第四章物质结构第一节原子结构优秀PPT.ppt

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1、第一节第一节 原子结构原子结构 化学变更是分子间原子的重新组合。要深化理解化学反应的实质，驾驭元素及其化合物的性质，就必需了解原子的结构。一、核外电子运动特征1.氢原子光谱和波尔理论 2.微观粒子的波粒二象性3.测不准原理 4.波粒二象性的统计说明 行星原子模型:1911年，英国物理学家卢瑟福通过粒子散射试验，提出了含核原子模型原子行星模型。行星模型：行星模型：n原子是由带正电荷的原原子是由带正电荷的原子核及带负电荷的电子子核及带负电荷的电子组成，原子中心是微小组成，原子中心是微小的原子核，电子绕核旋的原子核，电子绕核旋转，象行星绕恒星旋转转，象行星绕恒星旋转一般。一般。n卢瑟福原子模型说明白

2、卢瑟福原子模型说明白原子的组成，对化学界原子的组成，对化学界做出了重大贡献！但仍做出了重大贡献！但仍有问题：有问题：1.1.原子光谱应是连续光谱；原子光谱应是连续光谱；2.2.电子运动，放射电磁波，电子运动，放射电磁波，能量渐失，直到原子湮灭。能量渐失，直到原子湮灭。但事实并非如此但事实并非如此!每种原每种原子都有线状光谱。（光谱子都有线状光谱。（光谱分析就是依据特征线状光分析就是依据特征线状光谱定性、定量的）谱定性、定量的）按其模型：按其模型：评述 依据电磁学：原子将毁灭，所产生的光谱应为连续光谱。光谱：光通过分光镜后形成的色带（谱线）。连续光谱：色带无明显的分界线，为连续波长光。线状光谱：

3、谱线是分立的，有明显的分界。氢原子光谱特征氢原子光谱特征:不连续的不连续的,线状的；线状的；有规律。有规律。碱金属原子的光谱也有类似规律。1.氢光谱和玻尔理论氢光谱和玻尔理论（1）氢光谱：）氢光谱：在可见光区有分立谱线：（2 2）BohrBohr理论理论 氢光谱与经典的物理学说明相互冲突。1913年波尔以普朗克的量子理论和爱因斯坦的光子学说为基础建立了原子模型。量子理论：物质吸取和放射能量是量子化的。光子学说：光既有波动性又有粒子性，即：（2 2）BohrBohr理论理论 要点：要点：电子在符合量子化条件的轨道上绕核运动，这电子在符合量子化条件的轨道上绕核运动，这些轨道称为稳定轨道，电子在稳定

4、轨道上运动不些轨道称为稳定轨道，电子在稳定轨道上运动不释放能量；释放能量；轨道离核越远，能量越大；轨道离核越远，能量越大；基态：基态：电子尽可能处于能量最低轨道的状态；电子尽可能处于能量最低轨道的状态；激发态：获得能量，电子跃迁到能量高轨道的状态。激发态：获得能量，电子跃迁到能量高轨道的状态。脱离供应能量体系，激发态不稳定，电子将从脱离供应能量体系，激发态不稳定，电子将从高能级回到较低能级，以光子形式放出能量。高能级回到较低能级，以光子形式放出能量。E=h简评简评是结构理论的重大突破，但对原子结构困难是结构理论的重大突破，但对原子结构困难性仍相识不够。性仍相识不够。2、微观粒子的波粒二象性 波

5、动性的表征：波长、频率、衍射干涉等；粒子性的表征：速度、质量、动量等。1927年，法国de Broglie设想电子也具有波动性。很快被电子衍射试验所证明。可见，高速运动的电子，在原子中的运动规律必定与宏观物体不同。应用Ni晶体进行电子衍射试验，证明电子具有波动性。19271927年德国物理学家海森堡指出：对微观粒子，不能同时精年德国物理学家海森堡指出：对微观粒子，不能同时精确测出它在某一瞬间的运动速率（或动量）和位置。确测出它在某一瞬间的运动速率（或动量）和位置。x px h动量误差动量误差位置误差位置误差表明：微观粒子的运动只能运用统计规律描表明：微观粒子的运动只能运用统计规律描述，即几率描

