药学专科自考原子结构

无机化学第七章原子结构第一节核外电子运动状态第二节电子结构与元素周期律第七章原子结构2022/10/292长期以来，人们为了知道物质的性质的内在原因进行了不断地探索，当人们逐步揭示物质内部结构的奥秘时，才知道物质的性质与它内部的结构密切相关。3原子原子核核外电子质子（Z）中子(N)(+)(-)(+)原子组成的回顾第一节核外电子运动状态核内质子数＝核电荷数＝核外电子数

原子的质量数（A）＝质子数（Z）＋中子数（N）

（化学变化前后质量守恒）

在物质的化学变化过程中，原子核并不发生改变(核反应除外)，只是核外电子运动状态发生了变化。所以研究原子的结构应主要研究其核外电子的运动。如：2H2+O2=2H2O第一节核外电子运动状态5核外电子的特点(1)质量小，

带负电荷。(2)运动范围小（原子直径约10-10m）。(3)绕核作高速运动（接近光速），无确定的轨道。核外电子是怎样运动的呢？有何特殊性？第一节核外电子运动状态2022/10/29例如：氢原子核外一个电子的运动

微观粒子的波动性和粒子性，使人们认识到不能用经典的牛顿力学来描述微粒，只能采用统计方法，对微粒运动作出几率的判断，从而推出核外电子的运动规律。原子的波动力学模型(1926)电子出现的机会第一节核外电子运动状态

电子在这些区域出现的机会大于90%基态氢原子电子云图一、电子云的概念以黑点疏密程度来形象地表示电子在空间几率密度分布的图形，称为电子云图。第一节核外电子运动状态

要准确描述电子的运动状态，需要四个参数才能说明电子离核的远近，能量的高低，运动的区域。这四个参数常用n、l

、m和ms表示，n,l、m和ms被称为量子数。二、核外电子运动状态的描述第一节核外电子运动状态主量子数（n）1234567...正整数电子层符号KLMNOPQ电子能量低高离核距离近远（一）主量子数n（电子层）n越大，电子离核平均距离越远，能量越高第一节核外电子运动状态二、核外电子运动状态的描述（二）角量子数（l）第一节核外电子运动状态二、核外电子运动状态的描述2022/10/2912不同的l，电子云的形状不同l=0，s轨道l=1，p轨道l=2，d轨道1.l的每个值可表示一种形状的原子轨道（或电子云）l

的取值：0，1，2……(n-1)正整数共n

个整数值，且

l<n（二）角量子数（l）第一节核外电子运动状态二、核外电子运动状态的描述132.每个电子层最多有n个亚层，l

受n的限制（二）角量子数（l）n值l取值个数l取值符号n＝1，

10，1sn＝2，

20，1，2s，2pn＝3，

3

0，1，2，3s，3p，3dn＝4，

40，1，2，3，4s，4p，4d，4f第一节核外电子运动状态二、核外电子运动状态的描述2022/10/29

3.在多电子原子中，l与n一起共同决定原子轨道的能量（二）角量子数（l）单电子原子，如氢原子的能量只与n有关n相同，l不同：E4s=E4p=E4d=E4f

n不同，l相同：E1s<E2s<E3s<E4s多电子原子，n相同，l不同：E4s<E4p<E4d<E4f1606教室所代表的含义是？1603第一节核外电子运动状态二、核外电子运动状态的描述2022/10/29磁量子数意义：描述原子轨道（或电子云）在核外的空间取向。

磁量子数m的取值：m=0,±1,±2,±3,····±l，m与l有关，给定l，m共有2l+1个值，︱m︱≤l（三）磁量子数（m）l=0，m=0，m有一个值；l=1，m=－1，0，+1，m共有三个值；l=2,m=–2，–1，0，+1，+2，m共有五个值l=3,m=-3，–2，–1，0，+1，+2，+3，m共有七个值判断：当l=1，m=2是否合理？第一节核外电子运动状态二、核外电子运动状态的描述2022/10/29每一个m

