原子结构课件

元素周期表

原子结构和元素周期性

一.原子结构AtomicStructureParticle

Location

Charge

Mass(amu)

Proton Nucleus +1 1.0 NeutronNucleus 0 1.0 Electron Aroundnucleus -1 0.00055

化学：电子排布与化学性质之间的关系历史发展实验基础基本结构原子光谱连续光谱（自然界）连续光谱(实验室）电磁波连续光谱c=

和Borh量子化模型氢原子光谱:线谱二.微观粒子的运动规律1、波粒二象性,法国LouisdeBroglie(1924)

粒子的微粒性和波动性的关系能量E=h,

E=mv2=pc=h

动量p=h/

能量和动量：

E,p

粒性频率和波长：

，

波性

DeBroglie关系

=h/p=

h

/mv

例：子弹，m=2.5×10-2kg,v=300ms-1;电子，me=9.1×10-31kg,v=5.9×10-5ms-1;

波长：子弹

=h/(mv)=6.6×10-34/(2.5×10-2

300) =8.8

10-35(m)

主要为粒性

电子

=h/(mv) =6.6×10-34/(9.1×10-31

5.9×10-5) =12

10-10(m)=1.2nm

波粒二象性1926年，奥地利Schrődinger

Schrődinger方程（对于单电子体系）：

2

/

x2+

2

/

y2+

2

/

z2+8

2m/h2(E-V)

=0

其中，波函数

，反映了电子的波性；m(质量)，E(动能)，V(势能)，等反映了电子的粒性。波函数（

）和Schrődinger方程

一.量子力学用于微观粒子的要点微观粒子的波粒二象性，电子的运动状态用波函数

(r,

,

)描述，

可为正，负或零

解Schrödinger方程可得到相应的量子数，

2表示波函数在空间的几率密度，即电子云的密度能量量子化，非连续性，量子数为正整数（自旋量子数除外）二、四个量子数及其物理意义1、主量子数n,n为1，2，3，4等正整数。n无穷大时，能量为零，基态时,n=1,能量最低（负值），n越大，能级越高。直观可以认为n为原子外电子排列的层数。E-1/n22、角量子数l（轨道角动量）,l为0，1，2，...n-1正整数，共有n个，它表示原子轨道（或波函数）的角度分布，即电子云的形状。例如，当l=0,1,2,3时，原子轨道分别用s,p,d,f

表示。当n

相同时，不同l的原子轨道称为亚层。l

越大，能量越高。例如，主量子数n=2时，l

可以为0，1，即原子轨道可以有2s,2p,两个亚层，2p电子的能量高于2s。

s轨道p轨道d轨道

l=0

l=1l=23、磁量子数ml,轨道角动量在磁场方向的分量，表示原子轨道在空间的取向，数值可以是0，

1，

2，....

l，对于某个运动状态，可以有2l+1个磁量子数。例如l＝1，ml

可以为0，

1三个不同的取向，用px,py,pz表示。l＝2,ml

可以为0，

1,

2,五个不同的取向，用dxy,dyz,dxz,dx2-y2,dz2表示4、自旋磁量子数ms，自旋角动量在磁场方向的分量，电子自旋有顺时针和逆时针两个方向，因此，自旋磁量子数为

1/2。s轨道的轮廓图(l=0，ms=0,)p轨道的轮廓图(l=1，ml=0,1)电子云密度为0的平面是节面d轨道的轮廓图(l=2，ml=0,1,2)H原子轨道的径向分布多电子原子的原子轨道能级图E=-13.595eV(H原子）E=0多电子原子的能级图

（1）电子排布的三条基本原理保里（Pauli）不相容原理，在一个原子中，不可能4个量子数完全相同。或者说一个原子轨道上最多只能排列两个电子，必须自旋相反。（2）能量最低原理，能量高低由主量子数n

和角量子数l决定。n

相同时，l越大，能量越高，l相同时，n

越大，能量越高，例如，能量顺序1s<2s<3s<4s......,3s<3p<3d。（3）洪特（Hund）规则。在能量相等的轨道上，电子尽量自旋平行（高自旋）能级顺序三、基态原子的电子排布核外电子填充顺序核外电子的排布顺序：1s2<2s2<2p6<3s2<3p6<4s2<3d10<4p6<5s2<4d10<5p6<6s2<4f14<5d10<6p6<7s2<5f14<6d10<7p6…1s2<2s2<2p6<3s2<3p6<4s2<3d10<4p6<5s2<4d10<5p6<6s2<4f14<5d10<6p6<7s2<5f14<6d10<7p6…

练习：写出下列原子的核外电子排布

Ca(20)Zn(30)Ti(22)Fe(26)Br(35)Kr(36)（1）7个周期，18族（旧的分法：I－VIIIA，I－VIIIB族，或主副族）周期数为n,即最大的主量子数四、元素周期表（2）按价电子组态分为5个区

s区

(n-1)s2(n-1)p6

ns1-21，2族，即碱金属，碱土金属（主族）

d区

(n-1)s2(n-1)p6(n-1)d1-9

ns1-2

3－10族，过渡金属（副族）（ds区

(n-1)s2(n-1)p6

(n-1)d10

ns1-211，12族，铜锌分组）

p区

(n-1)s2(n-1)p6

ns2np1-6

13－18族（主族）

f区

(n-2)f1-14

(n-1)s2(n-1)p6(n-1)d0-2ns2

镧系，锕系元素元素周期表中的区域划分（1）电离能，定义，气态原子失去一个电子变为气态离子所需的能量（I1）规律：同一周期，碱金属电离能最小，例如Cs，光电阴极材料，稀有气体最大同一主族，n越大，电离能越小（2）亲和能气态原子得到一个电子放出的能量，卤素最大，稀有气体，碱土及碱金属为0，不能准确测定（3）电负性，

，原子对成键电子吸引力的大小，综合亲和能及电负性，Paulingormulliken电负性值，卤素最大（F）五、元素周期性周期表中部分元素的电负性

金属，电负性小，大约<2，非金属，电负性大，大约>2判断化合物的键型，

＝

A-

B

大，离子键

小，共价键

=0,非极性共价键

离子性%=1-exp[-1/4(

A-

B)2]

HF19%;HCl11%,HBr4%,ZnS18%;NaCl67%;CsF

93%元素周期表中的原子半径变化规律主族原子的半径比较元素周期表中第一电离能的变化（1）氧化态和化学性质s

区，p

区最高氧化态数＝1，2，3，4，5，6，7d区最高氧化态数=族数（8族前）f

区+3价为主

s区K(Ar)4s1

ds区Cu(Ar)3d104s1

Rb(Kr)5s1Ag(Kr)4d105s1

Cs(Xe)6s1Au(Xe)5d106s1

六、化合物性质的周期性（2）化合物键型的分布

s区和p区，典型活泼金属和非金属，离子键NaCl有共价键成分ZnSGaP

p区和p区共价键，小分子CCl4SO2Cl2

无机大分子：SiO2，B2O3（属原子晶格）

d区和d区,FeCu金属晶格

离子键共价键金属键七、原子光谱和光电子能谱原子光谱：包括原子吸收，原子发射，X光荧光光谱，内层电子跃迁的能量决定，和化学环境无关。元素的指纹鉴定。例如：H原子的电子从n=3跃迁到n=2