第六章原子结构ppt课件

1、基基 础础 化化 学学 THE BASIC CHEMISTRY 化工与制药学院基础化学学科部化工与制药学院基础化学学科部 第第6章章 原子结构原子结构6.6 主要的原子参数及其变化规律主要的原子参数及其变化规律6.1 概述概述6.2 核外电子运动状态的描述核外电子运动状态的描述6.3 多电子原子的能级多电子原子的能级6.4 多电子原子的核外电子排布规则多电子原子的核外电子排布规则6.5 原子的电子构型和周期律原子的电子构型和周期律3、重点掌握周期系内各元素原子的核外电子层结构的特、重点掌握周期系内各元素原子的核外电子层结构的特 征，并结合原子参数，熟悉元素性质周期性变化规律。征，并结合原子参数

2、，熟悉元素性质周期性变化规律。基基 本本 要要 求求1、从氢原子光谱了解能级的概念。了解原子核外电子、从氢原子光谱了解能级的概念。了解原子核外电子 运动的近代概念。掌握四个量子数对核外电子运动运动的近代概念。掌握四个量子数对核外电子运动 状态的描述。状态的描述。2、熟悉、熟悉s、p、d原子轨道和电子云的形状和伸展方向。原子轨道和电子云的形状和伸展方向。6.1 概概 述述一、光和光谱一、光和光谱 光是一种电磁辐射，光以能量或波长顺序排列得到光是一种电磁辐射，光以能量或波长顺序排列得到的光谱。的光谱。 原子被激发后也会发光，其光谱称为原子光谱。原子被激发后也会发光，其光谱称为原子光谱。连续光谱：光

3、发射的频率是连续分布的光谱。如太阳光谱。连续光谱：光发射的频率是连续分布的光谱。如太阳光谱。线光谱：光发射的频率是间断分布的光谱。如原子光谱。线光谱：光发射的频率是间断分布的光谱。如原子光谱。二、氢原子光谱二、氢原子光谱1、形成：将低压、形成：将低压H2置于放电管中，在其两端通以高压置于放电管中，在其两端通以高压 电流，使电流，使H2 H 原子基态）原子基态） H 原原 子激发态），子激发态）， 然后以光的形式辐射出光谱。然后以光的形式辐射出光谱。2、氢原子光谱的规律：、氢原子光谱的规律：（1氢原子光谱是线状光谱；氢原子光谱是线状光谱；（2各条谱线的各条谱线的、是不均匀的，但存在一定的规律。是

4、不均匀的，但存在一定的规律。422nnBB为常数，当为常数，当 n 分别等于分别等于3，4，5，6时计算就可以得到时计算就可以得到H、H、H、H波长。波长。三、原子的结构三、原子的结构原子核原子核质量很小质量很小9.1110-31 kg）运动空间小直径约运动空间小直径约10-10 m）高速运动高速运动106 m/s）原子原子电电 子子具有量子化特性具有量子化特性具有波粒二象性具有波粒二象性电子运动电子运动遵循量子力学规律遵循量子力学规律波粒二象性波粒二象性: 即波动性和粒子性即波动性和粒子性(具有一定的质量、动量和具有一定的质量、动量和 能量的粒子能量的粒子) E = h普朗克的量子化理论的核

5、心内容是：普朗克的量子化理论的核心内容是：物质辐射或吸收的能量是不连续的，而是量子化的。即：物质辐射或吸收的能量是不连续的，而是量子化的。即： 式中：式中： E：光子的能量；：光子的能量； ：光的频率；：光的频率； h: 普朗克常数普朗克常数 （h = 6.626210-34 J .S） 物质辐射或吸收的能量就是以这样一个能量单位物质辐射或吸收的能量就是以这样一个能量单位一份一份地或按照这个能量单位的整数倍一份一份地或按照这个能量单位的整数倍n ）辐射或吸）辐射或吸收，因而是不连续的。即上式也可写成收，因而是不连续的。即上式也可写成: E = n h 四、普朗克的量子化理论四、普朗克的量子化理

6、论 1900年，普朗克首先提出了著名的，当时被誉为物理学上年，普朗克首先提出了著名的，当时被誉为物理学上具有革命性的量子化理论。具有革命性的量子化理论。一个光子的能量一个光子的能量3 3、能量的吸收和释放的假设：电子运动时所处的能量状态称为能、能量的吸收和释放的假设：电子运动时所处的能量状态称为能级。在正常情况下，电子是在离核最近、能量最低的轨道上运动级。在正常情况下，电子是在离核最近、能量最低的轨道上运动的。此时电子既不释放能量，也不吸收能量，处于稳定状态，称的。此时电子既不释放能量，也不吸收能量，处于稳定状态，称为基态为基态n = 1n = 1的轨道）的轨道）五、五、 玻尔理论玻尔理论(三

7、个假设三个假设)1、定态轨道的假设：原子中的每个电子，都是围绕原子核在一个、定态轨道的假设：原子中的每个电子，都是围绕原子核在一个 固定的、有一定能量和有特定半径的定态圆形轨道上运动的。每固定的、有一定能量和有特定半径的定态圆形轨道上运动的。每 个轨道表达描绘了原子中电子的一种固定的运动状态。个轨道表达描绘了原子中电子的一种固定的运动状态。2、轨道能量的假设：轨道能量符合量子化特点。、轨道能量的假设：轨道能量符合量子化特点。 轨道所具有的轨道所具有的 能量随轨道离核距离不同而不同。离核越远的轨道能量越高。能量随轨道离核距离不同而不同。离核越远的轨道能量越高。 但当电子受到外界能量作用时，将吸收

