氢原子的结构课件

第九章原子结构和元素周期律§9-1氢原子的结构及核外电子运动的特征α粒子散射实验原子的有核模型原子的质量集中在原子核上一、氢原子的结构(氢原子的Bohr模型)1、能级假说:电子沿固定轨道绕核运动，轨道上的电子有特定的能量值，称为能级（energylevel）。2、能级间的跃迁:当电子的能量由一个能级改变到另一个能级,称为跃迁（transition）。二、核外电子运动的波粒二象性（particle-waveduality）

小结核外电子运动的两大特征①量子化特征②波粒二象性三、测不准原理

Δx

·Δpx

≥h/4πHeisenbergW：无法同时测定微观粒子的位置和动量。微观粒子的运动无确定的运动轨迹用量子力学来描述微观粒子在空间出现的概率及特征§9-2核外电子运动状态的描述——波函数和电子云一、波函数（wavefunction）Schrödinger方程Ψ(x、y、z)或Ψ(r、θ、φ)叫做波函数，也称为原子轨道(atomicorbital)。Ψ(r、θ、φ)=

R(r)·Y(θ、φ)R函数——波函数的径向部分或径向波函数(radialwavefunction)，是电子与核距离r的函数；Y函数——波函数的角度部分或角度波函数(angularwavefunction)，是方位角θ和φ的函数。s态波函数p态波函数pxpzpyd态波函数注意1、Ψ可看作在x、y、z三维空间里能找到该运动电子的一个区域，即原子轨道；2、

每一个Ψ代表核外电子的某种运动状态，并有相应确定的能量En3、Ψ与Bohr原子轨道不同；4、波函数在不同角度有正负之分，正负号是函数值符号，反映电子的波动性。二、概率密度和电子云|Ψ|2表示核外某点的概率密度。即:在该点附近微单位体积内电子出现的概率。电子云（electroncloud）：表示电子在核外空间概率密度分布情况的几何图形。如：氢原子1s电子云的图形p轨道电子云d轨道电子云三、四个量子数主量子数n角动量量子数l磁量子数mn、l、m取值一定并加以合理组合确定电子的自旋方向自旋角动量量子数s一个合理的波函数（原子轨道）（一）主量子数n（principalquantumnumber）1、意义：表示离核平均距离的远近，决定电子的能量高低。2、取值：n=1、2、3……等正整数。电子层符号K、L、M……n和l的关系电子层主量子数（n）角动量量子数（l）符号K101sL2

012s2pM30123s3p3dN401234s4p4d4f第n电子层，就有n种不同形状的轨道。（二）轨道角动量量子数l（orbitalangularmomentum~）1、意义：代表电子的角动量，代表电子在空间不同角度出现的几率，决定轨道和电子云的形状，与主量子数共同决定电子的能量。2、取值：受n的限制，只能取0和小于n的正整数。即：l=0、1、2、3……（n-1）

电子亚层s、p、d、f……（三）磁量子数m（magneticquantumnumber）1、意义：决定原子轨道在空间的取向。2、取值：受l的限制，只能取从+l到-l的一切整数（含0）。m=0、±1、±2、±3……±lm总共可取（2l+1）个数值，代表（2l+1）种取向。lm原子轨道及取向spd00只有一个轨道

10、±120、±1、±2共有五种取向，dxy、dyz、dxz、dx2-y2、dz2l与m之间的关系共有三种取向，px、py、pz

3个轨道n电子层l能级m轨道数轨道总数1K01s0112L02s01412p0、+1、-133M03s01913p0、+1、-1323d0、+1、-1、+2、-254M04s011614p0、+1、-1324d0、+1、-1、+2、-2534f0、+1、-1、+2、-2、+3、-37

n、l、m三者的关系

小结1、n、l、m三个量子数的取值是相互制约的；2、

n、l、m的每一个合理组合确定一个原子轨道：n：决定电子层l：确定形状m：确定空间取向决定能量3、每个电子层的轨道总数为n2。（四）自旋角动量量子数

s（spinangularmomentum~）1、意义：表示电子的自旋状态；2、取值：s=+1/2和-1/2或用↑↓表示结论2、在同一个原子中，不可能有四个量子数完全相同的两个电子。3、每个电子层最多容纳的电子总数为2n2。

1、n、l、m、s的每一个合理组合，代表核外电子的一种可能运动状态。例如：n=2，l=1表示第2电子层的p亚层，该亚层共有3个轨道，最多可容纳6个电子。这六个电子的运动情况可分别用下列各组量子数来表示：电子序数123456nlmms21021021+121+121-121-12P2P2P§9-3电子组态和元素周期表一、多电子原子的能级由于电子的相互排斥对核电荷的部分抵消作用。n不同，l相同时，n越大，内层电子的屏蔽作用越强，其能量越高。例如：E1s＜E2s＜E3s……