值，对应一个方向。l=0，m=0，一个取向，1个s轨道；l=1，m=0,±1，三个伸展方向，代表px,py和pz3个p轨道；l=2,m=0,±1,±2五个伸展方向，5个d轨道（三）磁量子数（m）第一节核外电子运动状态二、核外电子运动状态的描述2022/10/29磁量子数(m)与电子的能量无关。（三）磁量子数（m）

m值不影响能量。n、l相同,m不同的原子轨道称为简并轨道。如：2px,2py,2pz能量相同，为简并轨道或等价轨道。n=2，l=1，m=0，m=+1，m=-12px,2py,2pz能量是否相同?第一节核外电子运动状态二、核外电子运动状态的描述2022/10/29

意义：表e-自旋方向，与nlm无关表示：±1/2；↑↓表示。两种方向：顺时针：↑逆时针：↓同一原子轨道内最多只能容纳两个自旋方向相反的电子同向相斥（四）自旋量子数（ms）第一节核外电子运动的特殊性二、核外电子运动状态的描述2022/10/29主量子数n(层）角量子数1（亚层）磁量子数m（轨道伸展方向）ms符号轨道数电子数电子总数1001s1222002s1281－1，0，+12p363003s12181

－1，0，+13p362

－2,－1,0,+1,+23d5104004s12321–1，0，+14p362–2，–1，0，+1，+24d5103－3–2–10+1+2+34f714量子数与原子轨道数的关系结论：⑴一个轨道中只能容纳2个自旋相反的电子；⑵各电子层的轨道数=n2⑶各电子层电子的最大容量=2n2第一节核外电子运动状态2022/10/2921主量子数n：决定电子所在电子层；角量子数l：确定原子轨道的形状；磁量子数m

：确定原子轨道的空间伸展方向；n和l共同决定电子的能量；n,l,m

确定电子所处的轨道；自旋量子数ms：

确定了电子的自旋状态；n,l,m,ms可全面描述核外电子的运动状态。课堂小结例题310+1/2判断下列各组量子数合理吗？(1)n=3,l=3,m=+2,ms=+1/2(2)n=2,l=1,m=+1,ms=–1/2(3)n=2,l=1,m=-1,ms=-1(4)n=4,l=3,m=0,ms=–1/2(5)n=2,l=0,m=+1,ms=+1/2例题（2）（4）合理特别注意n≥l+1l≥︱m︱1.当l=2时，m的取值可为(

)。（m=0,±1,±2）2.当n

=

3时，l的取值可为(

)。（0,1,2）3.n=4的电子层内最多可

个电子亚层，其中d亚层有__个简并轨道4,5思考题2022/10/29261.下列一组量子数，哪一组是合理的(）。A.n=2，l=2，m=-1B.n=2，l=0，m=+1C.n=3，l=1，m=+1D.n=2，l=3，m=+22.M电子层最多可容纳的电子数为

。3.在多电子原子中，具有下列各组量子数的电子中能量最高的是(

)。

3，2，+1，+1/2

B.3，0，0，-1/2C.3，1，0，-1/2

D.3，1，-1，-1/2练习C18A（一）屏蔽效应和钻穿效应三、多电子原子轨道能级第一节核外电子运动状态

在多电子原子中，一个电子不仅受到原子核的引力，还受其它电子的斥力。例如：锂原子其第二层的一个电子，除了受原子核对它的引力外，还受第一层两个电子对它的排斥力作用，势必减弱了核对外层电子的吸引力，这两个内层电子的排斥作用可以考虑成对核电荷Z的抵消或屏蔽，使核有效电荷数Z*减小。1.屏蔽效应屏蔽效应：其它电子对于被研究电子的排斥，导致有效核电荷降低的作用称为屏蔽效应结果：因屏蔽作用存在使某e-的能量↑。l值相同时,轨道能级只由n值决定,例:E(1s)<E(2s)<E(3s)<E(4s)（一）屏蔽效应和钻穿效应1.屏蔽效应2022/10/29

n相同，l越小的电子在核附近出现的概率越大，受到核电荷吸引力越大，其能量越低。如4s电子出现在离核较近处，受其它电子的屏蔽作用比3d要小得多。这种外层电子钻到内层空间而靠近原子核的现象，通常称为钻穿效应，这种效应可能导致能级交错。三、多电子原子轨道能级（一）屏蔽效应和钻穿效应2.钻穿效应导致E4s<E3d