8、能量，从离核近的一个轨道跃迁到离核远的某个轨道上，电子处于离核远的高能量轨道时，称为电子处于激发态n1的轨道）。处于激发态的电子是不稳定的其寿命10-8s），能以辐射的形式释放出多余能量并回到基态。 因为电子的能量与辐射能的频率成正比，即： E = h ，所以： E2 - E1= E = h = (E2 - E1) / h式中式中: h为普朗克常数为普朗克常数 6.626 10-34 J S，E的单位为的单位为J。 玻尔理论的局限性：玻尔理论的局限性： 1. 不能说明多电子原子光谱的规律和特征；不能说明多电子原子光谱的规律和特征； 2. 不能解释氢原子光谱的精细结构。不能解释氢原子光谱的精细结

9、构。波尔理论产生局限性的原因波尔理论产生局限性的原因:1. 运用研究宏观物体运动的方法研究原子核外电子的运动运用研究宏观物体运动的方法研究原子核外电子的运动;2. 没有考虑到电子是微粒，微粒的运动有其自身的特征。没有考虑到电子是微粒，微粒的运动有其自身的特征。 只有从微粒的运动特征出发，才能合理地反映微粒的运动特征。只有从微粒的运动特征出发，才能合理地反映微粒的运动特征。按经典的物理学理论，带电粒子作圆周运动按经典的物理学理论，带电粒子作圆周运动(变加速运动变加速运动)，必然发，必然发出电磁波，其结果必然是：原子必然发出连续的能量辐射，电子出电磁波，其结果必然是：原子必然发出连续的能量辐射，电

10、子的能量必然会越来越小，半径也会越来越小的能量必然会越来越小，半径也会越来越小, 最后电子会掉进原子最后电子会掉进原子核中，原子最终不能存在。核中，原子最终不能存在。六、波粒二象性六、波粒二象性 核外电子运动的特性核外电子运动的特性1、光子的二象性：、光子的二象性：20世纪初人们根据光的干涉、衍射和光电效应世纪初人们根据光的干涉、衍射和光电效应等大量实验认识到光既有波动的性质，又有微粒子的性质，即光等大量实验认识到光既有波动的性质，又有微粒子的性质，即光的波粒二象性。按照相对论的质能联系定律：的波粒二象性。按照相对论的质能联系定律： E = mc2 ； m = E/c2已知光子的能量：已知光子

11、的能量： E =h； c = 光子的动量：光子的动量： P = mc 故故: P = E/c = h/c = h/ 2、德布罗依提出实物粒子有波粒二象性的预言、德布罗依提出实物粒子有波粒二象性的预言1924） 如果光子具有二象性，那么微观粒子的运动是否也具有波动性如果光子具有二象性，那么微观粒子的运动是否也具有波动性呢？呢？德布罗依的假设被电子衍射实验所证实。德布罗依的假设被电子衍射实验所证实。电子衍射实验：电子衍射实验：19271927年，年，DavissonDavisson和和GermerGermer应用应用NiNi晶体进行的电子衍射实验证实了晶体进行的电子衍射实验证实了电子具有波动性。将

12、一束电子流经过一定的电压加速后通过金属单电子具有波动性。将一束电子流经过一定的电压加速后通过金属单晶，象单色光通过小圆孔一样发生衍射现象，在感光底片上，得到晶，象单色光通过小圆孔一样发生衍射现象，在感光底片上，得到一系列明暗相同的衍射环纹如下图）。一系列明暗相同的衍射环纹如下图）。 例如：一个速度为例如：一个速度为5.97 106 m s-1 的电子，其德布罗意波长为：的电子，其德布罗意波长为： = h / m =6.626 10-34 103g m2 s-1 /(9.11 10-28g)(5.97 106m s-1) = 1.22 10-10m = 0.122 nm对于质量为对于质量为m，速

13、度为，速度为的微粒，其波长可用下式求得：的微粒，其波长可用下式求得： = h / m 这种波称为德布罗意波或物质波。这种波称为德布罗意波或物质波。七、测不准原理七、测不准原理 1927年德国的物理学家海森堡提出了量子力学中的一个重年德国的物理学家海森堡提出了量子力学中的一个重要关系式要关系式 测不准关系：测不准关系： x . P h/4 x-粒子位置的不准确量粒子位置的不准确量 P-粒子动量的不准确量粒子动量的不准确量 该式表明：粒子位置的测定准确度越大该式表明：粒子位置的测定准确度越大(x 越小越小)，则其相应的动量的准确度就越小则其相应的动量的准确度就越小(P越大越大)，反之亦然。，反之亦

14、然。 6.2 核外电子运动状态的描述 量子力学从微观粒子具有波粒二象性出发，认为微观粒子的运动状态可用波函数(x,y,z)来描述。波函数可通过量子力学的基本方程求解。0)(822222222VEhmzyx 这便是著名的薛定谔方程式，式中：这便是著名的薛定谔方程式，式中：E是体系的总能是体系的总能量；量；V是体系的势能；是体系的势能；m为微粒的质量。为微粒的质量。一、薛定谔方程一、薛定谔方程 1926年，奥地利科学家薛定谔年，奥地利科学家薛定谔( E.Schrdinger )在考虑实物粒子的波粒二象性的基础上，通过在考虑实物粒子的波粒二象性的基础上，通过光学和力学的对比，把微粒的运动用类似于表光

15、学和力学的对比，把微粒的运动用类似于表示光波动的运动方程来描述。它的具体形式如下：示光波动的运动方程来描述。它的具体形式如下：0)(822222222VEhmzyxyxoPPrzx = r sin cos y = r sin sin z = r cos 22222222221118()(Sin)()0rSinSinmZerErrrrhr022300, 0, 1)(1aZreaZ05222,1,001()cos4 2ZraZea薛定谔方程的解不是具体的值，而是函数表达式，例如：薛定谔方程的解不是具体的值，而是函数表达式，例如：(1)波函数波函数是是Schrodinger方程的解，它不是一个数值，

