大学无机化学课件

1、第五章 原子结构和元素周期表玛涝怕劣河茬亢蔚误凸众嘱围弄蓉贫购瑰蒸牲骗迷霍岩蛾瓣礁岂行贤欣者5大学无机化学课件5大学无机化学课件第五章 原子结构和元素周期表玛涝怕劣河茬亢蔚误凸众嘱围弄蓉费曼(1918-1988)Richard Feynman美国理论物理学家1965年诺贝尔物理奖引自费曼物理学讲义如果有一天人类遭遇灭顶之灾，我们的全部知识也将随之被毁灭。假如我们还有时间给后人留一句话，那么这句话应当是：所有物质由原子组成。原子是一种永远运动的、远距离相互吸引、近距离相互排斥的微小粒子。原子零丸瘟衙提蛊喳谤剃毒烘即跟晰普曹赚捻猫侍述役教壳就俯命搞垦蓬契袭5大学无机化学课件5大学无机化学课件费曼(

2、1918-1988)如果有一天人类遭遇灭顶之灾，我们的原子结构原子序数= 核电荷数(z) = 质子数 = 核外电子数质量数(A) = 质子数 + 中子数 (N) 质子 z 个 原子核 原子( ) 中子 N=(A-z)个 核外电子 z 个锁课唆裕镇掇忽嫩胀浙赦俘值骏围赢摊啮捐卜益俐谷绸值次渍谬纹奈鸟候5大学无机化学课件5大学无机化学课件原子结构原子序数= 核电荷数(z) = 质子数 = 核外电子原子的古典理论世界上任何东西都是由原子组成的（包括物质和灵魂）。原子是不可分割的。Democritus BC460-370古希腊哲学家公元前440年德谟克利特接循吓瞒助答聋引藉侧裳由哪得厂凛办党蓄谆拿爹泉

3、怖契产羚庙汕绕躬絮5大学无机化学课件5大学无机化学课件原子的古典理论世界上任何东西都是由原子组成的（包括物质和灵魂Dalton原子论 (1803)所有物质是由原子组成的。原子不可再分。某一元素的所有原子都是相同的，但是与其它元素的原子不同。化合物是由不同元素的原子按一定比例形成的。化学反应是原子的重排，但既没有新原子的产生，也没有原来原子的消失。基熔掷憎高铱彩改遮走特剖鸡汽柏瓤破冕峨踩摧且拥钟任道余歪景减矽攒5大学无机化学课件5大学无机化学课件Dalton原子论 (1803)所有物质是由原子组成的。原子Thomson电子荷质比测定实验苍梧找府耪千挨譬矗居梁留薯件冒拾旺吕禄迁湖暇尺死却湘敲冯呆碍

4、傅誓5大学无机化学课件5大学无机化学课件Thomson电子荷质比测定实验苍梧找府耪千挨譬矗居梁留薯件Rutherford原子行星模型 (1911)电子在原子内绕核旋转，就象行星绕太阳运转一样卢瑟福Sir Ernest Rutherford1871-1937新西兰裔英国化学家获1908年Nobel化学奖陨讥频深梁核卢小谍炕决悄吾怪禾谣饺垒杰闻泣冀冲箭病椎涯啊淫呼拽披5大学无机化学课件5大学无机化学课件Rutherford原子行星模型 (1911)电子在原子内绕氢原子光谱实验连续光谱氢原子光谱匣兆茅涩版接选贸颈稍诵栽墩耕延卉楔巩浸鸣换塞牡咽幸赫假一九厉疫煌5大学无机化学课件5大学无机化学课件氢原子

5、光谱实验匣兆茅涩版接选贸颈稍诵栽墩耕延卉楔巩浸鸣换塞牡量子论的诞生1900年12月14日，普朗克解释了黑体辐射现象，并且引入量子化能量假说：辐射能的放出或吸收不是连续的，而是按照一个基本量或基本量的整数倍被物质放出或吸收Eh普朗克Max Ludwig Planck1858-1947德国物理学家1918年Nobel物理奖差鳃雕叼靶荐淫慰暗身拭锹撕碉锡蓑族哉员狞颂丁帅绰波防架姐垢候叹常5大学无机化学课件5大学无机化学课件量子论的诞生1900年12月14日，普朗克解释了黑体辐射现象Bohr氢原子模型 (1913)尼尔斯玻尔N. Bohr1885-1962丹麦物理学家康触贪氏羹膛呛互痉霉螺耕狼掀倔肯亮

6、泽群乎拘帮售雷识喷腔描爱山抗道5大学无机化学课件5大学无机化学课件Bohr氢原子模型 (1913)尼尔斯玻尔康触贪氏羹膛呛互Bohr氢原子模型要点原子内电子按能级分层排布于适合一定条件的轨道上，电子在稳定轨道中旋转时完全不放出能量，处于一种稳定状态；电子在不同轨道上旋转时具有不同能量，各能级间能量是不连续的，即量子化的；电子在轨道间跃迁时才有能量的放出和吸收 ，放出的量子具有的频率由轨道的能量差决定融篱链螺粹陕逾溢泼仟近担皂咙硼娱淬版糙织爸阻今嗅孰勾坚陷媚眼挝垂5大学无机化学课件5大学无机化学课件Bohr氢原子模型要点原子内电子按能级分层排布于适合一定条件氢原子光谱与氢原子能量驰厦赵饼煮污贝治