6、述。述，即几率描述。3、测测不准原理不准原理4.4.波粒二象性的统计说明波粒二象性的统计说明n海海森森堡堡测测不不准准原原理理，否否定定了了玻玻尔尔提提出出的的原原子子结结构构模模型型。通通过过电电子子衍衍射射试试验验人人们们发发觉觉，假假如如用用较较强强的的电电子子流流，在在较较短短的的时时间间得得到到电电子子衍衍射射图图像像，若若电电子子流流很很弱弱，弱弱到到电电子子一一个个一一个个通通过过小小孔孔到到达达底底片片上上，每每个个电电子子到到达达后后，都都只只会会在在底底片片上上留留下下一一个个感感光光点点，当当感感光光点点不不是是很很多多的的时时候候，这这些些点点并并不不能能完完全全重重合

7、合，从从底底片片上上看看不不出出电电子子落落点点具具有有规规律律性性。这这说说明明单单个个或或少少量量的的电电子子并并不不能能表表现现出出波波性性，某某一一个个电电子子经经过过小小孔孔后后，原原委委落落在在底底片片的的哪哪个个位位置置上上，是是无无法法精精确确预预言言的的；但但是是，只只要要衍衍射射时时间间足足够够长长，大大量量感感光光点点在在底底片片上上同同样样会会形形成成一一张张完完整整的的衍衍射射图图像像，显显示了电子的波动性。示了电子的波动性。4.4.波粒二象性的统计说明波粒二象性的统计说明n电电子子等等微微观观粒粒子子运运动动的的波波动动性性，是是大大量量微微观观粒粒子子运运动动的的

8、统统计计性性规规律律的的表表现现。就就大大量量粒粒子子的的行行为为而而言言，在在空空间间某某点点波波的的强强度度大大，则则电电子子在在该该点点处处单单位位微微体体积积内内出出现现的的几几率率、即即几几率率密密度度大大；反反之之，空空间间某某点点波波的的强强度度小小，则则电电子子在在该该点点处处单单位位微微体体积积内内出出现现的的几几率率、即即几几率率密密度度小小。所所以以，空空间间任任何何一一点点电电子子波波的的强强度度和和电电子子在在该该处处单单位位微微体体积积内内出出现现的的几几率率亲亲密密相相关关。依依据据微微观观粒粒子子波波粒粒二二象象性性的的统统计计说说明明，人人们们建建立立了了一一

9、种种全全新新的的力力学学体体系系量量子子力力学学，用用来来对对微微观观粒粒子的运动状态进行探讨。子的运动状态进行探讨。二、核外电子状态n1、波函数和Schrdinger方程n2 2、原子轨道的角度分布图、原子轨道的角度分布图n3.电子云的角度分布图n4.电子云的径向分布图n5 5、四个量子数、四个量子数n（1 1）主量子数主量子数n n （2 2）角角量子数量子数 l n（3 3）磁磁量子数量子数m m （4 4）自旋）自旋量子数量子数m mS S1、波函数和Schrdinger方程 量子力学用薛定谔方程（二阶偏微分）来描述具有波粒二相性的微观粒子的运动状况。每个特定解表示电子运动的一稳定状态

10、，用“轨道”名称，称为原子轨道。说明：方程的解并非具体数值，而是一函数关系；须同时引入三个限制条件，即三个量子数，才具有确定的物理意义；换句话说，一组量子数确定后，对应和相应的能量确定，该电子的运动状态确定。n 解薛定谔方程解出一个波函数解薛定谔方程解出一个波函数，就得到一，就得到一条原子轨道；但要使其是合理解，须要指定条原子轨道；但要使其是合理解，须要指定三个量子数三个量子数n，L，m为确定值；另外，原子为确定值；另外，原子光谱的精细结构表明，电子还有另一种运动光谱的精细结构表明，电子还有另一种运动形式，称为形式，称为“自旋运动自旋运动”，用自旋量子数，用自旋量子数mS表示，表示，n，L，m

11、，mS称为四个量子数。称为四个量子数。n主量子数主量子数n、角量子数、角量子数 l、磁量子数、磁量子数m、自旋、自旋量子数量子数mS。2、原子、原子轨道的角度分布图轨道的角度分布图留意：此处的原子轨道绝不是玻尔理论的留意：此处的原子轨道绝不是玻尔理论的原子轨道，而是指电子的一种空间运动原子轨道，而是指电子的一种空间运动状态，指用统计的方法，可在状态，指用统计的方法，可在 所代表的所代表的区域内找到核外运动的该电子，而该电区域内找到核外运动的该电子，而该电子在此区域内（即这一轨道）中的运动子在此区域内（即这一轨道）中的运动是随机的、测不准地出现的。波函数本是随机的、测不准地出现的。波函数本身没有