16、而是一方程的解，它不是一个数值，而是一 个空间坐标的函数式。个空间坐标的函数式。(2) 解解Schrodinger方程可以获得一系列合理的解方程可以获得一系列合理的解及其相应的及其相应的 能量能量E ，电子的能量是不连续的，电子的能量是不连续的(量子化量子化) 。 每一能量每一能量E 称称 为为“定态定态”, 能量最小的称为能量最小的称为“基态基态” ,其余的称为其余的称为“激发态激发态” 。2 2(3) 本身的物理意义不明确本身的物理意义不明确, 但但 却有明确的物理意义。它却有明确的物理意义。它 表示在空间某处电子出现的概率密度，即在该点周围微单位表示在空间某处电子出现的概率密度，即在该点

17、周围微单位 体积中电子出现的概率，常用电子云来形象直观地表示它。体积中电子出现的概率，常用电子云来形象直观地表示它。 如下图：如下图：关于薛定谔方程的解关于薛定谔方程的解-波函数波函数的几点说明：的几点说明：二、波函数和原子轨道二、波函数和原子轨道（1波函数：解薛定谔方程所得出的波函数：解薛定谔方程所得出的是一系列的函数是一系列的函数表达式而表达式而 不是一个个数值，称不是一个个数值，称为波函数，它并没有实际的为波函数，它并没有实际的物理意义。物理意义。 是描述原子核外电子运动状态的数学函数式，是空是描述原子核外电子运动状态的数学函数式，是空间坐标间坐标 （X，Y，Z的函数。的函数。 波函数和

18、原子轨道是同义词， 波函数是原子轨道的数学表达式，用X，Y，Z表示。具体应用时，应注以量子数下标。 n,l,mX，Y，Z合理地描述了核外电子运动状态。 它是薛定谔方程的特定解。说明：微粒的运动根本不存在轨道，其实际含义是把电子在核外说明：微粒的运动根本不存在轨道，其实际含义是把电子在核外出现机会最多的区域称为轨道，代表微粒的一种运动状态。出现机会最多的区域称为轨道，代表微粒的一种运动状态。（2原子轨道：在量子力学中，把原子体系中的每一个这种波原子轨道：在量子力学中，把原子体系中的每一个这种波 函数叫原子轨道。函数叫原子轨道。电子运动电子运动状态描述状态描述波函数函数表达式）波函数函数表达式）解

19、薛定谔方程解薛定谔方程原子轨道原子轨道(波函数的图像）波函数的图像）2电子在空间某电子在空间某处的几率密度处的几率密度电子云电子云022300, 0, 1)(1aZreaZ05222,1,001()cos4 2ZraZea量子数量子数:指表示微粒运动状态的一些特定的不连续的数字。指表示微粒运动状态的一些特定的不连续的数字。n 1 2 3 4 5 6 K L M N O P 光谱符号光谱符号物理意义：决定核外电子的能量和电子离核的平均距离物理意义：决定核外电子的能量和电子离核的平均距离（1电子离核的平均距离最近的一层即第一电子层，用电子离核的平均距离最近的一层即第一电子层，用n = 1表表 示，

20、依此类推，可见示，依此类推，可见n越大电子离核的平均距离越远。越大电子离核的平均距离越远。三、四个量子数三、四个量子数 这些数字是用以表示电子能量、位置、原子轨道的形这些数字是用以表示电子能量、位置、原子轨道的形状和电子自旋方向等的正整数。状和电子自旋方向等的正整数。电子层：在一个原子内，具有相同主量子数的电子，近乎在同样电子层：在一个原子内，具有相同主量子数的电子，近乎在同样 的空间范围运动，这一范围称电子层。的空间范围运动，这一范围称电子层。1. 主量子数主量子数n）（2） 主量子数也可用光谱符号主量子数也可用光谱符号K, L, M, N表示。表示。（3n是决定电子能量高低的主要因素。 对

21、于单电子原子或离子）：n 值越大，电子的能量越高。 En = -2.1810-1822nz 对于多电子原子对于多电子原子(或离子或离子): 在原子轨道相同的情况下在原子轨道相同的情况下, n值越大值越大, 能量越高。（原因后面解释）能量越高。（原因后面解释） (1)对于给定的n 值，l 只能取小于n 的正整数。 l = 0，1，2，3，4，（n - 1）A. 每种每种 l 值表示一类电子云的形状轨道），其数值常用光谱符值表示一类电子云的形状轨道），其数值常用光谱符 号号s、p、d、f 等表示：等表示： 确定原子轨道的形状并在多电子原子中和主量子数一确定原子轨道的形状并在多电子原子中和主量子数一

22、起决定电子的能级。起决定电子的能级。主量子数主量子数n 角量子数角量子数 l 1 2 3 4 0 0, 1 0, 1, 2 0, 1, 2, 3 2、角量子数 l 当当l = 1，即为，即为p电子，电子，p 轨道呈哑铃形，如轨道呈哑铃形，如 2p 原子轨道：原子轨道：当当l = 0, 即为即为s 电子，电子，s 轨道呈球形对称，如轨道呈球形对称，如 1s 原子轨道：原子轨道：xyxyxzxzl 值0 1 2 3 4 l 的符号 s p d f g 同理，当同理，当l = 2, 即为即为d 电子，电子，d 原子轨道呈四叶梅花形：原子轨道呈四叶梅花形：xyyzxzxyxz0123012014s4p