等现象n值相同时，轨道能级则由l值决定,例:

E(4s)<E(4p)<E(4d)<E(4f).（二）鲍林原子轨道近似能级图◆n值相同时，轨道能级则由l值决定,例:

E(4s)<E(4p)<E(4d)<E(4f).◆l值相同时,轨道能级只由n值决定,例:E(1s)<E(2s)<E(3s)<E(4s)◆

n和l都不同时，出现能级交错.例：E4s＜E3d能级交错现象只出现在个别元素中三、多电子原子轨道能级轨道能量由n和l决定第一节核外电子运动状态

多电子原子的原子轨道能级次序由n和角量子数l决定，下面是鲍林近似能级图从低到高的顺序：1s

第一能级组2s2p

第二能级组3s3p

第三能级组4s3d4p

第四能级组7s5f6d7p……

第七能级组6s4f5d6p

第六能级组5s4d5p

第五能级组特点：⑴n相同，l相同的简并轨道能量相同（3个p，5个d，7个f）⑶l相同，n越大能量越高。例：E2P<E3P<E4P⑷n相同，l越大能量越高。例：E4s<E4p<E4d<E4f

⑸n和l同时变动时，发生能级交错,E4s<E3d三、多电子原子轨道能级第一节核外电子运动状态2022/10/2932四、基态原子中电子分布原理电子填入能级的先后顺序（一）能量最低原理原子轨道的能级由低到高的顺序：1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d电子在原子轨道中的分布：应尽可能使整个原子的能量最低。第一节核外电子运动状态2022/10/29言下之意，每一个原子轨道中最多只能容纳2个自旋相反的电子。每个电子层中，原子轨道总数为n2，电子总数为2n2.（二）保利不相容原理在同一原子中不可能存在运动状态完全相同的两个电子,即同一原子中无四个量子数完全相同的电子。↑↓第一节核外电子运动状态四、基态原子中电子分布原理2022/10/29↑↓↑↓↑↑1s2s2p6C↑↓↑↓↑↑↑1s2s2p7N↑↓↑↓↑↓↑↑1s2s2p8O（三）洪特规则在n和l相同的简并轨道中，电子尽可能以自旋相同的方式分占不同的简并轨道。第一节核外电子运动状态四、基态原子中电子分布原理洪德规则特例（全、半、空规则）全充满半充满全空（三）洪特规则p0，d0，f0p3，d5，f7p6，d10，f1424Cr1s22s22p63s23p63d54s11s22s22p63s23p63d44s2

√×第一节核外电子运动状态四、基态原子中电子分布原理2022/10/29核外电子排布表达方式电子的排布在亚层(能级)符号的右上角用数字注明排布的电子数，例如3s2、2p4、3d5等第一节核外电子运动状态四、基态原子中电子分布原理原子中电子的排布Cu(29)

电子填充式为：1s22s22p63s23p64s23d9

考虑洪德规则特例：1s22s22p63s23p64s13d10

所以其电子排布式为：1s22s22p63s23p63d104s1例：Ti22原子的电子分布式：

1s22s22p63s23p64s23d2

书写：1s22s22p63s23p63d24s2例：Mn25原子的电子分布式：

1s22s22p63s23p64s23d5书写：1s22s22p63s23p63d54s2例：Cr24原子的电子分布式：

1s22s22p63s23p64s13d5书写：1s22s22p63s23p63d54s1（一）核外电子运动的描述

1.电子云

2.四个量子数（二）核外电子的分布原理

1.原子核外电子分布三原则

能量最低原理、保利不相容原理、洪特规则2.核外电子排布的表示式归纳小结:练习下图中能正确表示基态硅（14Si）原子的是ABCD√17Cl：1s2,2s22p6,3s23p518Ar：1s2,2s22p6,3s23p620Ca：1s2,2s22p6,3s23p6,4s221Sc：1s2,2s22p6,3s23p63d1,4s2写出下列基态原子的电子排布式17Cl18Ar20Ca21Sc练习2022/10/29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：

