原子结构课件

原子结构19世纪初,认为原子不可分割.19世纪末,许多重大发现证明原子由更小微粒组成,具有一定结构.阴极射线的研究发现电子波尔原子结构理论4.1.1波尔原子结构理论1.普朗克量子理论电磁波辐射能的发射和吸收不是连续的,而是一份一份的,量子化的,每份不连续的能量有一个最小单位-----光量子.1光量子能量4.1波尔理论和氢原子光谱2.波尔理论4.1.2氢原子光谱氢原子光谱在可见光区域:4.2核外电子的运动特性4.2.1微观粒子的波粒二象性1.光的波粒二象性2.电子的波粒二象性1924年,法国物理学家德布罗意在光的波粒二象性启发下,提出了电子、原子、分子等微观粒子也具有波粒二象性．４.２.２微观粒子的波粒二象性的统计解释和海森堡测不准原理电子等微观粒子的波粒二象性,是由大量微观粒子运动的统计性规律的表现:衍射图中明亮处某点,从粒性考虑,是因为电子在该点附近附近微体积内出现的几率高(几率密度大);从波性考虑,则是因为该电子波的强度大.海森堡（Heisenberg）提出的测不准关系：由于电子等微观粒子的波粒二象性,粒子的运动不遵循牛顿力学的原理,其运动的位置(坐标)和动量(速度)无法同时准确测定.式中ΔX为位置的不准确量,ΔPx为动量的不准确量.4.3波函数和单电子原子结构波函数Ψ是描述微观体系中粒子运动状态的物理量.是空间坐标(x,y,z)的函数,微观体系的波函数可以通过解波动方程得到.氢原子的波动方程------薛定谔方程如下:m——电子的质量,E——系统的总能量h——普朗克常数,V——系统的势能为了方便,通常将空间坐标(x,y,z)换算成球坐标(r,θ,φ).x=rsinθ

cosφy=rsinθsinφz=rcosθ波函数就是原子轨道.每个波函数都是由三个量子数来确定,即每条原子轨道必须由三个量子数来描述.量子数不同,原子轨道不同.

这三个量子数分别为主量子数n,角量子数l以及磁量子数m.(1)主量子数n:代表电子离核远近和电子层能量高低的参数.即为电子层数.n=1代表第一电子层(K层)n=2代表第二电子层(L层)

n=3代表第三电子层(M层)(2)角量子数l:代表电子在空间角度上出现的几率,即决定原子轨道形状.简称电子亚层.l的取值受主量子数n的限制,l=0,1,2……n-1.

在光谱学中分别称s,p,d,f亚层.如:当n=1时,l=0,代表的是1s亚层.当n=2时,l=0,代表的是2s亚层.l=1,代表的是2p亚层.当n=3时,l=0,代表的是3s亚层.l=1,代表的是3p亚层.l=2,代表的是3d亚层.S原子轨道形状为球形.P原子轨道形状为双球形(或哑铃形)d原子轨道形状为四瓣形.对于单电子原子来说,各轨道能量只与主量子数有关,与角量子数无关.主量子数n越大，En即能量越大.当主量子数相同时,角量子数不同的各原子轨道能量相同.即:E1S<E2S=E2P<E3S=E3P=E3d<E4S

……对于多电子原子来说,各轨道能量除了与主量子数有关外,还与角量子数有关.当n相同时,l越大的原子轨道能量越高.

E3S<E3P<E3d(3)磁量子数m:与轨道的空间伸展方向有关,即代表轨道数.m的取值受到l的限制,m=0,±1,±2,…±l.如:l=0,m=0,即表示s亚层只有一条轨道;l=1,m=0,,±1,即表示p亚层有三条轨道;l=2,m=0,,±1,±2,即表示d亚层有5条轨道;同一亚层中,磁量子数不同的各轨道能量相同,称为简并轨道.如:dxy,dxz,dyz,dx2-y2,dz2为简并轨道,能量相同.(4)自旋量子数ms:ms=±1/2主量子数.角量子数与磁量子数间的关系

例1：描述电子层能量高低的次序和电子云离核远近的是（）描述原子轨道形状，并在多电子原子中决定电子能级的次要因素是（）描述电子云或原子轨道在空间的伸展方向的是（）描述核外电子自旋状态的是（）A、自旋量子数B、角量子数C、磁量子数D、主量子数例3：对于多电子原子，下列所描述的各电子中，能量最高的电子是（）A、（2、1、1、-1/2）B、（2、1、0、±1/2）C、（3、1、1、-1/2）D、（3、2、2、±1/2）下例2：下列电子的六套量子数