23、4d4f 如果用如果用n表示电子层时，表示电子层时，l 就表示同一主电子层中所具有不同状态就表示同一主电子层中所具有不同状态 的分层的分层 电子亚层。电子亚层。l n主电子层主电子层分层分层0111s222s2p333s3p3d44由不同的由不同的n和和 l 组成各分层其能量必然不同，组成各分层其能量必然不同，从能量的角度上看，这些亚层称为能级。从能量的角度上看，这些亚层称为能级。 E1S E2S E3S E4SE4S E4P E4d E4fC. 在多电子原子中电子的能量决定于主量子数在多电子原子中电子的能量决定于主量子数n 和角量子数和角量子数l。当当 n 不同，不同，l 相同时，其能量关系

24、为：相同时，其能量关系为：当当 n 一样，一样，l 不同时，其能量关系为不同时，其能量关系为: 3、磁量子数、磁量子数(m)l 值 磁量子数 m 值01230-1, 0, +1-2, -1, 0, +1, +2-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 磁量子数(m)确定原子轨道在空间伸展的方向。m的数值受l 值的限制，m=0,1, 2,. l，所以当l 确定后，m可有 2l+1个值。当当l = 0, m = 0，这说明，这说明S电子层中只有一个轨道；电子层中只有一个轨道； 当 l=1, m= +1, 0, -1，p 轨道有三种取向，原子轨道 沿着直角坐标的x, y, z 三个轴的方向

25、伸展，分别称为 px ；py ；pz 。xyxyxzxz同理：当同理：当l = 3, 则则m=+3, +2, +1, 0, -1, -2, -3，说明，说明f 原子轨原子轨道有七种取向。道有七种取向。 当l = 2, m = +2, +1, 0, -1, -2, 说明对应的d原子轨道有五种取向，即dxy, dxz, dyz, dx2-y2 和dz2。xyyzxzxyxz等价轨道和简并轨道等价轨道和简并轨道 在相同的亚层在相同的亚层( l 值相同值相同)中的不同轨道，虽然中的不同轨道，虽然 它们电子云的取向不同，但它们的能量却是相同它们电子云的取向不同，但它们的能量却是相同 的，这样的轨道称为等

26、价轨道或简并轨道。的，这样的轨道称为等价轨道或简并轨道。 主量子数主量子数n 电子层；电子层； 角量子数角量子数l 电子亚层；电子亚层； 磁量子数磁量子数m 原子轨道的伸展方向。原子轨道的伸展方向。xyxzxz 量子数与原子轨道的关系如下：量子数与原子轨道的关系如下： 不同量子数与原子轨道之间的关系不同量子数与原子轨道之间的关系n l 轨道轨道 m 分轨道数分轨道数 总轨道数总轨道数 1 0 1s 0 1 1 2 01 2s 2p 0 +1, 0, -1 1 3 4 3 0 1 2 3s 3p 3d 0 +1, 0, -1 +2, +1, 0, -1, -2 1 3 5 9 4 0 1 2 3

27、 4s 4p 4d 4f 0 +1, 0, -1 +2, +1, 0, -1, -2 +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3 1 3 5 7 16 4、自旋量子数(ms) 电子在作自旋运动时，有两个相反的方向，用自旋量子数ms表示，它只有两个值 和 ，通常用箭头表示。，。2121 ms =211925 年年 Uhlenbeck 和和 Goldchmidt 提出了电子自旋的假设，提出了电子自旋的假设，认为电子除了绕核运动之外，还有自身旋转运动，具有自认为电子除了绕核运动之外，还有自身旋转运动，具有自旋角动量。旋角动量。 综上所述， 原子中每个电子的运动状态可以用n, l, m, ms

28、 四个量子数来描述。 n 决定原子轨道离原子核的平均距离和主要决定电子的能量; l 决定原子轨道的形状，同时也影响电子的能量; m 决定原子轨道在空间的伸展方向; ms 决定电子的自旋。 量子数与原子轨道的关系如下：量子数与原子轨道的关系如下：课前复习课前复习n l 轨道轨道 m 分轨道数分轨道数 总轨道数总轨道数 1 0 1s 0 1 1 2 01 2s 2p 0 +1, 0, -1 1 3 4 3 0 1 2 3s 3p 3d 0 +1, 0, -1 +2, +1, 0, -1, -2 1 3 5 9 4 0 1 2 3 4s 4p 4d 4f 0 +1, 0, -1 +2, +1, 0,

29、 -1, -2 +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3 1 3 5 7 16 按照波函数角度部分的关系式求出按照波函数角度部分的关系式求出Y( , )的值，再以原子核为的值，再以原子核为原原点，引出方向点，引出方向( , )的直线，直线的长度为的直线，直线的长度为Y值，将所有直线的值，将所有直线的端端点连接起来，在平面上得到的是一条曲线，这就是原子轨道的点连接起来，在平面上得到的是一条曲线，这就是原子轨道的角度分布图。角度分布图。05222,1,001()cos4 2ZraZea四、原子轨道的角度分布图和径向分布图四、原子轨道的角度分布图和径向分布图 (r, , ) = R(r)

30、Y( , ) 式中：式中：角度分布函数角度分布函数Y( , ): 只与两个角度有关；只与两个角度有关；径向分布函数径向分布函数R(r): 只与电子离核半径核距离有关。只与电子离核半径核距离有关。1、波函数的角度分布图：当、波函数的角度分布图：当r 一定电子层不变时，波函数角度一定电子层不变时，波函数角度部分部分Y( , ) 的值随的值随 , 变化而变化的情况。变化而变化的情况。作图方法：作图方法：如：如：( , )3cos4Y 分离变量分离变量下面以下面以 2,1,0 (即：即：2pz)为例，作出它的波函数角度分布图为例，作出它的波函数角度分布图:05222,1,001cos4 2ZraZre