(1)3,2,+1,+1/2(2)2,1,+1,-1/2(3)2,1,0,+1/2(4)3,1,-1,-1/2(5)3,1,0,+1/2(6)2,0,0,-1/2判断依据：电子能量由所在轨道的n和l决定(1)>(5)＝(4)>(2)＝(3)>(6)填充允许的量子数n=2l=()m=1ms=+1/2n=2l=1m=()ms=+1/2n=3l=0m=()ms=+1/2n=()l=2m=0ms=+1/2n=2l=()m=-1ms=+1/2n=4l=()m=0ms=+1/2n=4l=2m=()ms=1/210,±103100,1,2判断下列量子数是否合理，若不合理，请写出合理的量子数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合理合理m=0或l=1l=0,1;m=0,1

或n>3元素周期表的结构横向为周期，共7个，纵向为族，共18列周期：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第二节电子结构与元素周期表一、元素周期性与电子层结构的关系（一）原子的电子层结构和周期族：原子的电子层结构排布导致同一族各元素的最外层电子构型相同，性质相似元素周期律的发现使得几百年来大量零散的化学知识系统化，形成一个有内在联系的统一体系。2022/10/29Inorganic&AnalyticalChemistry第二节电子结构与元素周期表一、元素周期性与电子层结构的关系1.周期数=电子层数注意：1s22s22p63s23p63d104s2（一）原子的电子层结构和周期周期数=最外电子层的主量子数（或能级组数）例：Na1s22s22p63s1

第三周期每一能级组对应于一个周期2022/10/29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11~221s第一能级组223~1082s,2p第二能级组8311~1883s,3p第三能级组8419~36184s,3d,4p第四能级组18537~54185s,4d,5p第五能级组18655~86326s,4f,4d,6p第六能级组32787~109237s,5f,5d,7p第七能级组32每个周期所包含的元素数目，等于相应能级组中原子轨道所能容纳的电子总数(二)原子的电子结构和族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1.7个主族：主族元素族数=最外(价)层电子数例：Na1s22s22p63s1

ⅠA

例：Cl1s22s22p63s23p5

Ⅶ

A2.1个零族：外层电子数之和为8或2。第二节电子结构与元素周期表一、元素周期性与电子层结构的关系3.7个副族，1个Ⅷ族①ⅠB、ⅡB元素的族数=最外层电子数例：Ag(4d105s1)

ⅠBZn(3d104s2)

ⅡB②ⅢB～ⅦB族元素的族数=最外层电子数+次外层电子数例：Ti（3d24s2）其和为4∴是ⅣB族元素③Ⅷ族元素（包括三个纵行）：最外层电子数与次外层电子数之和为8～10(二)原子的电子结构和族主族,ⅠB,ⅡB:族号=最外层电子数ⅢB~ⅦB:族号=最外层电子数+(n-1)d电子数Ⅷ(包括三列)：(n-1)d6~8ns2零族：

ns2np6一、元素周期性与电子层结构的关系(二)原子的电子结构和族2022/10/29(三)原子的外层电子构型和元素的分区①s区元素：ⅠA、ⅡA②p区元素：ⅢA～ⅦA、零族元素电子构型特点：ns2np1～6一、元素周期性与电子层结构的关系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：ns1~2

化学性质：易失电子成离子，活泼金属③d区元素：ⅢB～ⅦB、Ⅷ电子构型特点：(n-1)d1～8ns1～2④ds区元素：ⅠB、ⅡB

电子构型特点：(n-1)d10ns1～2⑤f区元素：(n－2)f1－14(n－1)d0－2ns2(三)原子的外层电