却有明确的物理意义。波函数的物理却有明确的物理意义。波函数的物理意义是通过意义是通过 2体现的。体现的。C、在核外空间某处电子出现的概率和、在核外空间某处电子出现的概率和 2成正成正比。比。 2代表概率密度。该代表概率密度。该 2值可从理值可从理论上计算得到。论上计算得到。根据电子的衍射图，衍射强度大的地方（亮环），根据电子的衍射图，衍射强度大的地方（亮环），电子出现的

24、概率大。电子出现的概率大。 2值的大小可以反映电子出现的概率密度大值的大小可以反映电子出现的概率密度大小。小。452.电子云电子云n为了描述核外电子运动概率密度分布，习为了描述核外电子运动概率密度分布，习惯上用小黑点分布的惯上用小黑点分布的疏密疏密来表示电子在某来表示电子在某处出现概率密度的相对大小处出现概率密度的相对大小n电子云是电子在核外空间出现概率密度分电子云是电子在核外空间出现概率密度分布的形象化描述，是布的形象化描述，是 2的具体图像。的具体图像。n离核越远，电子出现的概率密度越小离核越远，电子出现的概率密度越小46（1）电子云黑点图）电子云黑点图47（3）电子云界面图）电子云界面图

25、（2）等概率密度剖面图）等概率密度剖面图48五、波函数和电子云的空间形状五、波函数和电子云的空间形状n,l,m(r,)=Rn,l(r) Yl,m(,) Rn,l(r)函数称为波函数的径向部分，它是离函数称为波函数的径向部分，它是离核距离核距离r的函数，只与的函数，只与n和和l有关。有关。Yl,m(,)函数称为波函数的角度部分，它函数称为波函数的角度部分，它是方位角是方位角和和的函数，只与的函数，只与l和和m两个量两个量子数有关。子数有关。 49（一）角向部分（一）角向部分1、原子轨道角向分布图、原子轨道角向分布图Yl,m(,) n例：例：氢原子氢原子 2pz， 210（ r, , ）的角度部分

26、为的角度部分为nY10（ , ）= (3/4 )1/2cos （又称又称pz原子轨道）原子轨道）nYpzKcos,K=(3/4 )1/2n把各个把各个 值代入上式，计算出值代入上式，计算出Y10（ , ）的值，列的值，列表如下，表如下，n得到的图是双球型的曲面得到的图是双球型的曲面. 411sY是一个球曲面，半径为是一个球曲面，半径为(1/4)1/2 500306090 120 150 180cos10.866 0.50-0.5-0.866 -1YPz0.489 0.423 0.244 0-0.244 -0.423 -0.489pz轨道的角度分布图轨道的角度分布图51s轨道的角度分布图轨道的角

27、度分布图角向部分角向部分Yl,m(,)只与只与l，m有关，而与有关，而与n无关。无关。1s，2s，3s原子轨道的角度分布图都是相同的球原子轨道的角度分布图都是相同的球曲面，曲面，p，d，f系列原子轨道同样如此。系列原子轨道同样如此。在原子轨道角度分布图中，常不标明主量子数。在原子轨道角度分布图中，常不标明主量子数。52p轨道的角度分布图轨道的角度分布图53d轨道的角度分布示意图轨道的角度分布示意图54 s、p 轨道轨道角度分布图角度分布图(剖面图剖面图)55 d 轨道轨道角度分布图角度分布图(剖面图剖面图)5657。 58（2）意义意义：表示波函数角度部分随表示波函数角度部分随 , 的变化，与

28、的变化，与r无关。无关。（3）用途用途：用于判断能否形成化学键及成键的方用于判断能否形成化学键及成键的方向（分子结构理论：杂化轨道、分向（分子结构理论：杂化轨道、分子轨道）。子轨道）。592、电子云的角度分布图、电子云的角度分布图n式中：式中：R2n,l(r)为概率密度的径向部分；为概率密度的径向部分；nY2l,m(,)为概率密度的角度部分。为概率密度的角度部分。n表示电子在核外空间某处出现的表示电子在核外空间某处出现的概率密度概率密度随随（ , ）发生的变化，与发生的变化，与r无关。无关。npz原子轨道的角向部分是原子轨道的角向部分是YpzK cosnpz电子云的角向部分是电子云的角向部分是