31、a01530456090120135150165180Y1.00.970.87 0.710.500-0.50-0.71-0.87-0.97-1.0其角度部分为其角度部分为( , )3cos4Y 列表作图：列表作图：以此为母线绕以此为母线绕 z 轴旋转轴旋转 360 ，在空间形成如右图，在空间形成如右图 所示的一个曲所示的一个曲面。这就是面。这就是 2,1,0 的波函数角度分布图。该图是在的波函数角度分布图。该图是在 xOy平面上下平面上下各一个球形，上部分的各一个球形，上部分的 “+” 号和下部分的号和下部分的 “” 号是根据号是根据 Y 的表达的表达式计算的结果。式计算的结果。zy+-xYp

32、y+-xzYpx+-xYpzP轨道的角度分布图：轨道的角度分布图：+-+-+-+-+-+-+-+-YdxyYdyzYdxzYdx -y22Yd z2d轨道的角度分布图：轨道的角度分布图： 2、原子轨道的径向分布 1.03.02.01.02.01sr/a0R(r)2.04.06.08.0r/a0000-0.20.20.40.60.82 s 当角度不变，以当角度不变，以R(r)对对r作图作图, 表示在任何方向上表示在任何方向上R(r)随随r 变化的情况。根据径向波函数，求出相应的变化的情况。根据径向波函数，求出相应的R(r)和和r值，再作值，再作R(r)r图。就是径向波函数图。如图。就是径向波函数

33、图。如1s和和2s径向波函数图：径向波函数图：oaZroeaZrR230, 1)(2)( 五、几率密度和电子云五、几率密度和电子云电子云就是核外电子的几率密度电子云就是核外电子的几率密度23、电子云：表示核外电子几率密度大小的具体图像。、电子云：表示核外电子几率密度大小的具体图像。1、几率：电子在核外空间某区域内出现的机会多少称、几率：电子在核外空间某区域内出现的机会多少称 为几率。为几率。2、几率密度：电子在核外空间某处单位体积内出现、几率密度：电子在核外空间某处单位体积内出现 的几的几 率称为该处的几率密度。率称为该处的几率密度。 用用2 表示表示由于由于 (r, , ) = R(r) Y

34、( ， )所以所以 2(r, , ) = R2(r) Y2( ， ) （1电子云的角度分布图 以Y2 (，) 对，作图，可得到电子云的角度分布图。它表示同一曲面上不同方向上电子几率密度的相对大小。 电子云的角度分布图与原子轨道角度分布图相似，它们之间的主要区别有： a). 由于Y1(整个区域的总和），因此Y2一定小于Y，故电子云 的角度分布图要比原子轨道角度分布图“瘦些； b). 原子轨道角度分布图有正有负，而电子云角度分布图都是正 值，这是因为Y2总是正值。 S轨道：波函数的角度分布图与电子云的角度分布图的区别波函数的角度分布图与电子云的角度分布图的区别P电子云的角度分布图电子云的角度分布图

35、:yxY2pyxzY2pxxzY2pzzxyY2dxyY2dxzxY2dz2zY2dyzyxzyxY2dx -y22d电子云的角度分布图电子云的角度分布图:（2电子云的径布向分布电子云的径布向分布 以以R2(r)对对r作图，得到电子云的径向分布。表示任何方作图，得到电子云的径向分布。表示任何方向上，向上， 电子出现的几率密度随电子出现的几率密度随r变化情况。变化情况。电子云的径向分布曲线只有正值。电子云的径向分布曲线只有正值。abc 不同类型的电子云径向分布图的形状和高峰的数目不相同。1s、2s、2p.电子经向分布图上的高峰数分别为1、2、和1.。原子轨道的类型与径向分布图上所出现峰值的个数之

36、间存在一定的规律，峰值的个数取决于量子数n、l，并可用n-l计算得到。即： 峰数峰数 = n - l课前复习课前复习1.四个量子数四个量子数n l 轨道轨道 m 分轨道数分轨道数 总轨道数总轨道数 1 0 1s 0 1 1 2 01 2s 2p 0 +1, 0, -1 1 3 4 3 0 1 2 3s 3p 3d 0 +1, 0, -1 +2, +1, 0, -1, -2 1 3 5 9 4 0 1 2 3 4s 4p 4d 4f 0 +1, 0, -1 +2, +1, 0, -1, -2 +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3 1 3 5 7 16 2. 原子轨道的角度分布图和径

37、向分布图原子轨道的角度分布图和径向分布图 (r, , ) = R(r) Y( , )原子轨道的角度分布图原子轨道的角度分布图Y( , )R(r)原子轨道的径向分布图原子轨道的径向分布图R2(r)电子云的径向分布图电子云的径向分布图电子云的角度分布图电子云的角度分布图Y2 ( , )abcS电子云径向分布图电子云径向分布图6.3 多电子原子的能级多电子原子的能级 氢原子的核外只有一个电子，原子基态和激发态的能量都由主量子数确定，与角量子数无关。一、多电子原子的能级一、多电子原子的能级在多电子原子中各轨道的能量不仅与主量子数有关，而且与在多电子原子中各轨道的能量不仅与主量子数有关，而且与角量子数有

38、关。各原子轨道的能级主要是根据光谱实验来确定。角量子数有关。各原子轨道的能级主要是根据光谱实验来确定。在多电子原子中，由于电子之间的相互斥力，使得主量子数相在多电子原子中，由于电子之间的相互斥力，使得主量子数相同的各轨道产生能级分裂。同的各轨道产生能级分裂。E4S E4P E4d E4f 1、鲍林近似能级图、鲍林近似能级图 鲍林根据光谱实验的结果总结了多鲍林根据光谱实验的结果总结了多电子原子各轨道能级的相对高低并用图形电子原子各轨道能级的相对高低并用图形近似地表示出来，图中小圆圈代表原子轨近似地表示出来，图中小圆圈代表原子轨道，由上至下能量递增，同一水平位置上道，由上至下能量递增，同一水平位置

