多电子原子和元素周期表

§17-7多电子原子和元素周期表

描述原子中的电子运动状态需要一组量子数()来表示其量子态.(1)主量子数n=1,2,3,…决定原子中电子能量的主要因素.n越小,能级越低(2)角量子数l=0,1,2,…,(n-1)对能量有一定的影响.决定原子中电子的角动量,P245,一不讲一、原子中电子的四个量子数n一定时

有n种取值

l

越小能量越低或决定原子系统的能量引起磁场中能级分裂.决定电子轨道角动量在外磁场中的空间取向影响电子在外磁场中的能量,产生精细结构.决定电子自旋角动量在外磁场中的空间取向,(4)自旋磁量子数(3)磁量子数自旋角动量也只有一个值不变,可不计入量子数组合中。

s=1/2△多电子原子中核外电子的排布要遵循泡利不相容原理能量最低原理需要说明的是

自旋量子数

只有一个值四个量子数小结名称

取值物理意义

电子能量的主体确定的能级角动量的可能取值,对总能量有一定影响“轨道〞角动量在磁场中可能的取向能级分裂谱线精细结构主量子数角量子数磁量子数自旋磁量子数二、泡利不相容原理

一个原子内不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的状态或说一个原子内不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的一组量子数(n,l,ml,ms).

或说一个原子内不可能有四个量子数完全相同的电子

或说不可能有两个或两个以上的电子处于同一个量子态P246,二下段倒1,2行1.泡利不相容原理(1925)获1945年诺贝尔物理学奖WolfgangPauli

奥地利人

1900-1958

泡利P247,第3段2.原子中电子的壳层结构1916年,柯塞耳提出(不管在强磁场中还是弱磁场中):多电子原子核外的电子分壳层排布.壳层:主量子数n相同的电子构成一个壳层.对n=1,2,3,4,5,…的电子,其壳层分别用K,L,M,N,O,P…表示.支壳层:同一壳层〔n相同〕、角量子数l相同的电子构成一个支壳层(一个壳层包含多个支壳层).对应于l=0,1,2,3,…的各支壳层,其支壳层分别用s,p,d,f,g,h…表示.P247,标题四2.原子中电子的壳层结构1916年，柯塞耳提出:多电子原子核外的电子分壳层排布.壳层:主量子数n相同的电子组成一个壳层.

对n=1,2,3,4,5,…的电子,

其壳层分别用K,L,M,N,O,P…表示.支壳层:相同n

、角量子数l相同的电子组成一支壳层(一个壳层包含多个支壳层).

对应于l=0,1,2,3,…的各支壳层,

其支壳层分别用s,p,d,f,g,h…表示.P247,四下2-4行P247,四下2-4行说明:壳层和支壳层中所能容纳的最多电子数当n、l一定时，ml可取(2l+1)个值，对每一个ml，ms可取两个值，所以角量子数为l的支壳层上可容纳的最大电子数为2(2l+1)，即一个支壳层内电子可有2(2l+1〕种量子态。n一定时,可取n个值。所以主量子数为n的壳层内可容纳的最大电子数为:1)角量子数为l的支壳层上可容纳的最大电子数为2(2l+1)2)主量子数为n的壳层中可容纳的最大电子数为2n2P247,17.84式一个支壳层内电子可有〔2l+1〕×2种量子态∴主量子数为n的壳层内可容纳的电子数为各壳层可容纳的电子数壳层和支壳层中所能容纳的最多电子数当n、l、ml一定时,ms可取两个值,即不同的量子态数目为2；当n、l一定时，ml可取(2l+1)个值，对每一个ml，ms可取两个值，所以角量子数为l的支壳层上可容纳的最大电子数为2(2l+1)，即一个支壳层内电子可有2(2l+1〕种量子态。1)角量子数为l的支壳层上可容纳的最大电子数为2(2l+1)n一定时,可取n个值。所以主量子数为n的壳层内可容纳的最大电子数为:2)主量子数为n的壳层中可容纳的最大电子数为2n2P247,17.84式练zP47,23附:△主量子数为n的壳层上最多能容纳的电子数为2n21(K)2(L)3(M)4(N)5(O)6(P)l1(p)5(h)4(g)3(f)2(d)0(s)n22222266666101010101414141818222818325072思考：根据泡利不相容原理，在主量子数n=4的电子壳层上最多可能有电子数为〔〕个。即教案4一个电子可能的状态KLMn123l0s0s1p0s1p2dml00-1010-101-2-1012msKL1L2M1M2M3状态数2262610818附表1思考：当n、l、ml一定时，ms可取两个值，那么不同的量子态数目为多少?(2)Nn4l0s1p2d3fml0-101-2-1012-3-2-10123msN1N2N3N4状态数26101432一个电子可能的状态B附表2在氢原子的K壳层中，电子可能具有的量子数〔n,l,ml,ms)是〔〕。练教案2，即B(1,0,-1,1/2)A(1,0,0,1/2)C

