16-4原子壳层.ppt

1、1,一、元素性质的周期性 (periodicity of characteristics of element ),门捷列夫1869年发现，将元素按原子量的大小次序 排列，它们的性质显示出周期性的变化。,电离能 从原子中移走一个电子所需要的能量。,16-4 原子的壳层结构,2,图中峰值对应的Z值称为幻数，它们是2,10,18,36, 54,86等。这预示着元素性质周期性的深层实质，即原 子中电子的壳层结构。,二、原子中电子的壳层结构 (shell structure of electron in atom ),元素性质由原子中电子所处状态决定，电子状态由 四个量子数 n、 l、m和ms 表征。

2、,（1）主量子数n：依原子中电子能量由低到高n取从 1开始的一系列正整数，即n = 1, 2, 3, ；,（2）轨道量子数l：也称角量子数，在n值一定时，l 取n个可能值，即l = 0, 1, 2, , n -1；,（3）磁量子数m：在给定l 值时，m取2l+1个可能值， 即m = 0, 1, 2, , l；,3,(4) 自旋磁量子数ms ：自旋角动量向上，ms 取1/2， 自旋角动量向下，ms 取-1/2。,如氢原子，按能量的不同，核外电子处于由任意 一组量子数(n, l, m, ms )所表示的状态中，处于由能 量最低的一组量子数表示的状态，基态1s。,元素的物理和化学性质随原子中电子数的

3、增加而 逐渐表现出差异。例如，氟、氖和钠这三种元素的 原子中，核外电子数分别为 9、10 和11，它们的物 理和化学性质是有很大差异的。,事实说明，在多电子原子中，电子不可能都处于 能量最低的状态，电子在状态上的分布必须遵从下 面两个原理。,4,电子在状态上的分布遵从下面两个原理：,（1）泡利 ( W.Pauli )不相容原理：在原子中不可能 有两个或两个以上的电子占据同一个状态，既不可能 有相同的一组量子数(n, l, m, ms )；,（2）能量最低原理：原子处于基态时，电子所占据 的状态总是使原子的能量为最低。,可见，原子中每个由一组量子数(n, l, m, ms )决定的 状态只允许一

4、个电子占据，同时，电子先占据能量最 低的状态，即主量子数n最小的状态。,对多电子原子，随着电子数增加，被电子占据的状 态的主量子数n大体上是逐渐增大的。,5,依主量子数n不同，把电子的状态分为许多壳层，n 相同的各状态属同一个壳层。n = 1, 2, 3, 4, 5, 的壳 层表示为 K, L, M, N, O, 壳层，处于这些壳层上的 电子称为K层, L层, M 层, N层, O层电子 ,在一个壳层中，轨道量子数l 不同又划分n个支壳层，对应 l = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 各支壳层用s, p, d, f, g, h, 表示，处于这些支壳层上的电子，称为s 电子, p电子 ,d电

5、子, f电子, g电子, h电子 ,对一定的轨道量子数l，磁量子数m有 2l+1个可能数 值；给定n、l 和 m 时，自旋磁量子数 ms 取 1/2 两个 可能数值。于是，算得主量子数为 n 的壳层上所能容 纳的电子数，为,6,由上式可得，K壳层可容纳2个电子，L壳层可容纳 8个电子，M壳层可容纳18个电子，等等。,原子的壳层和子壳层所能容纳的电子数,电子数,7,每一个周期都从电子填充新壳层开始，决定元素 物理和化学性质的最外壳层 的电子数将出现周期性， 这是门捷列夫发现的元素周期律的本质。,三、原子的基态 (ground state of atom ),在LS耦合下，由电子组态形成的各能级高低次序， 根据洪德定则确定：,（1）同一电子组态形成的具有相同l值的能级中，重 数最高的，即s值最大的能级位置最低。,（2）同一电子组态形成的具有不同l值的能级中，具 有最大l值的能级位置最低。,8,（3）如果电子组态为(nl)v ，对同一l 值、不同 j 值的 各能级的次序，有两种情形：当价电子数v (2l+1) 时，具有最大 j 值的能级位置最低， 这称为倒转次序。,如果电子正好填满支壳层，m与ms 的正值和负值成 对出现，原子的自旋角动量、轨道角动量和总角动量 都等于零，这种原子的基态为 。,对于未满支壳层的原子，其原子态只决定于未满支 壳层上的电子组态