39、上的原子轨道为等价轨道。的原子轨道为等价轨道。 能级组：把能量相近的轨道归并在一起，能级组：把能量相近的轨道归并在一起，就称为能级组。就称为能级组。 从鲍林能级图可知原子轨道分为七个组，从鲍林能级图可知原子轨道分为七个组，能级组之间能量差较大。能级组是划分周能级组之间能量差较大。能级组是划分周期的依据。期的依据。 2、屏蔽效应和钻穿效应、屏蔽效应和钻穿效应 前面的能级图和徐光宪规则都是经验的总结，不能前面的能级图和徐光宪规则都是经验的总结，不能从理论上说明能级分裂的原因。为了说明能级交错的原从理论上说明能级分裂的原因。为了说明能级交错的原因，必须根据屏蔽效应和钻穿效应来解释。因，必须根据屏蔽效

40、应和钻穿效应来解释。 1)屏蔽效应屏蔽效应 在多电子体系中，电子不仅受到原子核的吸引，而且在多电子体系中，电子不仅受到原子核的吸引，而且受到其它电子的排斥。受到其它电子的排斥。.ee12Z- 电子受到的屏蔽效应愈大，电子受到的有效核电荷的作用愈小，所以电子所具有的能量愈高。 某一电子受内层电子的排斥的结果，相当于原子核某一电子受内层电子的排斥的结果，相当于原子核对该电子吸引作用的减小，可以认为，内层电子的这种对该电子吸引作用的减小，可以认为，内层电子的这种屏蔽削弱了原子核对该电子的吸引作用。其结果相当于屏蔽削弱了原子核对该电子的吸引作用。其结果相当于该电子受到的有效核电荷数减少了。因而，该电子

41、受到该电子受到的有效核电荷数减少了。因而，该电子受到的核电荷的实际作用力，等于核电荷减去排斥力，即：的核电荷的实际作用力，等于核电荷减去排斥力，即：Z*表示实际作用于电子的核电荷称为有效核电荷。表示实际作用于电子的核电荷称为有效核电荷。Z* = Z - 称为屏蔽常数称为屏蔽常数 从量子力学的观点，电子可以出现在原子内的任何位置，最外层电子也可能出现在离核很近的位置，也就是说外层电子也可以钻入内电子壳层而更靠近核：这种电子渗入原子内部空间而靠近核的本领称为钻穿。 2)钻穿效应钻穿效应 钻穿的结果降低了其它电子对它的屏蔽作用，从而使它感受到较大钻穿的结果降低了其它电子对它的屏蔽作用，从而使它感受到

42、较大的有效核电荷，降低了轨道的能量。电子钻穿的愈靠近核，电子的的有效核电荷，降低了轨道的能量。电子钻穿的愈靠近核，电子的能量愈低。这种由于电子钻穿而引起能量变化的现象称为钻穿效应。能量愈低。这种由于电子钻穿而引起能量变化的现象称为钻穿效应。 钻穿效应还可以说明钻穿效应还可以说明ns与与(n-1)d轨道的能级交错。虽轨道的能级交错。虽然然4s最大峰比最大峰比3d的离核要远，但它的小峰很靠近核，因而，的离核要远，但它的小峰很靠近核，因而，4s比比3d穿透要大，穿透要大，4s的能量比的能量比3d要低，使能级产生交错。要低，使能级产生交错。 电子钻穿效应的大小可从核外电子径向分布函数图看出：电子钻穿效

43、应的大小可从核外电子径向分布函数图看出： 鲍利不相容原理：在同一原子中不可能有四个量子数完全相同鲍利不相容原理：在同一原子中不可能有四个量子数完全相同 的两个电子。的两个电子。如果如果n, l, m相同，则相同，则ms一定不同。一定不同。即同一原子轨道中最多只能容纳即同一原子轨道中最多只能容纳2个自旋相反的电子。应用个自旋相反的电子。应用鲍利原理可以推算出某一电子层或亚层中电子的最大容量。鲍利原理可以推算出某一电子层或亚层中电子的最大容量。6.4 多电子原子的核外电子排布的规则多电子原子的核外电子排布的规则1、能量最低原理、能量最低原理电子首先进入能量较低的原子轨道，依次由低向高排电子首先进入

44、能量较低的原子轨道，依次由低向高排布。这一原则称为能量最低原理。电子填充的顺序为：布。这一原则称为能量最低原理。电子填充的顺序为：1s2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p ns (n-2)f (n-1)d np2、鲍利不相容原理、鲍利不相容原理对于对于C 原子来说，按前面所述的原则，电子的填充有以下原子来说，按前面所述的原则，电子的填充有以下 三种方式：三种方式：1s2s2p1s2s2p1s2s2p例如：例如：H: 1s1 ; He: 1s2 ; Li: 1s22s1 ; Be: 1s22s2 ; B: 1s22s22p1从

45、前面的讨论可知：每个电子层电子最大容量为从前面的讨论可知：每个电子层电子最大容量为2n2。 3、洪特规则、洪特规则 电子在亚层的各轨道上填充时，尽可能的分占不同轨电子在亚层的各轨道上填充时，尽可能的分占不同轨道并保持自旋方向相同。这个规律称为洪特规则。所以道并保持自旋方向相同。这个规律称为洪特规则。所以C的电子填充采取第三种方式。的电子填充采取第三种方式。C: 1s22s22px12py1; N: 1s22s22px12py12pz1; O: 1s22s22px22py12pz1; F: 1s22s22px22py22pz1;Ne: 1s22s22px22py22pz2。原子实：用加方括号的稀