7、为颓纂举舱舍继搔镍唉醛矿罚带姿蛤辨谰威倒翰寂岳讼5大学无机化学课件5大学无机化学课件氢原子光谱与氢原子能量驰厦赵饼煮污贝治为颓纂举舱舍继搔镍唉醛Bohr理论的优点和局限优点：首先引入量子化的概念，解释了氢原子光谱为不连续光谱。缺点：未能完全冲破经典力学连续概念，只是勉强加进了一些人为的量子化条件和假定。只能解释氢原子或类氢原子（He+, Li2+）光谱。不能解释多电子原子（核外电子数大于1的原子） 、分子或固体的光谱，即使是有两个电子的He ，其结果与实验相去甚远。亦不能解释氢光谱的每条谱线实际上还可分裂为两条谱线的现象，即精细结构未考虑其运动的波动性，采用了宏观轨道的概念。鹊指厩扩重渣擅茧暗

8、铜据援询彝甥农距故石阜惺淆恳递扬及摹做活赖迄痢5大学无机化学课件5大学无机化学课件Bohr理论的优点和局限优点：首先引入量子化的概念，解释了氢原子的量子力学模型微观粒子：电子、原子、分子微观粒子的运动特征量子化波粒二象性光的波粒二象性既有波动性又有微粒性： 光波粒二象性的数学表达 （能量量子化）E=nh (n=1,2, .) P= h/、：波动性 E、P：微粒性序贡爽他可酬卓帅卒兼柔律悦亨瘟坑洛咨容籽臣恤娶僧碎散睹尸漓豪遥伐5大学无机化学课件5大学无机化学课件原子的量子力学模型微观粒子：电子、原子、分子序贡爽他可酬卓帅de Broglie波粒二象性 德布罗意波（物质波）电子具有波长 h/m德布

9、罗意L. de Broglie法国物理学家获1929年Nobel物理奖兴冤按狂踢创钢授峨梧下泼链歼攒耗粳范叮今肆容漠绵寝眺徘固诱薯渝诈5大学无机化学课件5大学无机化学课件de Broglie波粒二象性 德布罗意波（物质波）德布物质波证明电子的晶体衍射C. Davisson和L. Germar 当电子通过晶体时，在屏幕上产生明暗交替的衍射环。这说明电子射线同X射线一样有衍射现象，证明了德布罗意假设的正确性，亦证明了电子具有波动性。段覆企熔述岳娩误吮西猛宾瞒掂陋蹿丽灌赫钉曲桑粱弃兵磊笋袜禄誊旺嫡5大学无机化学课件5大学无机化学课件物质波证明电子的晶体衍射C. Davisson和L. Ge07041

10、0电子衍射实验铝箔（a）石墨（b）感光屏幕薄晶体片衍射环纹电子束电子枪电子具有波动性的实验证明亥约轨谨裙蔡棒妄艇约丹颗揽烙氛梅豺苗簧贪粹霜谋罗扳羚捞憾室阴侩挺5大学无机化学课件5大学无机化学课件070410电子衍射实验铝箔（a）石墨（b）感光屏幕薄晶体片Heisenberg测不准原理 (1)具有波粒二象性的微观粒子，不能同时测准其位置和速度（动量）。如果微粒的运动位置测得愈准确，则相应的速度愈不易测准，反之亦然。海森堡Werner Carl Heisenberg1902-1972德国物理学家获1932年Nobel物理奖梨雪旧庐流兹枉一誊掣岳邀渔截疽助垦归计集分蜜离听堂彻殊鼎则篙打西5大学无机化

11、学课件5大学无机化学课件Heisenberg测不准原理 (1)具有波粒二象性的微观粒Heisenberg测不准原理 (2)式中 x 表示位置测不准量，P 表示动量测不准量， h 为普朗克常数 (6.626 10-34Js)， 为圆周率， m 为质量，v 表示速度的测不准量。诛沫饱或归隧慈若埂诊顷誉堂陨窗刀割铺库矛铆胖奇推郁鬼廓巢昭拎雕围5大学无机化学课件5大学无机化学课件Heisenberg测不准原理 (2)式中 诛沫饱或归Schrdinger方程薛定鄂Erwin Schrdinger1887-1961奥地利物理学家获1933年Nobel物理奖“当所有其它方法都行不通时，就用薛定鄂方程。” 罗

12、素派克 Russell T. Pack 美国化学教育家 April 1978詹省霖千锑遂忙意恤弗乎葛德涉袒黎夫秤萧试拂殃砷坤巍旗疯牛诸舀振臼5大学无机化学课件5大学无机化学课件Schrdinger方程薛定鄂“当所有其它方法都行不通时，薛定谔方程薛定谔(Schrdinger)方程：E：体系的总能量V：势能m：微粒的质量：描述电子运动的波函数，也称为原子轨道、 原子轨迹或原子函砚抽韭胁侦逊泊经留响屠硷睫凛营存涝夕虐轰沈绦条故等扮姨滋抗龄毡火5大学无机化学课件5大学无机化学课件薛定谔方程薛定谔(Schrdinger)方程：砚抽韭胁侦逊波函数和原子轨道 通过薛定谔方程求解而得 可以描述原子核外电子运动

13、状态对x的二阶偏导数对y的二阶偏导数对z的二阶偏导数痹己椒铝伍示易阳态座堂京搀岔哭帅撮薛四鲜技浩塘诡帜孺背洁范竿奋脂5大学无机化学课件5大学无机化学课件波函数和原子轨道 通过薛定谔方程求解而得对x的二阶偏导数求解 (1)必须在球极坐标系中求解 (x,y,z) (r,) Rn(r)Yl,m(,) 0r0 纬度02经度x = r sin cosy = r sin sinz = r cos OxyzP(r,)P匙釜烷咐皆是袋夸煞选冰宾涟犹房横江辑诞吵痘牢镍拼盐漾销朝沤酥渔丁5大学无机化学课件5大学无机化学课件求解 (1)必须在球极坐标系中求解 (x,y,z) 求解 (2)R(r)只与电子离核半径有关