12、具体物理意义，它的物理意义通身没有具体物理意义，它的物理意义通过过|2|2来理解。来理解。3.电子云的角度分布图n（1）电子云 解薛定锷方程得到的波函数（）不能与任何可以视察的物理量相联系，但2可以反映电子在空间某单位体积内出现的几率大小，即几率密度，因而一般用2表示电子在核外空间某单位体积内出现的几率，即电子出现的几率密度。n 为了形象化的表示核外电子运动的几率密度，用小黑点分布的疏密来表示。小黑点较密的地方，表示几率密度较大，单位体积内出现的机会多。用这种方法来描述电子在核外出现的几率密度分布所得的空间图像称为电子云。因此，电子云是原子中电子几率密度2分布的具体形象。电子云是一种形象化的描

13、绘。3.电子云的角度分布图 的角度分布图有正、负,（不是代表电荷的正负；与成键有关）；2 图-电子云角度分布图均正,且“瘦”些.(平方的结果)。但二张图都能表示电子运动状况角度分布的状况,从而了解原子轨道的形态及空间伸展方向。这二图有所不同:n波函数（）即原子轨道是薛定谔方程的合理解，从求解薛定锷方程得到的波函数（）本身不能与任何可以视察的物理量相联系，但波函数的平方2可以反映电子在空间某位置上单位体积内出现的几率大小，即几率密度，因而一般用2表示电子在核外空间某单位体积内出现的几率，即电子出现的几率密度。波函数（x，y，z）表征电子的运动状态，并且用它的模的平方|2表示单位体积内电子在核外空

14、间某处出现的几率，即几率密度，所以电子云事实上就是|2在空间的分布。波函数波函数(原子轨道原子轨道)和电子云既是不同的概念，又有亲密的联系。和电子云既是不同的概念，又有亲密的联系。1.1.相同点相同点:它们都可以描述核外电子空间的运动状态，而且它们都可以描述核外电子空间的运动状态，而且22的的函数图象实际就是相应的电子云的图象。函数图象实际就是相应的电子云的图象。2.2.不同点不同点:n(1)(1)在物理意义上在物理意义上:波函数是描述核外电子空间运波函数是描述核外电子空间运动状态的数学函数式，而原子轨道只不过是代表原动状态的数学函数式，而原子轨道只不过是代表原子中电子空间运动状态的一个波函数

15、子中电子空间运动状态的一个波函数,即原子轨道是即原子轨道是波函数的同义词波函数的同义词.但电子云则是电子在核外空间出现但电子云则是电子在核外空间出现的几率密度分布的形象化描述。的几率密度分布的形象化描述。n(2)(2)在图形形态上在图形形态上:电子云的角度分布图比相应波电子云的角度分布图比相应波函数的角度部分要函数的角度部分要“瘦瘦”点。而波函数的角度部分点。而波函数的角度部分有正负号，而电子云的都是正值。有正负号，而电子云的都是正值。n另外波函数的正负号在原子轨道组合成分子轨道时另外波函数的正负号在原子轨道组合成分子轨道时会起到重要的作用。会起到重要的作用。4.电子云的径向分布图n为 了 表

16、 示 离 核 r 处 的 电 子 在 球 壳（r+dr）体积微元内出现的几率随半径r变更的状况，引入径向分布函数D（r）：n D（r）=r2R2(r)n则半径为r，厚度为dr的薄球壳体积微元内电子出现的几率与径向分布函数D(r)有关，以D(r)对r作图就可得到电子云的径向分布图.r477pmr52.9pm4.电子云的径向分布图5、四个量子数、四个量子数 （1 1）主量子数主量子数n n 是确定电子出现是确定电子出现几率最大的区域离核的平均距离及电几率最大的区域离核的平均距离及电子能量凹凸的主要因素。子能量凹凸的主要因素。取值：取值：1 1，2 2，3 3，4 4，5 5，6 6，7 7，（正整