46、有气体符号代替原子内和稀原子实：用加方括号的稀有气体符号代替原子内和稀有气体具有相同电子结构的那部分内电子层构型有气体具有相同电子结构的那部分内电子层构型 2、10、18、36 等等： 1s2 He ; 1s22s22p6 Ne ; 1s22s22p63s23p6 Ar 1s22s22p63s23p64s23d104p6 Ke 根据上述三原则根据上述三原则,写出下列各原子的核外电子排布写出下列各原子的核外电子排布:19K:20Ca:40Zr:74W:1s22s22p63s23p64s11s22s22p63s23p64s21s22s22p63s23p65s25p65s23d104s24d24d1

47、06s24p61s22s22p63s23p64s23d104f145d44p6Ar 4s1Ar 4s2Ke 4d2 5s2Xe 4f14 5d4 6s2原子序数为的原子序数为的r，其电子排布为：，其电子排布为： Ar4s3d而实验结果却是：而实验结果却是：Ar4s13d5，这似乎不合理，由此见：，这似乎不合理，由此见：洪特规则还包括另一个内容：等价轨道全满、半满或全空洪特规则还包括另一个内容：等价轨道全满、半满或全空时体系比较稳定。时体系比较稳定。 洪特规则特例洪特规则特例 半满：半满：p3或或d5或或f7 全满：全满：p6或或d10或或f14 全空：全空：p0或或d0或或f0 例：写出下列原

48、子序数分别为例：写出下列原子序数分别为53、82、27和和48的元素的核外电子排的元素的核外电子排布式。布式。 4d106p2Ar 3d74s2Kr 4d105s25p582Pb：27Co:48Cd:解：解： 53I：Kr5s2Xe6s24f145d10课前复习课前复习1.1.原子轨道的角度分布图原子轨道的角度分布图, ,径向分布图径向分布图 电子云的角度分布图电子云的角度分布图, ,径向分布图径向分布图2.多电子原子的能级多电子原子的能级3.屏蔽效应和钻穿效应屏蔽效应和钻穿效应4.核外电子排布的三原则核外电子排布的三原则价电子：原子参加反应时，可能参加成键的电子。一般是外层电价电子：原子参加

49、反应时，可能参加成键的电子。一般是外层电 子，以及次外层子，以及次外层d电子和倒数第三层电子和倒数第三层f电子。电子。价电子构型：表示原子核外最高能级组的电子排布或外围电子价电子构型：表示原子核外最高能级组的电子排布或外围电子 构型），即价电子的排布。构型），即价电子的排布。应掌握描述原子构型的书写方式：即：应掌握描述原子构型的书写方式：即： 1. 电子排布式电子排布式 2. 轨道表示式轨道表示式 3. 原子实原子实如如: Zn: Ar3d104s2 Gd: Xe4f75d16s2原子丢失电子的顺序：原子丢失电子的顺序：np, ns, (n-1)d, (n-1)f如：如：Co: Ar 3d74

50、s2 Pb: Xe 4f145d106s26p2 6.5 原子的电子结构和元素周期律 一、元素周期律 当我们把元素按其原子序数即核电荷数递增的顺序依次排列成周期表时，每一个周期的元素原子最外层上的电子数从1增加到8除第一周期为2外），呈现出明显的周期性变化。换句话说各周期的元素都是从碱金属开始，并以稀有气体元素结束，而每一次重复，都意味着一个新周期的开始，一个旧周期的结束。 二、电子构型与周期表的关系 1、原子的电子构型与周期的关系 周期表中的横行称为周期。共有七个周期：周期 能级组 能级组中原子轨道 元素数目 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1s 2s2p 3s3p

51、4s3d4p 5s4d5p 6s4f5d6p 7s5f6d (未完) 2 8 8 18 18 32 尚尚未未布布满满 1). 各周期中元素的数目等于相应能级组中原子轨道能容纳的各周期中元素的数目等于相应能级组中原子轨道能容纳的电子总数。电子总数。比较电子结构与元素周期系的关系，可得到如下结论：比较电子结构与元素周期系的关系，可得到如下结论：2). 随原子核电荷数的增加，原子的最外层经常重复出现同样随原子核电荷数的增加，原子的最外层经常重复出现同样的电子构型。所以元素性质能呈现周的电子构型。所以元素性质能呈现周 期性的改变，也正是由于期性的改变，也正是由于原子最外层电子构型这种周期性出现的结果。

52、原子最外层电子构型这种周期性出现的结果。3) . 元素原子的电子层数等于该元素在周期表所处的周期数，即元素原子的电子层数等于该元素在周期表所处的周期数，即原子的最外层的主量子数代表该元素所在的周期数。原子的最外层的主量子数代表该元素所在的周期数。 ( 注意注意:Pd 例外例外 46Pd Kr 4d85s2, 实际为实际为:46Pd Kr4d10 ） 2、电子构型和族的关系： 周期表中的纵列称为族，共有18个纵列，包括8个主族，8个副族。 主族A族）：凡包含短周期和长周期的各纵 列称为主族。 副族B族）：仅包含长周期的各纵列称为副族。 （1主族元素：原子最后填充的电子填充在s或p轨道上，其价电子