1、屏蔽效应外层电子为回避其它电子的屏蔽作用而向内层渗透的现象。各种电子钻穿能力大小顺序：ns＞np＞nd＞nf∴Ens＜Enp＜

End＜

Enfn相同，l不同时，l越大，其能量越高。

2、钻穿效应近似能级图3、能级交错现象

规律n＜3，无能级交错现象n≥4，Ens＜E（n-1）d＜Enpn≥6，Ens＜E（n-2）f＜E（n-1）d＜EnpE1s＜E2s＜E2p＜E3s＜E3p＜E4s＜E3d

＜E4p＜E5s

＜E4d

……能级顺序(energyorder)：二、原子的电子组态（electronicconfi-guration）及电子排布规律1、Pauli不相容原理：同一原子中，不可能有四个量子数完全相同的两个电子。即：每个原子轨道最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。2、能量最低原理：电子在原子轨道的排布总是尽可能先占据能量最低的轨道，而使原子体系的总能量最低。3、Hund规则电子在能量相同的几个原子轨道（等价轨道或简并轨道）上排布时，总是尽可能以自旋相同的方向，分占不同的轨道。例如：N原子核外电子排布为1s22s22p31s2s2p

Hund规则补充规定简并轨道全充满（p6、d10、f14）、半充满（p3、d5、f7）和全空（p0、d0、f0）的状态比较稳定。Cr原子1s22s22p63s23p63d54s1Cu原子1s22s22p63s23p63d104s1[Ar][Ar]三、原子的电子层结构与元素周期表（一）周期（period）的划分周期=元素原子最外层的主量子数各周期的元素数目等于相应能级组中各原子轨道可容纳的电子总数。（二）族（group）的划分将外层电子结构相同或相似的元素排成一列，称为族。主族（A族）：ⅠA~ⅧA族电子最后填充在最外层的s轨道或p轨道上；主族数=最外层电子数

特点副族（B族）：ⅠB~ⅧB族电子最后填充在d轨道或f轨道上、(n-2)f、(n-1)d、ns电子都是价层电子；

ⅠB、ⅡB族：族数=最外层电子数

ⅢB~ⅦB族：族数=最外层电子数+次外层d电子数

ⅧB族：(n-1)d和ns电子总数为8~10价电子主族元素：最外层电子副族元素：除最外层电子，还包括次外层的d电子、(n-2)f层的部分电子。（三）元素分区按照最后一个电子填充在哪个能级上，可将元素周期表中的元素分成五个区。区最后一个电子填充的能级族外层电子结构s区p区d区ds区f区ⅠA、ⅡAns1、ns2ⅢA~ⅦA0族ns2np1~6(n-1)d1~8ns1~2ⅠB、ⅡB(n-1)d10ns1(n-1)d10ns2镧系、锕系(n-2)f0~14(n-1)d0~1ns2s能级p能级d能级d能级（全充满）f能级ⅢB~ⅧB族（四）过渡元素概念过渡元素（transitionelement）包括d区、ds区和f区的元素。过渡元素最外层电子数较少，都是金属元素；在化合物中常有多种氧化值。第四节元素性质的周期性变化规律一、原子半径（atomicradius）：同一周期从左到右，主族元素的原子半径逐渐减小；过渡元素原子半径先是缓慢缩小，然后略有增加。同一主族从上到下，原子半径逐渐增大。二、元素的电负性（electronegativity）定义：元素原子在分子中吸引成键电子的能力。同一周期从左到右，电负性递增；同一主族从上到下，电负性递减。SummaryAnatomconsistsofanucleusandelectronsoccupyingtheremainingspace.Weknowelectronisofwave-particleduality.Accordingtotheuncertaintyprinciple,theexactpositionandspeedofanelectroncannotbeknownsimultaneously.Howdowedescribethemotionofanelectron?Usuallyweusewavefunctionorelectroncloudtodescribethemotionofanelectroninanatom.1、WavefunctionTheelectronwavefunctionismathematicaldescriptionoftheelectron'swavelikemotioninanatom.Eachwavefunctionassociatedwithoneoftheatom'sallowedenergystates.WavefunctionisthesolutionofSchrÖdinger'sequation.Ψ(r、θ、φ)=

R(r)·Y(θ、φ)R(r)→radicalwavefunction

Y(θ、φ)→angularwavefunction

Therearefourkindsofatomicorbitalasfollowing:s、p、d、f2、ElectroncloudTheprobabilitydensityoffindingtheelectronataparticularlocationisrepresentedby|Ψ|2.Electroncloudcanexpressthedistributionof|Ψ|2directly.Ψ2(r、θ、φ)=

R2(r)·Y2(θ、φ)3、FourquantumnumberThreefeaturesoftheatomicorbitalaredescribedbythreequantumnumbersasfollowing:sizenshapelorientationmOrbitalswiththesamenandlvaluesconstituteasublevel;sublevelswiththesamenvalueconstituteanenergylevel.Asublevelwithl=0hasone

sorbitalAsublevelwithl=1hasthree

porbitalsAsublevelwithl=2hasfive

dorbitalsAsublevelwithl=3hasseven

forbitalsInmany-electronatoms,weusethefourthquantumnumber——spinangularmomentumquantumnumber（s）

todescribeelectronspin.4、Electronicconfiguration1)Theenergyorder

E1s＜E2s＜E2p＜E3s＜E3p＜E4s＜E3d