17、数）（正整数）K K，L L，M M，N N，O O，P P，Q Q（光谱学符号，与周期表对应）（光谱学符号，与周期表对应）n n 值越大，表示电子离核越远、能量越高。值越大，表示电子离核越远、能量越高。n n 值相同的电子，大致在同一空间值相同的电子，大致在同一空间范围内运动，能量相近，故把范围内运动，能量相近，故把n n值相值相同的各状态称作一个电子层同的各状态称作一个电子层(如：如：n=3,n=3,称第三电子层称第三电子层,或或M M层层)。取值：取值：0，1，2，3，n-1 s，p，d，f，（光谱学符号，光谱学符号，与亚层对应）与亚层对应）l 确定电子空间运动的角动量确定电子空间运动的

18、角动量,以及原子轨以及原子轨道或电子云的形态道或电子云的形态,标记电子亚层。标记电子亚层。（2 2）角角量子数量子数 l对于单电子体系对于单电子体系,n,n 值是确定电子能量的唯值是确定电子能量的唯一因素一因素;n;n 确定后，同一电子层各亚层的能确定后，同一电子层各亚层的能量均相同，称为量均相同，称为“简并轨道简并轨道”（等价轨道）。（等价轨道）。对于多电子体系，电子能量由对于多电子体系，电子能量由n n、l l共同确定。共同确定。在在n n 值确定的电子层中，可有值确定的电子层中，可有n n个具有个具有不同状态的分层，称为电子亚层。如不同状态的分层，称为电子亚层。如n n=3=3，l l

19、可取可取0 0，1 1，2 2，分别表示，分别表示 3S 3S、3p3p、3d 3d 亚层，故亚层，故l l 标记电子亚层；标记电子亚层；在在n n 值相同的同一电子层中值相同的同一电子层中,l 值越大值越大,电子能量越高，如：电子能量越高，如：E E 3S3S E E 3p 3p E E3d 3d，从从能量的角度看，能量的角度看，亚层也常称为能级。亚层也常称为能级。同一电子层、同一同一电子层、同一亚层的原子轨道（亚层的原子轨道（n n、l 相同），具有相同的能量，属于同一能级，相同），具有相同的能量，属于同一能级，如如n=2n=2、l=1=1的轨道有三条，属于的轨道有三条，属于2 2p p能

20、级，能级，能量均相同，为能量均相同，为“简并轨道简并轨道”，相应的电子，相应的电子称为称为2 2p p电子。电子。Li 的的 2p、3S、3p、3d 亚层能量依次？亚层能量依次？E 2P E 3S E 3p E3d m m 描述原子轨道或电子云在空间的伸展方描述原子轨道或电子云在空间的伸展方向，确定在各亚层中的简并轨道数。向，确定在各亚层中的简并轨道数。取值：取值：0 0，1 1，2 2，3 3，l l（共（共2 l 2 l+1+1个）个）即：即：各各亚层有亚层有2l+1个空间的伸展方向，个空间的伸展方向，有有2 l+1个个简并轨道。如简并轨道。如n=3 的的电子层：电子层：l=0，1，2，对

21、应对应 3S、3p、3d 亚层亚层则分别有则分别有 1、3、5 条简并轨道。条简并轨道。（3 3）磁）磁量子数量子数m m 同一亚层（同一亚层（l l相同）伸展方向不同、相同）伸展方向不同、即即p p轨道具有三种伸展方向不同、但能量相轨道具有三种伸展方向不同、但能量相同的简并轨道。同的简并轨道。如如3 3p p轨道共三条：轨道共三条：3 3PxPx、3Py3Py、3Pz3Pz，能量均相同，有能量均相同，有3 3个空间的伸展方向。个空间的伸展方向。精密视察原子光谱，发觉每一条谱线其实精密视察原子光谱，发觉每一条谱线其实是由靠得很近得两条谱线组成得，说明电子还是由靠得很近得两条谱线组成得，说明电子

22、还有另一种运动形式，为了说明这一现象，提出有另一种运动形式，为了说明这一现象，提出了电子自旋的假设，用自旋量子数了电子自旋的假设，用自旋量子数mSmS表示。表示。取值：取值：+1/2，-1/2.在轨道表示式中用在轨道表示式中用“”和和“”分别表示分别表示电子的两种不同的自旋运动状态电子的两种不同的自旋运动状态 “电子自旋电子自旋”并不是电子真象地球自转一样并不是电子真象地球自转一样,它只是它只是表示电子的两种不同的运动状态表示电子的两种不同的运动状态。（4 4）自旋）自旋量子数量子数m mS S 指定三个量子数指定三个量子数n n，l l，m m为确定值，就解出一为确定值，就解出一个波函数个波

