第六章原子结构

第六章原子结构与元素周期律本章将要讲述以下几节内容：6-1近代原子结构理论的确立6-2微观粒子运动的特殊性6-3核外电子运动状态的描述6-4核外电子的排布6-5元素周期表6-6元素基本性质的周期性6－1近代原子结构理论的确立6-1-1原子结构模型★道尔顿原子理论——不能说明原子与分子的区别，不能阐明原子的结构与组成。★阴极射线、电子、α粒子、β粒子、γ射线的发现，卢瑟福根据α粒子散射实验提出原子行星模型。★玻尔根据氢原子光谱提出了固定轨道模型。★薛定谔根据电子的波动性提出了波动力学模型。6-1-2氢原子光谱1、氢原子光谱光谱连续光谱：色光间没有明显分界的光谱，如可见光谱。不连续光谱：如原子光谱氢原子光谱在可见光区有四条比较明显的谱线，通常用Hα、Hβ、Hγ、Hδ来标志。巴尔麦找出了氢原子光谱可见光区各谱线的波长之间有如下关系：λ=B()n2n2-4(6-1)λ—波长；B—常数；n—分别等于3、4、5、6，分别对应四条谱线。σσ

—波数；RH—里德堡常数，其值为1.097×105cm-1;n1、n2—正整数，n1<n2。H（6-2）RHRH后来在氢光谱的紫外线区和红外线区分别发现了赖曼线系和帕邢线系，在远红外区发现的布拉开线系，各谱线的频率和波数也符合前面式子。氢原子光谱的特征：6-1-3玻尔理论(1)普朗克的量子论（3-4）h为普朗克常数。（6－3）P=电子在稳定的轨道上运动时，并不放出能量。P=(2)玻尔假说(二)电子在离核越远的轨道上运动，其能量越大。玻尔根据经典力学原理和量子化条件，计算了电子运动的轨道半径和电子的能量：E总—电子的总能量，包含电子的动能和势能；m—电子的质量；Z—原子的核电荷数；e—电子的电量；h—普朗克常数；π—3.142。(6-4)对于氢原子，将各数值代入(3-17)后计算得：E=-13.6n2eV(6-5)将n值代入得到：可见，随着n的增加，电子离核越远，电子的能量以量子化的方式不断增加，n被称为量子数。当n→∞时，意味着电子完全脱离原子核的电场的引力，能量E=0。基态——原子中的各电子尽可能处在离核最近的轨道上，这时原子的能量最低。激发态——当原子从外界获得能量时电子被激发到较高能量。(三)处于激发态的电子不稳定，可以跃迁到离核较近的轨道上，这时会以光子的形式放出能量。光的频率决定于两轨道的能量差：(6-6)E2、E1——分别为较高和较低能量轨道的能量；υ——频率；h——普朗克常数。6-翻2微观腔粒子局运动共的特亡殊性6-烧2-箱1微观蛋粒子睡的波坚粒二促象性1、掌光的旬波粒肾二象绝性二十菠世纪蚂初，况人们拦从光便的干劲涉、宿衍射和及光悦电效谋应等女各种浴实验园现象懒认识佣到光袄具有德二象眼性—柴—波价粒二掘象性腿。普朗画克的席量子蛛论和加爱因参斯坦旬的光男子学员说中惨提出统了：（6－7）式（6－7）中怪，左控边的P是表领征粒吐子性促的物即理量哨，右医边是古表征愚波动漏性的歉物理穗量，暖所以慕式（6－7）很许好地遵揭示肯了光袭的波筛粒二宝象性尝。λ=hmv(6－8)(3鬼-2仁2)2、德愉布罗悦意预级言19种27隐年，驳电子零衍射练实验题证实尘了德贴布罗驼意的康假设员。感光屏幕薄晶体片衍射环纹电子枪电子束3、衍民射实借验6-静2-柴2不确洽定原左理这说橡明粒姑子位案置的捡测定笋准确攻度越字大(∆x越小)，丢则其说相应死的动煌量的歌准确携度就分越小剥(∆p越大)，玩反之此亦然锅。6-疏3核外昂电子夹运动叼状态睬的描泼述6-庄3-阳1薛定比谔方淘程—摊—微炊粒的钱波动衬方程孔：薛定甘谔方舞程这是位一个傍二阶旷偏微材分方勿程式中波函使数机，E能量搅，V势能崖，m微粒仆的质该量，卵圆浇周率，h普朗撒克常并数(6传-1喷3)经过躬坐标虫变换日和分约离变灯量后郊，薛斧定谔虫方程薄为：(3皇-2柳5)6-倒3-群2量子贩数的滚概念波函接数和蜓原子繁轨道(1恒)(2曲)(3蜻)1、平主量砖子数n取值死：意义伶：光谱祥学中航表示嫂：K、L、M、N等2、秧角量毒子数l2、拿角量达子数l意义盟：2、备角量倍子数l对于伙给定挪的主乔量子段数n来说挥，就刷有n个不泼同的赵角量柱子数l。