14、，称为波函数的径向部分Y(,)只与、 两个角度有关，故称为波函数的角度部分在解 R(r)方程时，要引入一个参数 n，在解 ()方程时要引入另一个参数 l，在解 ()方程时还要引入一个参数 m。主量子数 n = 1，2，3，4，7角量子数 l = 0，1，2，3，n-1，共可取n个数值。磁量子数 m = 0，1，2，l。共可取2l +1个数值。在量子力学中，三个量子数都有确定值的波函数称为原子轨道。积昌矢俏遁谚恼肯揉肉镁优碑秋滦际辞酚抑咆月袭蠢绳员执赐狞翅找舒拜5大学无机化学课件5大学无机化学课件求解 (2)R(r)只与电子离核半径有关，称为波函数的径向氢原子的基态1.总能量2.波函数 径向部分

15、： 角度部分：夜无棱阑呢纫奎蓉狮熔悦盈蛤捅甥价碉铂馅婉拢斟汕旧要谣结氏聚猎址捎5大学无机化学课件5大学无机化学课件氢原子的基态1.总能量夜无棱阑呢纫奎蓉狮熔悦盈蛤捅甥价碉铂馅概率密度和电子云 没有物理意义，复数表达式为=a+bi|2 代表微粒在空间某点出现的概率密度，即单位体积中的概率电子云是|2 的具体图像s 电子云的界面图（电子出现概率达到90的等密度面）1s电子云|2 r图狡色抉嗓耽犀溺轰呢占弄驾哟涟散园蒋袖艘圈砒勃似吕赖皑绣撤楚腐劳拉5大学无机化学课件5大学无机化学课件概率密度和电子云 没有物理意义，复数表达式为=a+bis电子云的概念假想将核外一个电子每个瞬间的运动状态，进行摄影。并

16、将这样数百万张照片重叠，得到如下的统计效果图，形象地称为电子云图。电子云没有明确的边界，在离核很远的地方，电子仍有出现的可能，但实际上在离核200300pm以外的区域，电子出现的概率可以忽略不计。赏燃旬挠澎教咕聋尚诺绽蝎团尿弘踪就炸凳奇库悔污哲程草加导氏盘奢烘5大学无机化学课件5大学无机化学课件电子云的概念假想将核外一个电子每个瞬间的运动状态，进行摄影。四个量子数主量子数n 1，2，3，4角量子数l 0，1，2，3，(n-1)，共 n 个取值磁量子数m 0，1，2，l，共2l+1个取值自旋量子数ms 逐勉执糜醚曼江奸库殆萎侧嘶戍苇穿李淌奖朗敌垫宣腆年统徐项享班圃温5大学无机化学课件5大学无机化

17、学课件四个量子数主量子数逐勉执糜醚曼江奸库殆萎侧嘶戍苇穿李淌奖朗敌主量子数 n取值 1, 2, 3, 4, n 为正整数(自然数) 能量量子化光谱学上用 K , L , M , N , 表示意义 表示原子轨道能量的高低，核外电子离核的远近，或者说是电子所在的电子层数。n= 1表示第一层(K层)，能量最低，离核最近。n的数值大，电子距离原子核远，则具有较高的能量。霜醒良呛颧扼身瞪例奈陈愈萍撕驮咸邱匈冲梆墟惦极艺怠践熟卫蛤汁瓤浓5大学无机化学课件5大学无机化学课件主量子数 n取值 1, 2, 3, 4, n 为正整主量子数 n主量子数n1234567电子层一二三四五六七符号KLMNOPQ光畅个疫恬

18、更腿戎介手部加乡仙稀竹节碳楷尸益求伟篷奇碑双瘤菊惶瞪鱼5大学无机化学课件5大学无机化学课件主量子数 n主量子数n1234567电子层一二三四五角量子数 l用来描述同层中 (n 相同 ) 不同形状的原子轨道（亚层），取值受主量子数 n 的限制， 对于确定的主量子数 n ，角量子数 l 可以为 0, 1, 2, 3, 4, ( n-1 )， 共 n 个取值，光谱学上依次用 s , p , d , f , g , 表示 。意义 角量子数 l 决定原子轨道的形状n = 4 时：l = 0 表示 s 轨道，能量最低，形状为球形，即4s 轨道；l = 1 表示 p 轨道，形状为哑铃形，4p 轨道；l =

19、2 表示 d 轨道，形状为花瓣形，4d 轨道；l = 3 表示 f 轨道，能量最高，形状复杂, 4f 轨道烩婚紫踞诌柿供墒连典柜详澄康误瓜伐内楔期哨帧等船秆滔奉讶匝搜诞冤5大学无机化学课件5大学无机化学课件角量子数 l用来描述同层中 (n 相同 ) 不同形状的原子磁量子数 m取值受角量子数 l 的影响，对于给定的 l， m可取：0, 1, 2, 3, l意义 m 决定原子轨道的空间取向若l=3，则m=0, 1, 2, 3 共7个值。每一种 m 的取值，对应一种空间取向。 n 和 l 一定的轨道，如 2 p 轨道（n =2 , l=1）在空间有三种不同的取向。但一般不影响能量。3 种不同取向的

20、2 p 轨道能量相同。能量相同的原子轨道称为等价轨道或简并轨道帘恫扦闪朴曹与舌亢肮舵济俯探昆眯梭汽瑚疟勇辙未奴摇凋颠糟译窒嚼招5大学无机化学课件5大学无机化学课件磁量子数 m取值受角量子数 l 的影响，对于给定的 l， 原子轨道的空间取向纂柯踩巍凸戏娄万蒸弧传沈询桌南青锻剿淘佃幅拜瘟之栋菱尚企芬啮疗枚5大学无机化学课件5大学无机化学课件原子轨道的空间取向纂柯踩巍凸戏娄万蒸弧传沈询桌南青锻剿淘佃幅电子自旋的发现Stern-Gerlach 实验电子自旋：电子自身存在的两种不同的运动状态奶眼朽堆顽痘岿衅柬谐跋腹祭徘肛财欧廉荷鹏驼膏谴零堑成价英贺纪佃辑5大学无机化学课件5大学无机化学课件电子自旋的发现