(1,1,0,-1/2)D(2,1,0,-1/2)练zP47,23练zP40,11三、能量最低原理表述:“电子优先占据最低能级〞P247,第2段说明:多电子系统原子的能级状况1)一般：n越小，对应能级越低；

n相同,l越小,对应能级越低；主壳层填充次序K,L,M,N,O,P…s,p,d,f,g,h…

根据现有的知识，我们还无法确定究竟哪个壳层的能量最低，因要用到量子力学才能在理论上给出。下面给出电子填入壳层的经验规律。P247,第1段,3-4行支壳层填充次序指出:一般为原子序数Z不大于18的情况.能级的电子壳层图其值越大,能级越高四、元素周期表2)对原子外层电子能级上下遵循规律——徐光宪定那么：P247,第1段,倒第1,2行指出:一般为原子序数Z大于18的情况.现在常用的元素周期表那么是根据量子力学理论(多电子原子中核外电子的排布要遵循:泡利不相容原理和能量最低原理),按原子序数和电子的壳层结构排列出来的,它更科学、更符合实验。如:……..P248，第2行各态能量顺序P248，第4行开始钾(K)原子基态的电子组态

1s22s22p63s23p64s1

指出:1〕原子的电子壳层结构,也叫原子的组态(电子组态),可以用符号表示,如:氢(H)原子基态的电子组态1s1,这种获得电子组态的方法通常称为构造原理.2〕元素周期表最初是门捷列夫按原子量大小顺序排列出来的,而现在常用的元素周期表那么是根据量子力学理论,按原子序数和电子的壳层结构排列出来的,它比原始周期表更科学、更符合实验。P248,表17-2及以上两段结束练教案3,即练教案1结束氩(Z=18)原子基态的电子组态是().(A)1s22s82p8

(B)1s22s22p63d8

(C)1s22s22p63s23p6

(D)1s22s22p63s23p43d2

附、能量最低原理内容:“电子优先占据最低能态〞ZeKLMnl1021032103d3p3s2p2s1sn=1n=2n=3先看表1后再解释能级的电子壳层图2)电子填入壳层的经验规律其值越大,能级越高五、元素周期表

纵观元素周期表中各元素核外电子的分布，我们发现电子在填充过程中遵循如下规律：对原子外层电子能级上下遵循规律——徐光宪定那么：P247,第1段,倒第1,2行1.按原子序数和电子的壳层结构来排列.

各壳层和支壳层所能容纳的最大电子数受泡利不相容原理的制约。指出:一般:原子序数Z大于18的情况.附:

说明:1)在原子序数Z不太大时,电子能级由主量子数n决定,n越小,能级越低,电子一般按n由小到大顺序填入各能级.由最低能级n=1的K层开始填起,一个壳层填满后再填下一个壳层.

壳层容纳的最大电子数为2n2，支壳层容纳的最大电子数为2(2l+1).2.基态是原子能量最低状态，因此，逐一增加电子时，被加电子要尽可能填在能量最低状态，即受能量最低原理的制约。2)在原子序数Z较大时,能级上下次序与主量子数n的次序不一致,能级上下由徐光宪法那么:n+0.7l确定,电子首先填充低能级.或电子是按光谱实验归纳的,各态能量顺序从低能级到高能级在各支壳层上填充(见P248,第3行).这就会出现在前一壳层尚未填满时,电子就填入下一壳层的现象.第一周期2个元素，第二周期8个元素，电子填充很有规律。逐一增加电子时，从内向外进行填充；第三周期一直到18号元素氩(Ar)为止，电子的填充都是从内向外进行，到氩时3p支壳层被填满，但3d支壳层还全空着，下一个元素钾(K)的第19个电子是填3d还是填4s呢？按徐光宪法那么,3d(n=3,l=2)的(n+0.7l=4.4),而4s(n=4,l=0)的(n+0.7l=4),可见,4s态的能量比3d态的能量还小,故这个价电子放弃3d轨道。而进入4s轨道，从而开始了下一周期。这是由能量最小原理决定的。钾(K)原子基态的电子组态

1s22s22p63s23p64s1

指出:1〕原子的电子壳层结构,也叫原子的组态(电子组态),可以用符号表示,如:氢(H)原子基态的电子组态1s1,这种获得电子组态的方法,统称称为构造原理.2〕元素周期表最初是门捷列夫按原子量大小顺序排列出来的,而现在常用的元素周期表那么是根据量子力学理论,按原子序数和电子的壳层结构排列出来的,它比原始周期表更科学、更符合实验。练教案1,即05-10,ZP40,14结束〔1〕原子核外电子数等于该原子的原子序数，各壳层和支壳层所能容纳的最大电子数受上述规律制约。〔即受泡利不相容原理制约〕〔2〕每个壳层的最大电子容量是：2、8、18、32、……；而各周期的元素依次是：2、8、8、18、……。可见两者并不一致；这说明：某一壳层尚未填满，电子会开始填一个新的壳层。〔3〕基态是原子能量最低状态，因此，逐一增加电子时，被加电子要尽可能填在能量最低状态。〔即受能量最小原理制约〕附：电子在填充遵循的规律

第一周期2个元素，第二周期8个元素，电子填充很有规律。逐一增加电子时，从内向外进行填充；第三周期一直到18号元素