2、挺角量捎子数l3、和磁量暮子数m取值补：意义耳：4、货自旋鼠量子甲数ms5、艰四个吹量子碍数小像结5、棒四个甲量子根数小雾结3-模3-抢3概率仇密度豆的空趟间分利布1、圾电子嫂云的锋概念2、亡概率炉密度同和电伸子云2、减角度锅部分(1)等概有率密祝度图窑。例碌图6-腊7(2)界面奏图。多例图6-舞8(3)径向权概率葱密度笨图。讯例图6-由9(4拼)薄层约球壳拌示意陶图。例图6-枯102、概霞率密虫度分落布的峡其它类表示6-汪3-锹4波函矩数的胁空间项图象径向危波函吊数角度胃波函狼数1、沾径向婚部分图3毫-1洪2若以D(妇r)为纵磨坐标胸，r为横捐坐标句作图绘，可岸得各亿种状盲态的伶电子卡的几马率的区径向弓分布五图，凭如：1、来径向麦部分1、扎径向失部分2、之角度守部分2、速角度坡部分2、体角度异部分2、浓角度滥部分2、裤角度长部分6-锻3-闻5、核犬外电躲子运葵动状醉态小抵结6-独4核外经电子夺排布本节痛主要闯讲述朗的内歪容：6-柱4-数1多电岛子原正子的概能级6-醉4-警2影响零轨道激能量皮的因赖素6-泛4-若3核外临电子蛙排布6-享4-直1多电声子原此子的贤能级1、传鲍林只的原畜子轨浅道近罚似能企级图能级姓分裂能级列交错2、Co倒tt巾on原子践轨道评能级解图6-灿4-烂2、影响仪轨道杀能量摇的因述素1、屏帝蔽效点应2、钻悼穿效鼻应6-坦4-繁3核外果电子液的排厚布1、爱能量午最低罪原理2、辅保里在不相养容原押理2、酒保里可不相刃容原肾理3、撇洪特澡规则例如匀：6-装5元素云周期晚表6－5－1元素取的周棍期6－5－2元素赢的族6－5－3元素铜的分份区6-蚂5-面1元素里的周棚期6-办5-各2元素贪的族6-座5-榨3元素秘的分涌区s区p区d区ds区f区6-蛇6元素美基本淹性质娘的周泊期性主要祝讨论原子泊半径雕，电启离能眯，电秒子亲怕合能先和电朝负性随周期董和族的变岁化。d核间距为d，共价半径r共=6-疼6-默1原子姻半径共价条半径同种铲元素羡的两荷个原或子，塌以两傻个电痒子用嘱共价票单键奶相连辰时，期核间服距的肉一半份，为孤共价净半径墓。金属般半径金属兼晶体哈中，愤金属盟原子击被视抵为刚毒性球疤体，舍彼此涛相切熄，其朴核间筑距的巩一半佳，为骆金属维半径崖。1、原掉子半弓径的冻定义对于喊金属Na匪：r共=专15居4pm换，旨r金=18险8pm日，犯r金>r共因金忙属晶劣体中轿的原郊子轨教道无忍重叠并。范德渡华半盾径在低只温高坚压下恰，稀君有气另体形障成晶可体。亮原子亏核间塞距的础一半灵定义弯为范坡德华原半径熊。范德号华半报径比共神价半延径大碧，因像为在妻稀有甜气体彼形成覆的晶借体中旋，原慢子尚和未相蠢切。讨论朗原子徐半径体的变皂化规亏律时斤，经断常采榜用共榆价半谜径。2、原衫子半终径的触变化站规律主族却元素梯：从左酱到右r减小；榆从上耗到下r增大动。过渡屋元素巷：从左惧到右r缓慢云减小时；从似上到怨下r略有增障大肤。影响猜因素势：①欣核葛电荷天数Z增大蒙，对尚电子锅吸引饰力增馋大，砖使得撕原子华半径r有减显小的异趋势纪。②幕核偶外电延子数起增加蒸，电济子之掀间排高斥力消增大蔬，使悟得原忌子半嗽径r有增厦大的绕趋势孩。这是社一对墓矛盾核，以草①既为主傍。只有茄当d5，d10，f7，f14半充悔满和籍全充责满时辟，层壮中电拒子的诉对称拴性较胶高，钢这时②易占主搬导地锋位，原子热半径r增大。镧系晋收缩霞：内过肉渡元药素随年着原砖子序枝数的回增加老，原胡子半培径减界小的汁幅度卧很小基的现荷象。镧系支收缩兴造成奋的影聋响对于荷镧系抬元素帆自身配的影纵响，诸使抖15塔种柿镧系液元素您的半兰径相彩似，谅性质冈相近队，分桐离困五难。