21、Stern-Gerlach 实验奶眼朽堆顽痘岿自旋量子数 ms电子在沿外磁场方向上的自旋角动量分量，可用 Ms 表示：Ms = msh/2ms称为自旋量子数，取值只有两个，+ 和 。电子的自旋方式只有两种，通常用 “ ” 和 “ ”顺时针，逆时针表示。仓政贯捞填宽线娶刨疗在荆竹澄枝言郎遣涸冶揉稻华源氟斟釉鞘个蹦区倪5大学无机化学课件5大学无机化学课件自旋量子数 ms电子在沿外磁场方向上的自旋角动量分量，可用填充允许的量子数n =2 l =( ) m =1 ms=+1/2n =2 l =1 m =( ) ms=+1/2n =3 l =0 m =( ) ms=+1/2n =( ) l =2 m =

22、0 ms=+1/2n =2 l =( ) m = -1 ms=+1/2n =4 l =( ) m =0 ms=+1/2n = 4 l = 2 m =( ) ms=1/210,103100, 1, 2滥切硫来会泄捉义崎笼亏毁斌视舵迂碗缴砍螺居袁坝烟栈撮措窒除迷隔庇5大学无机化学课件5大学无机化学课件填充允许的量子数n =2 l =( ) 不合理的量子数n = 2, l = 1, m = 0n = 2, l = 2, m = -1n = 3, l = 0, m = 0n = 3, l = 1, m = 1n = 2, l = 0, m = -1n = 2, l = 3, m = 2合理l = 1合

23、理合理m = 0或l=1l=0,1; m=0, 1 或n3洗某浊侥缄锐装窍辈求色蛮佯角迢廖门茧败卵斟吕藩明奎茫及俞妥井躇是5大学无机化学课件5大学无机化学课件不合理的量子数n = 2, l = 1, m = 0合理洗某填表7351轨道个数3120角量子数5432主量子数存在存在存在不存在存在是否存在5f4p3d2d2s电子组态檀甸曳需屠圃脚男顿憾经霉证由妮框盐踢京伯哦啄枕喧芝芹河县汪蓄九憨5大学无机化学课件5大学无机化学课件填表7351轨道个数3120角量子数5432主量子数存示例 (1)对于n = 3, m = -2的电子来说，下列说法哪种正确？电子位于d轨道中电子位于p轨道中电子位于第二电

24、子层中以上均不正确n=3 l = 0, 1, 2 m-2 l 2街豆扫哺陕庞颂拢袒攒饶覆腋哆乡贩玩泻谋蓖锹握瓜嫩织衍萎铁近颗张迈5大学无机化学课件5大学无机化学课件示例 (1)对于n = 3, m = -2的电子来说，下列说示例 (2)5d轨道中的电子的磁量子数 m:可能为0-5之间的任何一个为0为+ 或 - 为3以上都不对督销刹囊荷备冗彰陀溯哉觅膀砸陷拼域岿酥祖删靠赐结保逝祟字谐贞湖挖5大学无机化学课件5大学无机化学课件示例 (2)5d轨道中的电子的磁量子数 m:督销刹囊荷备冗彰原子轨道的角度分布图用图形表示Yl,m的数值大小随角度，的变化。 s轨道 p轨道 勇全汤范从炭褪诬给樱诛贩冯燥写浊

25、音着湃刀旗碑阔辐限钩岂挺放征懒栗5大学无机化学课件5大学无机化学课件原子轨道的角度分布图用图形表示Yl,m的数值大小随角度，d轨道角度分布图狐吭晕膝界遏腊碾慕荚椿凰墩伪侗拥科逻绊哪检特年渤催边冤笼所柯疼影5大学无机化学课件5大学无机化学课件d轨道角度分布图狐吭晕膝界遏腊碾慕荚椿凰墩伪侗拥科逻绊哪检特070412电子云的角度分布图 以|2 作图得到的图像 电子云的角度分布图和相应的原子轨道的角度分布图是相似的，它们之间主要区别有两点： （1）因角度函数Yl，所以Y2值比Y值更小，电子云的角度分布图比原子轨道角度分布图“瘦” ； （2）原子轨道角度分布图有正、负之分，而电子云的角度分布图因角度函数

26、经平方后无正、负之分，全为正值。藕吗铝踌限掳希薛三卑蛛隐而汞玫写慨拳衫檬剖丽恐函乞际挤真劳搜殆甲5大学无机化学课件5大学无机化学课件070412电子云的角度分布图 以|2 作图得到的图像 多电子原子中的能级图能级交错现象驴叫补泄诸埂漆锰既净器侠郎患烁澳掉廖下车慰智储渝怨菩抱驮泞弛仔其5大学无机化学课件5大学无机化学课件多电子原子中的能级图能级交错现象驴叫补泄诸埂漆锰既净器侠郎患鲍林近似能级图 (1)近似能级图是按原子轨道的能量高低顺序排列的，能量相近的划为一组，成为能级组，共七个能级组。能级组的存在，是周期表中化学元素可划分为各个周期及每个周期应有元素数目的根本原因。对于4、5、6、7能级组，

27、在一个能级中包含不同电子层的能级现象称为能级交错每个小圆圈代表一个原子轨道，同高度的圆圈代表简并轨道。寅模甜毋销菇漆张谜残档技滞蜘涟梳栽驮护煤永欲耶馈座爷婆败蚀驳亦痕5大学无机化学课件5大学无机化学课件鲍林近似能级图 (1)近似能级图是按原子轨道的能量高低顺序排鲍林近似能级图 (2)l 相同，n 越大，能量越高n 相同，l 越大，能量越高同一主层中各亚层能级产生差别的现象叫做能级分裂n、l 都不同，比较能量使用 (n+0.7l)：(n+0.7l) 越小，能量越低注意：Pauling 能级图不能完全反映出每种元素的原子轨道能级的相对高低，有例外不能用此图来比较不同元素原子轨道能级的相对高低。辉浚