53、结构为：ns1-2np1-6 通常将VIII主族称为0族。 N: He2s22p3, 价电子数为5，在第五族 Cl:He2s22p5, 价电子数为7，在第七族 主族元素原子所在的族数主族元素原子所在的族数=其价电子总数其价电子总数 Cr: Ar3d54s1, 价电子数为价电子数为6，在，在VIB族族 Tc: Kr4d55s2, 价电子数为价电子数为7，在，在VIIB族族 B B： 最外层电子数最外层电子数 = 族数族数 BB： 最外层电子数最外层电子数+次外层未充满的次外层未充满的d电电子数子数 = 族数族数 （2副族元素： 原子最后填充的电子填充在(n-1)d轨道上，其价电子结构为： (n-

54、1)d1-10ns1-2，课前复习课前复习1.鲍林近似能级图鲍林近似能级图2. 能级交错的原因能级交错的原因3. 电子填充的三原则电子填充的三原则4. 用原子实来表示核外电子的排布用原子实来表示核外电子的排布Zn: Ar3d104s25. 原子丢失电子的顺序：原子丢失电子的顺序：np, ns, (n-1)d, (n-1)f6. 元素周期律元素周期律7. 电子构型与周期的关系电子构型与周期的关系周期 能级组 能级组中原子轨道 元素数目 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1s 2s2p 3s3p 4s3d4p 5s4d5p 6s4f5d6p 7s5f6d (未完) 2 8 8

55、 18 18 32 尚未布满尚未布满 8. 周期表中族的划分周期表中族的划分例题：某元素的原子序数小于例题：某元素的原子序数小于36，其原子失去两个价电，其原子失去两个价电子后，量子数子后，量子数l=2的亚层刚好半充满。试推测该元素。的亚层刚好半充满。试推测该元素。 Mn（5） f区元素：最外层电子构型为区元素：最外层电子构型为(n-2)f1-14(n-1)d0-2ns2,包括镧系包括镧系元元 素和锕系元素。（内过渡元素）素和锕系元素。（内过渡元素） 3、电子构型与区的划分、电子构型与区的划分根据电子排布的情况及元素原子的最外层电子构型，可把周期表根据电子排布的情况及元素原子的最外层电子构型，

56、可把周期表划分为五个区：划分为五个区：（1s区元素：最外层电子构型为区元素：最外层电子构型为ns1-2, 其中包括其中包括 IA和和IIA族元素。族元素。（2） P区元素：最外层电子构型为区元素：最外层电子构型为ns2np1-6，包括，包括IIIA到到VIIIA 族族0族元素。族元素。（3d区元素：最外层电子构型为区元素：最外层电子构型为(n-1)d1-9ns1-2，包括，包括IIIB到到 VIIIB族元素。（过渡元素）族元素。（过渡元素）（4ds区元素：最外层电子构型为区元素：最外层电子构型为(n-1)d10ns1-2,包括包括IB和和 IIB族元素。（过渡元素）族元素。（过渡元素）IAII

57、A12IIIB IVBVB VIB VIIBVIIIBIBIIBIIIA IVAVA VIA VIIA01234567sddspf区区区区区族周期镧系锕系3456789101112131415161718.已知元素所在周期和族数，请写出它们的核外电子排布。已知元素所在周期和族数，请写出它们的核外电子排布。 （1周期数为周期数为3、族数为、族数为IIA （2周期数为周期数为6、族数为、族数为VIIB （3周期数为周期数为4、族数为、族数为IVA课课 堂堂 练练 习习.请依据下列原子序数写出各元素的电子排布式、请依据下列原子序数写出各元素的电子排布式、 及其所在周期、族、区。及其所在周期、族、区。

58、11、21、53、60、8080 Xe 4f145d106s2 、 IIB 、 ds区、六周期区、六周期Ar 3d104s24p2 Ne3s2Xe 4f145d56s211 Ne3s1 、IA、s区、三周期区、三周期21 Ar 3d14s2、 IIIB 、d区、四周期区、四周期53 Kr 4d105s25p5 、VIIA 、 p区、五周期区、五周期60 Xe 5d56s1、 VIB 、d区、六周期区、六周期6-6 主要的原子参数及其变化规律主要的原子参数及其变化规律 原子的某些性质，如有效核电荷、原子半径、电离能 、电子亲和能、电负性等都与原子结构有关，并对元素的物理性质和化学性质有重大影响。

59、通常把表征原子基本性质的物理量称为原子参数。 一、有效核电荷 随原子序数增加，原子的核电荷呈线性增加，但有效核电荷Z*却呈周期性变化。这是因为屏蔽常数的大小与原子的电子结构有关，而电子构型是呈周期性变化的。 (1)在短周期中：元素从左到右电子依次填充到最外层，由于同层电 子间屏蔽作用弱，故有效核电荷显著增加。 （2在长周期中：从第三个元素开始，电子加到次外层，这些进在长周期中：从第三个元素开始，电子加到次外层，这些进入次外层的电子所产生的屏蔽作用要比它们进入最外层时大得多，入次外层的电子所产生的屏蔽作用要比它们进入最外层时大得多，所以尽管原子序数有所增加，但有效核电荷却增大不多；所以尽管原子序

60、数有所增加，但有效核电荷却增大不多； 当次外层电子半充满或全充满时，由于屏蔽作用突然增大，当次外层电子半充满或全充满时，由于屏蔽作用突然增大，有效核电荷略有下降；有效核电荷略有下降； 但在长周期的后半部，电子又填充到最外层，有效核电荷但在长周期的后半部，电子又填充到最外层，有效核电荷又显著增加。又显著增加。（3同一族中：元素从上至下，虽然核电荷增加较多，但相邻同一族中：元素从上至下，虽然核电荷增加较多，但相邻元素之间依次增加一个电子内层，因而屏蔽作用也较大，所以元素之间依次增加一个电子内层，因而屏蔽作用也较大，所以有效核电荷增加不显著。有效核电荷增加不显著。.HHeLiNeNaArKCrCuK