同族垫中，弹从上阶到下侦，有惊两种效因素饲影响盗原子革半径学的变番化趋抄势①静核室电荷Z增加胆许多室，对彩电子职吸引曲力增赖大，颗使r减小粮；②灾核补外电加子增蛋多，芽增加分一个旦电子团层，侄使r增大蔬。在这如一对珠矛盾榴中，②损起主崖导作过用。同薯族中尽，从糠上到积下，铁原子孝半径烦增大妙。Li宣12垫3掩pmNa闲1贡54抹p扑mK充20飘3去pmRb21废6户pmCs翼23巡寿5工pm半径禁增大主族况元素摆：副族姨元素Ti只V波Cr13做2西12请2盐11洪8ZrNbMo14拔5岛13基4键13意0HfTa殖W14厦4盛13懒4紫13补0第二斑过渡序系列雁比第疲一过令渡系羽列原鼠子半引径r增大12咸－1魔3pm弹。第三陆过渡切系列解和第裕二过劲渡系群列原平子半黎径r相近继或相倚等。这教是镧茎系收坦缩的举影响算结果羡。6-柿6-驳2电离私能I1是衡点量元亲素金离属性家的一进种尺液度：I1越小然表示琴元素居的原胶子越些容易丙失去买电子逼，金逼属性惨越强哀。也兴就是勿说，蔽活泼熔的金惹属具盗有较嚼小的煎电离病能。电离帅能的葵大小裤，主捆要取梅决于鸦原子蝇核电炸荷、杂原子病半径坊以及嚷原子洞的电争子层棍结构飘。A(沸g)杏-e-→A+(g混)∆H成=I1——第一焰电离惨能A+(g驼)-e-→爬A2+(g峰)∆H遥=I2——第二转电离珠能依次饱有第框三、笼第四据电离供能等骆，单剪位为kJ舱·m倍ol-1。元素锁的I1比较植重要非。电离天能的抛周期狮性变伸化：（1币）主悉族元幕素同族：壳从上轨到下返，I1依次课减小猛，各她族元悉素的寄金属臭性由朵上到柿下依郊次增廉强。同周池期：从巧左到剥右，I1在总燃趋势资上依箩次增刊加，孔但有布反常留。（2暖）过五渡元垒素I1变化浩不大火总趋手势：信从左仗到右I1略有博增加加。电离顺能数粗据除宪了可壤以说弊明元祝素的斯金属圆活泼倘性外凑，也灾可说明布元素括呈现岩的氧印化态。例如杀：Na的I1≪I2，这说喘明Na只易放形成安+1交氧化旨态。Mg的I1、枣I2较低有且相崭近，此而I2≪I3，表明Mg易形佣成+流2氧谋化态超。这些坦可从膀表6-恨8看出脾。6-午6-布3电子妖亲合诉能上述曾亲合哀能的稠定义钳实际螺上是勺元素迎的第牛一电怕子亲闸合能E1，同样宵可定卵义E2、E3……非金嚷属元孤素一准般有涨较容或易得寒到电勉子的模倾向夕，即兆非金踢属的青电子桌亲合午能较鸟大。一般芬元素圣的E1为正更值，凝少数虑为负勤值，E2一般组均为欲负值爷。电子提亲合绞能是山元素线非金邻属活段性的炕一种热衡量移标度验。一般桃来说削，电救子亲托合能控随原哄子半除径的任减小额而增铺大。表6-西9列出彼了元耽素的具电子卸亲合至能，避数据盏不全夏，有丛的是验计算晌值。肥因此粱其规践律性歇不明想显。6-扇6-夫4元素悟的电林负性概念易：原子窃在分脏子中扎吸引循电子亭的能覆力叫裹元素沫的电甘负性伪。电负狱性标痕度：鲍林冲标度酿(1梯93顺2年席首先泳提出点)密立兆根标愧度(猜19叼34幕密年咳)阿来灿-罗皂周标薪度(筝19辨57鹊年)本书肢所用哲数据尾是鲍模林标对度。颗电负推性通堵常用χ表示窄。鲍阁林指回定氟的伤电负哗性为末4.怕0左熔右，依勿此通御过对盛比求抄出其严它元指素的雨电负进性。同周舍期中心，自旅左向焦右，岛电负幅性变财大，泊元素块的非筛金属娘性增妖强。同一专主族谨中，灶自上确而下脚，电笨负性交变小振，元喇素的信金属签性增鸟强。元素架电负望性的洲变化屿规律壁：但是夫副族材元素浮的电吵负性子没有密明显筋的变艇化规景律。盛在周领期表赞中，宫右上敌方的氟是电疤负性享最大杀的元绵素，体而左兴下方匙的铯是电距负性帆最小计的元赞素。另外果，同巷一元幕素的津不同躲氧化馆态可堤有不就同的充电负惑性。光谱级的发每生连续鱼光谱治和不请连续柱光谱1、范氢原剧子光苗谱1s2s2p核外屡电子恭的排维布（溉原子山的电塌子层蜓结构阀）1 HHydrogen 氢 1s1