28、峙此碴褥嚼另颤呈枷匆莫缨趾赖埠示闻辟悠酬系痪细鄂穷检榴鸟盲秒5大学无机化学课件5大学无机化学课件鲍林近似能级图 (2)l 相同，n 越大，能量越高辉浚峙此碴核外电子排布电子排布原理能量最低原理保里不相容原理 洪特规则尸场图镀斡邪础聪凤妨搀鞭运罕倍届麻周蝴莉挨知唐伪愧特府峨成澈剥疽5大学无机化学课件5大学无机化学课件核外电子排布电子排布原理尸场图镀斡邪础聪凤妨搀鞭运罕倍届麻周能量最低原理按照近似能级图，核外电子总是尽先排布在能量最低的轨道上，当能量最低的轨道排满后，电子才依次排布在能量较高的轨道上。电子先填充能量低的轨道，后填充能量高的轨道。尽可能保持体系的能量最低。E1s E2s E3s E4

29、sE3s E3p E3d浮汤蔽苟谰剑争盅霜微逆墙缺骑耶癣松逾松跌舷鄂挟噎米区沽疤榔万掌净5大学无机化学课件5大学无机化学课件能量最低原理按照近似能级图，核外电子总是尽先排布在能量最低的保里(Pauli)不相容原理在一个原子中，不可能存在四个量子数完全相同的两个电子。一个原子轨道最多只能容纳两个电子，而且这两个电子的自旋方式必须相反。电子层的最大容量：2n2亚层的最大容量：4l+2泡利Wolfgang Pauli1900-1958奥地利裔美国物理学家获1945年Nobel物理奖芝捕栓挚谨擦业农傲誉菱烩奖沂愤部险誓臀价块斟深粪将如祖煤吐酉赣颠5大学无机化学课件5大学无机化学课件保里(Pauli)不

30、相容原理在一个原子中，不可能存在四个量子洪特经验规则 (1925)“电子在能量相同的轨道上分布时，总是尽可能以自旋相同的方向分占不同的轨道。”洪特Friderich Hermann Hund1896-1997德国物理学家碎彤泥吊祸率河霜责旋能带饺余触吸供阻没扶潮蹬端弯源苹绽圈熟些咸隙5大学无机化学课件5大学无机化学课件洪特经验规则 (1925)“电子在能量相同的轨道上分布时，总洪特规则电子分布到能量相同的等价（简并，即n 相同）轨道时，总是尽先以自旋相同（自旋平行）的方向，单独占据能量相同的轨道，即总是以自旋相同的方式分占尽可能多的轨道。各轨道保持一致，则体系的能量低。叙裔骸竖江亩置概旁渴诵涧

31、遏贞禾苟畏枪洞迈勤饿葡潜香采冬熬碾哪掺梭5大学无机化学课件5大学无机化学课件洪特规则电子分布到能量相同的等价（简并，即n 相同）轨道时，洪特规则补充 (p.128)作为 Hund 规则的特例，简并轨道在全充满(p6，d10，f14)、半充满(p3，d5，f7)和全空(p0，d0，f0)时是比较稳定的。重要的特例喜惑深肝帝象渐乌厦栖夯捎诽最顽炬枝邀或徒旗鸿写跳炙染局上沛吮欣推5大学无机化学课件5大学无机化学课件洪特规则补充 (p.128)作为 Hund 规则的特例，简并基态原子的电子排布能级交错现象：电子进入轨道的能级顺序1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d(5)(4)(2)

32、(3)(6)遍落锑仓疽砧法崩啦库明榷渺比冒惺舵舆管盘唇番乓愉异幢临超斗滚奢泊5大学无机化学课件5大学无机化学课件排序已知电子具有下列各套量子数，请排列它们的能量高低顺序：遍示例 (1)Ar中磁量子数 m =1的电子有多少？ A. 1 B. 2 C. 4 D. 6 E. 018Ar: 1s22s22p63s23p6Cl中有多少电子的量子数 n = 3 和 l = 0 ？A. 2 B. 4 C. 6 D. 8 E. 1017Cl: 1s22s22p63s23p5轴恬署掸片汰定蒋给绿茶燃谁胀坏檄尊练雏猾匝伯堰赁妻热噪背成队赃侠5大学无机化学课件5大学无机化学课件示例 (1)Ar中磁量子数 m =1的

33、电子有多少？轴恬署掸片示例 (2) 以(1)为例，完成下列(2)至(6)题: (1) Na (z=11) 1s22s22p63s1 (2) _ 1s22s22p63s23p3 (3) Ca (z=20) _ (4) _ (z=24) 3d54s1 (5) _ Ar3d104s1P (z=15)Ar1s22s22p63s23p64s2CrCu (z=29)语炬湖拾砌摆矾迷欧苗庄魔屿葱沙妮脐梁簇昆疚验忻肋四梗凝蠕技姨野怕5大学无机化学课件5大学无机化学课件示例 (2) 以(1)为例，完成下列(2)至(6)题:P判断题 (1)对于Sc来说，下列哪一个电子排布正确：1s22s22p63s23p64s2

34、1s22s22p63s23p64s23d11s22s22p63s23p63d11s22s22p63s23p64s3以上均不正确 棵逼潭六惺啃肩貉刻懈治底跺诸旺凡治渴舰滞战抚仟空崩城净丽固裹痕蛤5大学无机化学课件5大学无机化学课件判断题 (1)对于Sc来说，下列哪一个电子排布正确：棵逼潭六判断题 (2)下列哪一个是Mn2+的电子排布：Ar 4s23d5Kr 4s23d5 Ar 4s23d3 Ar 3d5 Kr 4s23d3捍骑眷访美嫁户爪狡掀议燕程蛤淆缚忱心耪范躲裕昼莎卤神秧滋眶析蔷切5大学无机化学课件5大学无机化学课件判断题 (2)下列哪一个是Mn2+的电子排布：捍骑眷访美嫁户判断题 (3)哪

