22014第二章原子结构3

1、四四 多电子原子核外电子的运动状态多电子原子核外电子的运动状态 氢原子中各轨道能量高低次序和各层中轨道的个数氢原子中各轨道能量高低次序和各层中轨道的个数Pauling近似能级图近似能级图Pauling近似能级图近似能级图 能量由能量由 n、l 决定决定 角量子数角量子数 l 相同的能级，其能量由主量子数相同的能级，其能量由主量子数 n 决定：决定： E1sE2sE3sE4s，E2pE3pE4p 主量子数主量子数 n 相同，角量子数相同，角量子数 l 不同的能级，能不同的能级，能量随量随 l 的增大而升高（能级分裂）：的增大而升高（能级分裂）： EnsEnpEndEnf 当主量子数当主量子数 n

2、 和角量子数和角量子数 l 均不同时，还出现均不同时，还出现“能级交错能级交错”现象：现象： E4sE3dE4p，E5sE4dE5p，E6sE4fE5d 4 误差较大。误差较大。 与主量子数与主量子数 n 和角量子数和角量子数 l 均有关。用钻穿效均有关。用钻穿效应解释。应解释。钻穿效应钻穿效应 主要是指主要是指 n 相同、相同、l 不同的轨道，由于电子云径不同的轨道，由于电子云径向分布不同，电子穿过内层钻穿到核附近回避其向分布不同，电子穿过内层钻穿到核附近回避其他电子屏蔽的能力不同从而使其能量不同的现象。他电子屏蔽的能力不同从而使其能量不同的现象。 解释：主量子数解释：主量子数 n 相同，角

3、量子数相同，角量子数 l 不同的轨道不同的轨道能级分裂现象能级分裂现象 主量子数主量子数 n、角量子数、角量子数 l 均不相同的轨道能级交均不相同的轨道能级交错现象错现象 钻穿效应钻穿效应 n 较大的电子在离核较远处出现概率大，但在近较大的电子在离核较远处出现概率大，但在近处也有出现概率，即外层电子向内层穿透，进入处也有出现概率，即外层电子向内层穿透，进入原子内部空间，受到核的较强的吸引作用。原子内部空间，受到核的较强的吸引作用。 钻穿效应主要表现在穿入内层的小峰上，峰数目钻穿效应主要表现在穿入内层的小峰上，峰数目越多（峰数越多（峰数 n-l），钻穿效应越大，电子云深入内），钻穿效应越大，电子

4、云深入内层，内层的屏蔽效应变小，层，内层的屏蔽效应变小， 变小，变小，Z*变大，能变大，能量降低。量降低。 多电子原子中，多电子原子中，n 相同，相同，l 不同的电子亚层，能量不同的电子亚层，能量高低次序为（能级分裂）：高低次序为（能级分裂）： nsnpndnfEEEE钻穿效应（钻穿效应（能级分裂：能级分裂：EnsEnpEndEnf）2s2p1s3s3d3p 钻穿效应钻穿效应（能级交错能级交错 E4sE3dE4p，E5sE4dE5p）Cotton原子轨道能级图原子轨道能级图 E4s E3d并非一成不变，并非一成不变，而是多变化的而是多变化的Sc及其以后的原子中及其以后的原子中4s能级高于能级高

5、于3d，为什么，为什么Sc按按3d14s2排布而不是按排布而不是按3d34s0或或3d24s1排布？排布？原子轨道：原子轨道：与氢原子类似，其电子运动状态与氢原子类似，其电子运动状态 可描述为可描述为 1s, 2s, 2px, 2py, 2pz, 3s能量：能量：与氢原子不同与氢原子不同, 能量不仅与能量不仅与 n 有关有关, 也与也与 l 有关有关; 在外加场的作用下在外加场的作用下, 还还 与与 m 有关。有关。多电子原子轨道能级多电子原子轨道能级 最低能量原理最低能量原理 电子在核外排列应电子在核外排列应尽先分布在低能级轨尽先分布在低能级轨道上道上, 使整个原子系统能量最低。使整个原子系

6、统能量最低。 Pauli不相容原理不相容原理 每个原子轨道中最多容纳两个自旋方式每个原子轨道中最多容纳两个自旋方式相反的电子。相反的电子。 Hund 规则规则 在在 n 和和 l 相同的轨道上分布的电子相同的轨道上分布的电子,将尽将尽可能分占可能分占 m 值不同的轨道值不同的轨道, 且自旋平行。且自旋平行。原子核外电子排布原子核外电子排布三规则三规则Pauling近似能级图近似能级图Z = 26 Fe：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2 N：1s2 2s2 2p3原子芯称为Ar 4s3dAr110基态原子电子排布Z = 29 Cu：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3

7、d10 4s1 Cr Ar3d54s1 Cu Ar 3d104s1 Mo Kr4d55s1 Ag Kr 4d105s1 W Xe5d46s2 Au Xe 5d106s1 不符合半满规则不符合半满规则 第五周期的许多例外第五周期的许多例外: 难用简单规则概括难用简单规则概括 Pd: Krd10 Pt: Xe5d96s1 约有约有20多个例外多个例外半满全满规则半满全满规则： 当轨道处于全满、半满时，原子较稳定。当轨道处于全满、半满时，原子较稳定。6s2惰性电子对效应惰性电子对效应 随核电荷增大，电子速度明显增大，这种效应对随核电荷增大，电子速度明显增大，这种效应对6s电子的影响尤其明显。由于电子

8、的影响尤其明显。由于6s电子相对于电子相对于5d电子有电子有更强的钻穿效应，受到原子核有效吸引更大。致更强的钻穿效应，受到原子核有效吸引更大。致使核外电子向原子核紧缩，整个原子能量下降。使核外电子向原子核紧缩，整个原子能量下降。 6s2惰性电子对效应对第六周期元素的性质有明显惰性电子对效应对第六周期元素的性质有明显影响，如：影响，如： 原子半径原子半径 元素低价稳定性元素低价稳定性 Tl6s26p1一价稳定，一价稳定，Pb6s26p2二价稳定二价稳定 物质状态变化物质状态变化 汞在常态下呈现液态等汞在常态下呈现液态等例题例题 A、B 两元素，A 原子的 M 层和 N 层的电子数分别比 B 原子的 M 层和 N 层的电子数多 8 个和 3 个。写出 A、B 两原子的电子排布式和元素符号，并指出推理过程。 答：A：As 1s22s22p63s23p63d104s24p3 B：Ti 1s22s22p63s23p63d24s2 推理 (1)由N 层A 的电子数比 B 的多 3 个可知，A必有p电子。所以其最高能级组的电子排布为4s23d104px。 (2)由M层A 的电子数比 B 原子的多 8 个