29、Y2pzK2 cos22n,l,m(r,)=R2n,l(r) Y2l,m(,)60电子云角度分布图电子云角度分布图61电子云与原子轨道角度分布图的区别电子云与原子轨道角度分布图的区别状态状态原子轨道原子轨道电子云电子云角向部分角向部分Yl,m(,)Y2l,m(,)图形图形哑铃形哑铃形哑铃形哑铃形胖瘦胖瘦胖胖Ynpndnf能级错位能级错位 77电子云的空间形状电子云的空间形状2n,l,m(r,)=R2n,l(r) Y2l,m(,)782Pz3Pz4Pz7924Pz80第三节第三节 原子核外电子排布和元素周期系原子核外电子排布和元素周期系一、一、多电子原子的能级多电子原子的能级1、屏蔽效应、屏蔽效

30、应n其他电子对某个电子其他电子对某个电子i的排斥，相当于其他电的排斥，相当于其他电子屏蔽了原子核，抵消了一部分核电荷对电子子屏蔽了原子核，抵消了一部分核电荷对电子i的吸引力，称为其他电子对电子的吸引力，称为其他电子对电子i的屏蔽效应。的屏蔽效应。 JnZEi1822*1018. 2)(Z称为有效核电荷，称为有效核电荷，Z*Z，Z为核电荷；为核电荷；为屏蔽常数为屏蔽常数 JnZEn221810179. 2单电子能量单电子能量（一）鲍林原子轨道近似能级图（一）鲍林原子轨道近似能级图812、钻穿效应、钻穿效应n由于电子的角量子数由于电子的角量子数l的不同，其壳层概的不同，其壳层概率的径向分布图不同而

31、引起的能级能量率的径向分布图不同而引起的能级能量的变化称为钻穿效应的变化称为钻穿效应n电子钻到离核距离越近者，受核的吸引电子钻到离核距离越近者，受核的吸引力也越大，能量降低力也越大，能量降低。n钻穿能力的顺序是钻穿能力的顺序是nsnpndnf nE4sE3d，能级交错现象，能级交错现象 82径向分布函数图径向分布函数图83在多电子原子中，原子轨道分能级变在多电子原子中，原子轨道分能级变化大体有以下三种：化大体有以下三种：（1）n不同、不同、l相同的能级，相同的能级，n越大，能级越高。越大，能级越高。如：如：E1sE2sE3snpndnf，如：，如：E4sE4pE4dE4f。(3)n不同、不同、

32、l不同的能级，原子轨道分能级顺序较不同的能级，原子轨道分能级顺序较为复杂，有的发生为复杂，有的发生 “能级交错能级交错”。如：。如：E4sE3d，E5sE4d，E6sE4fE5d等。等。 84能级交错能级交错853、原子轨道近似能级图、原子轨道近似能级图鲍林原子轨道近似能级图鲍林原子轨道近似能级图866s 6p 5d 4f 6 (6s,4f,5d,6p)5p 5s 4d 5 (5s, 4d, 5p)4p 4s 3d 4(4s, 3d, 4p)2p 2s 2(2s, 2p)3p 3s 3(3s, 3p)1(1s)1s E87说明说明（1）将能级相近的原子轨道排为一组，目前分）将能级相近的原子轨道

33、排为一组，目前分为七个能级组。为七个能级组。（2）每一个小圈圈表示一个原子轨道，将）每一个小圈圈表示一个原子轨道，将3个等个等价价p轨道，轨道，5个等价个等价d轨道、轨道、7个等价个等价f轨道轨道排排成一列，它们的能量相等。成一列，它们的能量相等。（3）多电子原子中，能级主要由主量子数）多电子原子中，能级主要由主量子数n和角和角量子数量子数l来决定，如：来决定，如：E1sE2sE3sE4s，E4sE4pE4dE4f。E4sE3d。 88徐光宪徐光宪n + 0.7 l公式公式能级能级1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6pn + 0.7 l1.02.02.73.03.74.0