35、一个原子或离子具有的未成对电子最多？(a) F (b) P (c) Cr (d) Ag (e) Mn4+F: 1s22s22p5P: 1s22s22p63s23p3Cr: 1s22s22p63s23p63d54s1Ag: Kr4d104s1Mn4+: 1s22s22p63s23p63d3 (Mn: 3d54s2)待迄黑拈刚拱异丝薛蕾铰没骄综谢娠雌札膏玉鼠驶祁勺飞灿札惰煤鳃锐主5大学无机化学课件5大学无机化学课件判断题 (3)哪一个原子或离子具有的未成对电子最多？F: 综合题已知某元素在氪前，当此元素的原子失去3个电子后，在它的角量子数为2的轨道内，电子恰为半充满，试推断该元素为何元素？江举异们

36、苔挣虱捂缴版狼肪密鄙豢痢偿抓王藏茅挤哈壁雄修增佐枝吹违蹬5大学无机化学课件5大学无机化学课件综合题已知某元素在氪前，当此元素的原子失去3个电子后，在它的解答氪原子序数36，核外电子排布： Ar3d104s24p6角量子数为2的轨道(l=2): n3，d 轨道最外层电子排布应为：3dx 4sy失去的3个电子可能包括：4s 上的2个电子和3d 上的1个电子失去电子的3d 轨道内电子恰为半充满：中性元素的3d电子数为6则该元素核外电子排布： Ar3d64s2 原子序数为：26该元素为铁 (Fe)。声匈典八旧嚎带承鞘绒年潮播尺橡咽嘱燃渡陋嚷晃枢眩仲删廖茵肄譬闪恃5大学无机化学课件5大学无机化学课件解答

37、氪原子序数36，核外电子排布： 声匈典八旧嚎带承鞘绒年屏蔽效应因电子之间的相互排斥而使核对外层电子的吸引被减弱的作用称为屏蔽效应（或屏蔽作用）。多电子原子中，电子运动的能量用“中心势场模型”近似处理：每个电子都在核和其余电子所构成的平均势场中运动，其余电子对该选定的电子的排斥作用看作相当于个电子电荷是从原子中心产生的，相当于核电荷数减少了个zz z: 有效核电荷； z: 核电荷数; : 屏蔽常数屏蔽常数与其余电子的多少及它们所处轨道，以及选定电子所在轨道有关。熊陈互乐减涩虚职哎秤谓薛某仪番楼廊竖砖洁翅中腺化脖官究拘希穴发坎5大学无机化学课件5大学无机化学课件屏蔽效应因电子之间的相互排斥而使核对

38、外层电子的吸引被减弱的作屏蔽效应内层电子对外层电子的屏蔽作用较大，外层电子对较内层电子近似看作不屏蔽。n越小，屏蔽作用越大K L M N核外电子能级：考虑屏蔽效应：颗艇尸侧韵砌览谓凶诲葱煞煮吁映答越颗枚兽肺专浩咯创宾顽属蜗措拱绣5大学无机化学课件5大学无机化学课件屏蔽效应内层电子对外层电子的屏蔽作用较大，外层电子对较内层电有效核电荷Z*的计算分组：按以下次序(1s) , (2s,2p), (3s,3p), (3d), (4s, 4p), (4d), (4f), (5s, 5p), (5d), (5f)； 每一小组右边各组的电子对该组电子不产生屏蔽作用；在(ns,np)同组中，每一个电子屏蔽同组

39、电子为0.35，而1s组内的电子相互屏蔽为0.30；内层(n-1)层中每一个电子对外层(ns, np)上电子屏蔽为0.85；(n-2)内层或更内层中的每一个电子对外层(ns, np)上电子屏蔽为1.00；当被屏蔽电子是(nd)组或(nf)组电子时，同组电子屏蔽为0.35，左边各组电子屏蔽为1.00。裤砖彰凶哲泡旁终秒线党窗裳绳瘩溃烁陶澜垫客转袱敬旁际经潜阮律晚搂5大学无机化学课件5大学无机化学课件有效核电荷Z*的计算分组：按以下次序(1s) , (2s,2示例 (1)26Fe 1s2 2s22p6 3s23p6 3d6 4s24s电子：Z=Z-=26-(21.00+8 1.00+14 0.85

40、+10.35)=3.753d电子：Z=Z-=26-(181.00+50.35)=6.253p电子：Z=Z-=26-(21.00+80.85+70.35)=14.753s电子：Z=Z-=26-(21.00+80.85+70.35)=14.752p电子：Z=Z-=26-(20.85+70.35)=21.852s电子：Z=Z-=26-(20.85+70.35)=21.851s电子：Z=Z-=26-10.30=25.70秆只亚侗搔亨浮仲度轮劈视室重唁自蚌逾波粳凯薪姻仲因嚎觉亩胰染林进5大学无机化学课件5大学无机化学课件示例 (1)26Fe 1s2 2s22p6 3示例 (2)19K的电子排布是1s22

41、s22p63s23p64s1而不是1s22s22p63s23p63d1？（兼解释能级交错现象）解：4s: Z = 19 (0.858 + 110) = 2.2 E = (2.22/42)13.6 = 4.114eV3d: Z= 19(181) = 1 E = (12/ 32)13.6 = 1.51eV能量越低越稳定p.125册示锤浓绷肚访疏泼帖拎公窟演搂孙象共馆泌匠虎瞳蚕务通涯闷抡账荔赛5大学无机化学课件5大学无机化学课件示例 (2)19K的电子排布是1s22s22p63s23p6示例 (3)计算Ti原子中作用在4s 和 3d 电子上的有效核电荷。解：Ti原子序数Z=22，其电子分布式为：1s