（3、2、2、+1/2）;(3、0、1、+1/2);(2、-1、0、+1/2);(1、0、0、0);(3、2、2、2);(2、0、-2、+1/2)中,不可能存在的有()A.2套

B.3套

C.5套

D.6套

例4：量子数组合n=3,l=1的原子轨道，可允许容纳的最多电子数（

）

A、6B、2C、8D、16

例5：关于原子轨道的下列叙述正确的是（

）A、原子轨道是电子运动的轨迹B、某一原子轨道是电子的一种空间运动状态，即波函数C、原子轨道表示电子在空间各点出现的几率D、原子轨道表示电子在空间各点出现的几率密度例6：当角量子数为5时，可能的简并轨道是（

）A.

6B.9C、11D.13

例7：原子核外电子运动状态可以用量子数——————————————加以描述，而多电子原子的核外电子能级则与————————————有关。4.4多电子原子结构4.4.1原子结构近似能级图4.4.2核外电子排布规律

1.保里不相容原理在同一个原子中，不可能存在四个量子数完全相同的两个电子。如：11号元素Na的核外电子轨道排布式：1S2S2P3S

在同一个原子轨道中最多可容纳自旋方向相反的两个电子，每一个电子层最多可容纳2n2个电子。2.能量最低原理电子填入原子轨道时，电子尽可能排入能量最低的原子轨道，使原子的能量状态处于最低。电子填入原子轨道必须遵循原子轨道填充次序图。原子轨道填充次序图1S＜2S＜2P＜3S＜3P＜4S＜3d＜4P＜5S＜4d＜5P＜6S例如：17号元素Cl1S22S22P63S23P5------------电子结构式26号元素Fe1S22S22P63S23P63d64S23.洪特规则电子填入简并轨道时，尽可能占据不同的原子轨道，且自旋方向相同。15号元素P:1S2S2P3S3p4.洪特规则特例1S22S22P63S23P63d54S124号元素Cr1S22S22P63S23P63d94S229号元素Cu1S22S22P63S23P63d94S2(×)1S22S22P63S23P63d104S1

例:一个2p电子可以被描述为下列六组量子数之一（1）2、1、0、+1/2（2）2、1、0、-1/2

（3）2、1、1、+1/2（4）2、1、1、-1/2

（5）2、1、-1、+1/2（6）2、1、-1、-1/2试指出氧原子电子层结构中，2P4四个电子组合中正确的是（）

A、（1）（2）（3）（4）B、（1）（2）（5）（6）

C、（2）（4）（5）（6）D、（3）（4）（5）（6）下列元素的电子结构式或轨道排布式哪些正确,哪些错误,错误的指出违反什么规则?A.1S22S22P63S23P63d4B.1S22S22P63S23P63d44S2C.1S22S22P63S23Px23Py23Pz0D.1S2S2P3S3p4.5原子结构与元素周期律4.5原子结构与元素周期律(n-1)d1-8ns2ns1-2ns2np1-6(n-1)d10ns1-24.5.1周期表的结构例.价电子构型为3d84s2的元素，属于()

A、ds区，第三周期，IIB族B、d区，第三周期，VI族C、d区，第四周期，VIII族D.ds区，第四周期，IB族4.5原子结构与元素周期律4.5.1元素性质的周期性变化1.原子半径的周期性规律4.5原子结构与元素周期律4.5.1元素性质的周期性变化2.元素的第一电离能3.元素的电子亲和能4.元素的电负性基态的一个气态中性原子得到一个电子形成-1价的气态阴离子放出的能量，称为元素的第一电子亲和能。用Y1表示。元素的电子亲和能越大，表示元素的气态原子得到一个电子成为负离子的趋势越大，非金属性越强。指元素的原子在分子中吸引成键电子的能力。1．24号元素电子层结构及元素名称为（）

A、[Ar]3d44s2

铬(Cr)B、[Ar]3d54s1

铬(Cr)C、[Ar]3d44s2

钒(V)D、[Ar]3d54s2

钒(V)2．下列元素中，第一电离能最小的是（）

A、LiB、NaC、FD、Cl3．下列元素中，第一电离能最大的是（）

A、BeB、BC、CD、N4.今有一元素，其原子中有5个半充满的d轨道电子，该元素是（）

A、CrB、CoC、FeD、Zn5．某元素基态原子，在n=5的轨道上有2个电子，在该原子n=4的轨道中会有（）电子

A、8个B、18个C、8—18个D