34、4.44.75.05.45.76.06.16.46.7能级能级组组 组内组内电子电子数数288181832(1s)(2s2p)(3s3p)(4s3d4p)(5s4d5p)(6s4f5d6p) 89二、原子核外电子的排布与电子结构二、原子核外电子的排布与电子结构应遵循以下三个原则应遵循以下三个原则1、能量最低原理、能量最低原理 系统能量愈低，愈稳定。电子填充顺序的近似能系统能量愈低，愈稳定。电子填充顺序的近似能级图。级图。 2、泡利不相容原理、泡利不相容原理同一原子中不可能有同一原子中不可能有4个量子数完全相同的个量子数完全相同的2个电个电子同时存在。子同时存在。ms+1/2和和ms-1/2。

35、3、洪特规则。、洪特规则。电子简并轨道上排布时，总是尽可能以自旋相同电子简并轨道上排布时，总是尽可能以自旋相同的方向，分别占有不同的轨道的方向，分别占有不同的轨道901s22s22p2应为应为不应为不应为例如，基态碳原子的电子排布为例如，基态碳原子的电子排布为91n简并轨道全充满（如简并轨道全充满（如p6，d10，f14)，半充满，半充满(如如p3，d5，f7)或全空（如或全空（如p0，d0，f0) 能量较低。能量较低。n（二）原子的电子结构（二）原子的电子结构n1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7pn基态基态24号元素铬的电子排布式为号元素铬的电子排布式

36、为1s22s22p63s23p63d54s1n29号元素铜的价层电子排布为号元素铜的价层电子排布为3d104s1(全充满全充满)而不是而不是3d94s2。92例例7-3 根据电子排布规则，写出原子序数根据电子排布规则，写出原子序数7、18的元素原子的符号及电子结构和电子轨的元素原子的符号及电子结构和电子轨道式。道式。解：解：原子符号原子符号 电子结构电子结构 电子轨道式电子轨道式7N 1s22s22p318Ar 1s22s22p63s23p6 93例例7-4 根据核外电子排布原则，写出根据核外电子排布原则，写出Cr原原子和子和Cr3+离子的电子结构。并分别写出它离子的电子结构。并分别写出它们的

37、价电子层电子轨道式们的价电子层电子轨道式nCr3+ 1s22s22p63s23p63d3n解：解： 24Cr 1s22s22p63s23p63d54s194原子芯原子芯n内层已达到稀有气体电子层结构的部分，内层已达到稀有气体电子层结构的部分，用稀有气体的元素符号加方括号表示。用稀有气体的元素符号加方括号表示。n例如例如26号元素铁号元素铁 Ar3d64s2，n47号银号银 Kr4s105s1。n突出了价层电子构型。突出了价层电子构型。n如铁原子的价层电子构型是如铁原子的价层电子构型是3d64s2，银原子，银原子的价层电子构型是的价层电子构型是4s105s1。951S 2s2p 3s 3p 4s

38、 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p He Ne Ar Kr Xe Rn (2) (10) (18) (36) (54) (86)具体排法：具体排法：96离子的电子排布式离子的电子排布式n是在基态原子的电子排布式基础上加上是在基态原子的电子排布式基础上加上或失去电子。或失去电子。n 例如例如Cl- Ne3s23p6 n Fe2+ Ar3d64s097Periodic table98三、原子的电子层结构和元素周期表三、原子的电子层结构和元素周期表（一）原子的电子层结构（一）原子的电子层结构第五六七周期镧系和锕系元素中的某些元素，例外第五六七周期镧系和锕系元素中的某些元素，例外

39、（1）K,Ca E4sE3d，先，先4s再再3d。铷原子。铷原子E5sE4d，先，先5s再再4d。（2）铌）铌47Nb理论理论 Kr4d35s2，实际，实际 Kr4d45s1，钌钌44Ru，理论：，理论：Kr4d65s2，实际：，实际：Kr4d75s1（3）铯原子）铯原子E6sE4fE5d，从，从55号元素开始号元素开始6s4f5d57号号Xe 6s24f05d1；铈；铈58Ce理论理论Xe4f26s2，实际，实际Xe4f15d16s2，64号，为号，为Xe 6s24f75d1。（4）某些原子的电子排布，尊重事实，理论简单。）某些原子的电子排布，尊重事实，理论简单。 99元素的性质随着原子序数