*2HeHelium 氦 1s2

3LiLithium锂 1s22s14 BeBeryllium 铍 1s22s2

5 B Boron 硼 1s22s22p1**6 C Carbon 碳 1s22s22p27 N Nitrogen 氮 1s22s22p38 O Oxygen 氧 1s22s22p49 F Fluorine 氟 1s22s22p510 Ne Neon 氖 1s22s22p6原子序数电子轨道图元素符号英文名称中文名称电子结构式11Na盘S庙od口iu炎m钠1s22s22p63s112仿M卡g滴Ma敞gn肾es禁iu组m镁圆1s22s22p63s213在A怀lAl献um舰in耍iu脆m铝瓣1s22s22p63s23p114竟S下i响Si阴li稳co抓n硅辱1s22s22p63s23p215瓶P昂P例ho渔sp上ho弦ru骡s磷涌1s22s22p63s23p316矿S味i势Su都lf台ur硫齿1s22s22p63s23p417ClCh梁lo哭ri摧ne氯秒1s22s22p63s23p518ArAr屑go戏n氩刊1s22s22p63s23p6原子序数元素符号英文名称中文名称电子结构式*[Ar]原子爬实，楼表示Ar的电子办结构烛式1s22s22p63s23p6。原子功实后晨面是您价层贴电子岔，即恰在化高学反机应中咸可能特发生聋变化闭的电像子。**虽先槐排炼4s后排杰3d屋，但电子忌结构阴式中倡先写3d，后写4s**21Sc南S硬ca锦nd黄iu鞋m钪辱[Ar]纺3d14s222绘T窃i欺Ti费ta膀ni挥um钛丸[Ar]粪3d24s223存V科V奋an杆ad锋iu昌m钒败[Ar]辆3d34s224CrCh粉ro恒mi买um铬配[Ar]3d54s125MnMa骑ng拿an著es料e锰士[Ar]颈3d54s226瓶F妨e模Ir贯on铁嫁[Ar]3d64s227蔑C哪o斩Co浑ba挎lt钴敞[Ar]3d74s228跨N兼i闸Ni碌ck抄el镍禾[Ar]3d84s2*19K喊Po闸ta线ss榜iu冬m钾[Ar]恢4s120畏C壳a傲Ca撞lc留iu忆m钙烈[Ar]昼4s2表6-遇4周期块系中楼各元佛素原厚子的删电子勉层结公构3贤电离神能与乱价态李之间柜的关光系首先脸要明窄确，嚷失去投电子哄形成羡正离垦子后写，谣有效幅核电姜荷数Z*增加怠，半话径r减小刃，故籍核对屋电子博引力圣大，制再失恶去电使子更垫加不寻易。适所以由对于址一种款元素与而言早有I1<册I2<魂I3<遗I4…们…结论腹电森离能梢逐级棋加大排。分析届下列兔数据绪，探肿讨电闹离能哀与价婶态之蒸间的眼关系衣。

I1I2I3I4I5I6Li520728911815Be90017571484921007B8012427366025026C10862353462162233783047277N1402285645787475944553266电离能

kJ∙mol-1

I1I2I3I4I5I6Li520728911815Be90017571484921007B8012427366025026C10862353462162233783047277N1402285645787475944553266电离能

kJ∙mol-1

Li=14.02倍，扩大14倍。I2

过大，不易生成+2价离子，所以锂经常以+1价态存在，形成Li+。