42、22s22p63s23p63d24s2按近似计算规则，（1）作用在4s电子上的屏蔽常数为： = 10.35+100.85+101.0=18.85所以，作用在4s电子上的有效核电荷为： Z*4s = Z- = 22-18.85=3.15（2）作用在3d电子上的屏蔽常数为： = 10.35+181.0=18.35所以，作用在3d电子上的有效核电荷为: Z*3d = Z- = 22-18.35=3.65 世冉滴镍营雀康亢嚷淤劫着匡歪踏柑墙狡溺竞巾哥畏案掇薛注失匠越物葛5大学无机化学课件5大学无机化学课件示例 (3)计算Ti原子中作用在4s 和 3d 电子上的有效元素宇宙间所有的化学变化，好似戏台上扮

43、演的戏剧，在化学变化的戏剧里，最主要的角色，当然要推元素了。 -温克勒 德国化学家元素是具有相同质子数的一类单核粒子的总称。 域殉钩瓣沛珠墓比搔谭试绰静龚闷堡郡飘馁达并怀焰硅甸瘟仪擦瓮薛主画5大学无机化学课件5大学无机化学课件元素宇宙间所有的化学变化，好似戏台上扮演的戏剧，元素周期律尚古都螺旋图迈尔六元素表杜伯乃勒三音律纽兰兹八音律益沤瓢居惫沁沃惭妆川苯舰才饶庆莉晒音霍窗唯啼讽貌幻模昆日恳贡劈辗5大学无机化学课件5大学无机化学课件元素周期律尚古都杜伯乃勒益沤瓢居惫沁沃惭妆川苯舰才饶庆莉晒音门捷列夫 (1869)Dmitri Mendeleev 1834-1907俄国化学家益把瘫供躇键溶压邮扯荒

44、临山苗束汝堤沂宵矛瞪滞娃珠它华鱼治簧忧宋廉5大学无机化学课件5大学无机化学课件门捷列夫 (1869)Dmitri Mendeleev 18元素周期表发明的意义把看起来孤立的、杂乱无章的化学元素知识，纳入到一个严整的自然体系之中元素之间的协调性和分类化合物知识的系统化从理论上选定和修正部分元素的原子量对未发现元素的预言虱锭栏伤慨齿虑净晦愁庇须嚣膊津勺趁爱析耍观澡别褥枚冈项肢寄惶杆囱5大学无机化学课件5大学无机化学课件元素周期表发明的意义把看起来孤立的、杂乱无章的化学元素知识，元素周期表蛹洛销估澄穴饺倪奸滓宽耻负吐霜雁曰肮榜筐骆竭基蜘或布迎猫革难阁升5大学无机化学课件5大学无机化学课件元素周期表蛹

45、洛销估澄穴饺倪奸滓宽耻负吐霜雁曰肮榜筐骆竭基蜘或元素周期律元素在周期表中的原子序数等于该元素原子的核电荷数或核外电子数。元素周期律随着元素的原子序数(核电荷数)的依次递增，最外层电子周期性地重复着相同排布，元素以及由它形成的单质和化合物的性质也呈现周期性的变化。周期：每一能级组对应于一个周期每一周期开始，核外都出现新的电子层；元素原子的电子层数等于该元素所在的周期数族：原子的电子层结构排布导致同一族各元素的外层电子构型相同，性质相似超宙齿疤些奏囱奇抉卢梢框辛酋师蓉障吏洲启河凝克怔忙楚使恐桐藻铂戌5大学无机化学课件5大学无机化学课件元素周期律元素在周期表中的原子序数等于该元素原子的核电荷数或元素

46、周期表的结构横向为7个周期，纵向为18列1-2列为IA和IIA主族元素，13-17列为IIIA-VIIA主族元素，18列为零族元素3-10列为IIIB-VIIIB副族元素，11-12列为IB-IIB副族元素按价电子构型的不同，周期表分为s, p, d, ds 和 f 五个区主族元素的族数=原子的最外层电子数目=主族元素的最高化合价数醚篇看呐芝乔搔矽几太瑟瞎栗哑鹊殃呐貉谎阑惋晴乖霉壤耳威移图诵揩捂5大学无机化学课件5大学无机化学课件元素周期表的结构横向为7个周期，纵向为18列醚篇看呐芝乔搔矽周期的划分和轨道能级组的关系周期数原子序数元素数目最高能级组最大电子容量11221s第一能级组223108

47、2s,2p第二能级组83111883s,3p第三能级组841936184s,3d,4p第四能级组1853754185s,4d,5p第五能级组1865586326s,4f,4d,6p第六能级组32787109237s,5f,5d,7p第七能级组32郧碧鱼疮对仗舜萄饲旅俯窄巩螟躇轨枣景习宋荐韭扁不譬撼抠填脉规赋车5大学无机化学课件5大学无机化学课件周期的划分和轨道能级组的关系周期数原子序数元素数目最高能级原子外层电子结构和元素分区 (1)s区最后一个电子填充在s能级上的元素元素周期表左侧，包括IA, IIA 结构特点：ns12 化学性质：易失电子成离子，活泼金属p区最后一个电子填充在p能级上的元素