40、的递增而呈元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性变化的规律称为元素周期律。周期性变化的规律称为元素周期律。（二）电子层结构与周期的划分（二）电子层结构与周期的划分元素周期表的每行是一个周期。周期对应于能级元素周期表的每行是一个周期。周期对应于能级组。组。7个周期。个周期。（1）周期数能级组数电子层数周期数能级组数电子层数（2）各周期元素的数目等于相应能级组中原子）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。轨道所能容纳的电子总数。（3）每周期最外层电子数最多部超过）每周期最外层电子数最多部超过8个，次外个，次外层不超过层不超过18个。个。（4）第一二三周期为短周期，第四五周期为

41、长）第一二三周期为短周期，第四五周期为长周期，第七周期为未填满周期。周期，第七周期为未填满周期。100周周期期能级组能级组原子轨原子轨道数道数电子电子总数总数元素元素个数个数类别类别1(1s)122特短周期特短周期2(2s2p)488短周期短周期3(3s3p)488短周期短周期4(4s3d4p)91818长周期长周期5(5s4d5p)91818长周期长周期6(6s4f5d6p)163232超长周期超长周期7(7s5f6d7p)163232不完全周期不完全周期周期、能级组周期、能级组101(三三)族族主族主族(A族族)、副族、副族(B族族)、零族和、零族和族。族。主族：主族：7个主族个主族IAA

42、，nsnp零族元素：稀有气体，其最外层已填满零族元素：稀有气体，其最外层已填满副族元素：副族元素：IBB7个副族个副族(n-1)dns 族：三个纵列族：三个纵列 (n-1)d6-10ns0-2 (1)族数价电子数族数价电子数最高氧化值（最高氧化值（B只有只有Ru和和Os可达可达+8,B有例外）有例外）(2)价电子层为参加反应的电子层，其中主族为价电子层为参加反应的电子层，其中主族为nsnp；副族为（；副族为（n-1）d ns。B与与B元素的元素的（n-1）d轨道已经填满轨道已经填满10个电子，是稳定结构，个电子，是稳定结构，一般只失去最外层一般只失去最外层s电子。电子。102（四）区（四）区:

43、s区、区、p区、区、d区、区、ds区和区和f区区ns区元素：区元素：ns1或或ns2，包括，包括A和和A族，活泼族，活泼泼金属泼金属np区元素：区元素：ns2np1-6，包括，包括AA族、族、0族。族。大部分为非金属。大部分为非金属。nd区元索：区元索： (n-1)d1-9ns1-2，都是金属，称为过渡，都是金属，称为过渡元素。包括元素。包括B族元素。族元素。nds区元素：区元素： (n-1)d10ns1-2，包括，包括B和和B族。族。都是金属，也属过渡元素都是金属，也属过渡元素nf区元素；区元素；(n-2)f0-14ns2，或，或(n-2)f0-14(n-1)d0-2ns2，包括镧系和锕系元

44、素，都为金，包括镧系和锕系元素，都为金属，称为内过渡元素。属，称为内过渡元素。103区区 原子价电子构型原子价电子构型包括的元素包括的元素sns1-2A和和Apns2np1-6AAd(n-1)d1-9ns1-2BBds(n-1)d10ns1-2B和和Bf(n-2)f1-14(n-1)d0-2ns2镧系和锕系镧系和锕系元素的价电子构型的分区元素的价电子构型的分区104105【例】已知某元素的原子序数为【例】已知某元素的原子序数为47，试写，试写出该元素原子的电子排布式，并指出该元出该元素原子的电子排布式，并指出该元素在周期表中所属周期、族和区素在周期表中所属周期、族和区n解：解：1s22s22p

45、63s23p63d104s24p64d105s1或写或写成成Kr4d105s1。n最外层电子的主量子数最外层电子的主量子数n5，第，第5周期。周期。n最外层电子和次外层最外层电子和次外层d电子总数为电子总数为11，所，所以它位于以它位于B族。族。nds区元素。区元素。106第四节第四节 元素某些性质的周期性元素某些性质的周期性 由于元素的由于元素的电子层结构电子层结构呈现周期性，元素的某些呈现周期性，元素的某些性质如原子半径、电离势、电子亲和势、电负性质如原子半径、电离势、电子亲和势、电负性等也呈现明显的周期性。性等也呈现明显的周期性。一、原子半径一、原子半径共价半径：共价半径：以共价单键结合

46、的两个相同原子核间距以共价单键结合的两个相同原子核间距离的一半；离的一半；范德华半径：范德华半径：单质分子晶体中，相邻分子间两个非单质分子晶体中，相邻分子间两个非键合原子核间距离的一半；键合原子核间距离的一半；金属半径：金属半径：金属单质晶体中相邻两原子核间距离的金属单质晶体中相邻两原子核间距离的一半一半107共价半径和范氏半径金属半径示意图共价半径和范氏半径金属半径示意图 rv rc rM108H37 He54Li156Be105B91C77N71O60F67Ne80Na186Mg160Al143Si117P111S104Cl99Ar96K231Ca197Sc161Ti154V131Cr12

47、5Mn118Fe125Co125Ni124Cu128Zn133Ga123Ge122As116Se115Br114Kr99Rb243Sr215Y180Zr161Nb147Mo136Tc135Ru132Rh132Pd138Ag144Cd149In151Sn140Sb145Te139I138Xe109Cs265Ba210La169Hf154Ta143W137Re138Os134Ir136Pt139Au144Hg147Tl189Pb175Bi155Po167At145Rn140Fr270Ra220Ac200 109主族元素主族元素110111元素的原子半径变化元素的原子半径变化112变化规律变化规律（

48、一）同一周期元素原子半径变化（一）同一周期元素原子半径变化n周期的主族从左到右，原子半径的逐渐减少也周期的主族从左到右，原子半径的逐渐减少也就比较明显。就比较明显。n长周期中的过渡元素原子半径先是缓慢缩小然长周期中的过渡元素原子半径先是缓慢缩小然后略有增大。后略有增大。n内过渡元素，有效核电荷变化不大，原子半径内过渡元素，有效核电荷变化不大，原子半径几乎不变。几乎不变。n第四周期第四周期Co（116pm），），Ni（115pm），），Cu（117pm），），Zn（125pm）。）。n镧系元素和锕系元素镧系元素和锕系元素 113（二）同一族元素原子半径的变化（二）同一族元素原子半径的变化n主族：

49、从上到下原子半径递增。主族：从上到下原子半径递增。n副族元素：从上至下原子半径的变化趋势总体副族元素：从上至下原子半径的变化趋势总体上与主族相似，但原子半径增大不大。上与主族相似，但原子半径增大不大。n镧系收缩，镧系元素是以填充外数第三层镧系收缩，镧系元素是以填充外数第三层4f轨轨道为特征，从而原子半径递减的幅度很小，使道为特征，从而原子半径递减的幅度很小，使得得d区和区和ds区元素同一族中第五、六周期两元区元素同一族中第五、六周期两元素的原子半径差别很小素的原子半径差别很小n第五周期：锆第五周期：锆145pm，铌，铌134pm，钼，钼130pmn第六周期：铪第六周期：铪144pm，钽，钽13

50、4pm，钨，钨130pm114二、电离势二、电离势n一个气态的基态原子失去一个气态的基态原子失去1个电子，变成气态个电子，变成气态的正的正1价离子所需的最低能量，称为该原子的价离子所需的最低能量，称为该原子的第一电离能第一电离能(I1)，n从一个气态的基态正从一个气态的基态正1价离子再失去价离子再失去1个电子变个电子变成气态正成气态正2价离子所需的最低能量，称为第二价离子所需的最低能量，称为第二电离能电离能(I2)n通常情况下通常情况下I1I2 I3I4 n元素的第一电离能越小，表示它越容易失去电元素的第一电离能越小，表示它越容易失去电子，即该元素的金属性越强。子，即该元素的金属性越强。 11

51、5例例nH(g)-eH+(g), I11312 kJmol-1，nLi(g)-eLi+(g), I1520 kJmol-1，nLi+(g)-eLi2+(g), I27298 kJmol-1，nLi2+(g)-eLi3+(g), I111815 kJmol-1，116变化规律变化规律在同一在同一短短周期中，从左到右，周期中，从左到右， I1电离能随着原子电离能随着原子序数的增加而增大；故金属性逐渐减弱，非金序数的增加而增大；故金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强，属性逐渐增强，例外情况，如第二周期：例外情况，如第二周期：元素：元素： Li Be B C N O F NeI1/ kJmol-1: 520 900 801 1086 1402 1314 1681 2081长周期：同一周期，从左到右，第一电离长