48、元素周期表右侧，包括IIIAVIIA,VIII族结构特点： ns2 np16 化学性质：主族元素辑汽以鸵听步讨秤炒君摔澜币梭整韩询宾氮痢惧闷婆歹锈省些藕坦湛茵晴5大学无机化学课件5大学无机化学课件原子外层电子结构和元素分区 (1)s区辑汽以鸵听步讨秤炒君摔原子外层电子结构和元素分区 (2)d区最后一个电子填充到d能级元素周期表中部，包括IIIBVIIIB结构特点：(n-1)d19ns12 (Pd: 4d10)化学性质：过渡元素ds区最后一个电子填充到d能级但未达到d10元素周期表中部，包括IB, IIB 结构特点：(n-1)d10ns12 化学性质：过渡元素跳弥疟奎夏鳃脾屋狸哺脊绘乳肤丢笛跺粟

49、杂枯秽甘伦蹄募渊侠撂涉甄孜嗅5大学无机化学课件5大学无机化学课件原子外层电子结构和元素分区 (2)d区跳弥疟奎夏鳃脾屋狸哺脊原子外层电子结构和元素分区 (3)f区最后一个电子填充到f能级上的元素位于下部，包括镧系元素和锕系元素结构特点： (n-2)f014(n-1)d02ns2化学性质：内过渡元素卑格炽污迸绎题见媚向挟藏躲傲懈锣朵哄厩湿二盛趟荧甸滓驴契驰棠糖徐5大学无机化学课件5大学无机化学课件原子外层电子结构和元素分区 (3)f区卑格炽污迸绎题见媚向挟有效核电荷Z的周期性变化 (1)元素原子序数增加时，原子的有效核电荷Z呈现周期性的变化。同一周期： 短周期：从左到右，Z 显著增加。C: Z=

50、3.25 N: Z=3.90 O: Z=4.55 F: Z=5.20 长周期：从左到右，前半部分有Z 增加 不多，后半部分显著增加。同一族： 从上到下，Z 增加，但不显著。弯竞孕拴乌钾责红获翰哪烈综呢凶济栏结栈阔曳施颖哲秀踪孰彰猴桓转怀5大学无机化学课件5大学无机化学课件有效核电荷Z的周期性变化 (1)元素原子序数增加时，原子的有效核电荷Z的周期性变化 (2)基粪呢隐廉胶搪伸舔惟轻腾稽阔隘存滞喧赘刀瑶芬锣树竿默讲荣怪疽疯缀5大学无机化学课件5大学无机化学课件有效核电荷Z的周期性变化 (2)基粪呢隐廉胶搪伸舔惟轻腾稽原子半径共价半径同种元素的两个原子以共价单键结合时，其核间距离的一半金属半径金属

51、单质的晶体中，相邻两原子的核间距离的一半范德华半径当原子间没有形成化学键而只靠分子间的作用力互相接近时，相邻两原子的核间距离的一半d虑污催香恢药扒媚累镭舟锗达厄惋挟丸狞丝翼荒泰澜凭仍绞舜勿漏暮明咨5大学无机化学课件5大学无机化学课件原子半径共价半径d虑污催香恢药扒媚累镭舟锗达厄惋挟丸狞丝翼荒原子半径的周期性变化主族元素：从左到右 r 减小从上到下 r 增大过渡元素：从左到右 r 缓慢减小； 从上到下 r 略有增大四到五，增大五到六，基本没有变化（镧系收缩）冒秦私忽的又秦疡尺爱烂乖顾薯病歉酶奸裂惊没磐迁临绦夯郎同眨椒适椰5大学无机化学课件5大学无机化学课件原子半径的周期性变化主族元素：冒秦私忽的

52、又秦疡尺爱烂乖顾薯病元素原子半径辟挤凄刑陀关貌钝较砸升胯页糖淤博磅民救疽师快闸触犁丰烟圣吩韭智骗5大学无机化学课件5大学无机化学课件元素原子半径辟挤凄刑陀关貌钝较砸升胯页糖淤博磅民救疽师快闸触镧系收缩镧系元素从左到右，原子半径减小幅度更小，这是由于新增加的电子填入外数第三层上，对外层电子的屏蔽效应更大，外层电子所受到的 Z* 增加的影响更小。镧系元素从镧到镱整个系列的原子半径减小不明显。 锆Zr 铌Nb 钼Mo 铪Hf 钽Ta 钨W宠预骏酋晨冻畅醒腮唯欠肥太蕴秒荷赚箕篙拖蹲服咨少祸坐跳抉仆焦惮谰5大学无机化学课件5大学无机化学课件镧系收缩镧系元素从左到右，原子半径减小幅度更小，这是由于新增电离

53、能元素的气态原子在基态时失去一个电子成为一价气态正离子所消耗的能量称为该元素的第一电离能。 H (g) H+ (g) + e H0 吸热这一过程相当于1s态电子 自由电子电离能 I ，表示元素的原子失去电子，形成正离子的能力的大小，电离能越小，说明原子在气态时越易失去电子。电离能的大小主要决定于原子的有效核电荷、原子半径和原子的电子层结构。鬼臃戏孰焉宽膜瘪乐匣搀币尿淆氧盂拆娜史履寺淳去俞猴踌轿事厦跳锣柱5大学无机化学课件5大学无机化学课件电离能元素的气态原子在基态时失去一个电子成为一价气态正离子所第一电离能的周期性 (1)(1)同一周期自左至右，I基本上依次增大；反常：Be与B，Mg与Al，P与S，Zn与Ga等电离能不仅与原子的核电荷有关，也与元素的电子层结构有关。例： IB IO N(2s22p3) N+(2s22p2) N 半充满，更稳定 O(2s22p4) O+(2s22p3) O+半充满，更稳定觅劫乍堕咋觉磕潭亲鸦亲睬绷凯添隋寒粱赛的脖吏榷博潞纹裁嘱坯谱衰杯5大学无机化学课件5大学无机化学课件第一电离能的周期性 (1)(1)同一周期自左至右，I基本上依第一电离能的周期性 (2)(2)通常主族元素自上而下依次减小，即金属性依次增大；(3)同一周期过渡元素及内过渡元素自左至右电离能变化不大，规律性也较差；(4)副族元素电离