23、函数，就得到一条原子轨道，因此，可，就得到一条原子轨道，因此，可用三个量子数用三个量子数n n，l l，m m描述一条原子轨道；如描述一条原子轨道；如 3,0,0,3,0,0,是是3S3S轨道，轨道，3,1,13,1,1是是3P3P轨道中的一条。轨道中的一条。描述一个电子的运动状态，须要四个量子数描述一个电子的运动状态，须要四个量子数n n，l l，m m，mS mS。如：（。如：（3 3，1 1，0 0，+1/2+1/2）表示）表示在在3P3P轨道上轨道上“自旋自旋”的一个电子。的一个电子。总结：电子的运动状态需用一套四个量子总结：电子的运动状态需用一套四个量子数来描述，缺一不行，即四个量子

24、数确定数来描述，缺一不行，即四个量子数确定后，电子在核外空间的运动状态就确定了。后，电子在核外空间的运动状态就确定了。量子数与原子轨道的关系量子数与原子轨道的关系第四章第四章 物质结构物质结构n第一节 原子结构n一、核外电子运动特征 （1.原子光谱和波尔理论 2.微观粒子的波粒二象性 3.测不准原理 4.波粒二象性的统计说明）n 1911年，卢瑟福提出原子行星模型。n1913年波尔以量子理论和光子学说为基础建立了原子模型。电子在符合量子化条件的轨道上绕核运动，电子在稳定轨道上运动不释放能量；轨道离核越远，能量越大；激发态不稳定，回到较低能级，以光子形式放出能量。n1927年，法国de Brog

25、lie设想电子也具有波动性，很快被电子衍射试验所证明。n1927年德国物理学家海森堡指出：对微观粒子，不能同时精确测出某一瞬间的运动速率（或动量）和位置。n依据微观粒子波粒二象性的统计说明，人们建立了一种全新的力学体系量子力学，用来对微观粒子的运动状态进行探讨。第四章第四章 物质结构物质结构n二、核外电子运动状态二、核外电子运动状态n1 1、波函数和、波函数和SchrSchrdingerdinger方程方程 解薛定谔方程解出一个波函解薛定谔方程解出一个波函数数，就得到一条原子轨道；但要使其是合理解，须要指定三个，就得到一条原子轨道；但要使其是合理解，须要指定三个量子数量子数n n，L L，m

26、m为确定值。为确定值。n2 2、原子轨道的角度分布图、原子轨道的角度分布图 原子轨道是指电子的一种空间原子轨道是指电子的一种空间运动状态，指用统计的方法，可在运动状态，指用统计的方法，可在所代表的区域内找到核外运所代表的区域内找到核外运动的该电子，而该电子在此区域内（即这一轨道）中的运动是随动的该电子，而该电子在此区域内（即这一轨道）中的运动是随机的、测不准地出现的。波函数本身没有具体物理意义，它的物机的、测不准地出现的。波函数本身没有具体物理意义，它的物理意义通过理意义通过|2|2来理解。来理解。n3.3.电子云的角度分布图电子云的角度分布图 2 2可以反映电子在空间可以反映电子在空间某单位

27、体积内出现的几率大小，即几率密度，因而一般用某单位体积内出现的几率大小，即几率密度，因而一般用2 2表示电子在核外空间某单位体积内出现的几率，即电子出现的表示电子在核外空间某单位体积内出现的几率，即电子出现的几率密度。几率密度。为了形象化的表示核外电子运动的几率密度，用小为了形象化的表示核外电子运动的几率密度，用小黑点分布的疏密来表示。这种方法来描述电子在核外出现的几率黑点分布的疏密来表示。这种方法来描述电子在核外出现的几率密度分布所得的空间图像称为电子云。因此，电子云是原子中电密度分布所得的空间图像称为电子云。因此，电子云是原子中电子几率密度子几率密度2 2分布的具体形象，是一种形象化的描绘

28、。分布的具体形象，是一种形象化的描绘。n 4.4.电子云的径向分布图电子云的径向分布图 离核离核 r r 处的电子在球壳（处的电子在球壳（r+drr+dr）体积微元内出现的几率随半径体积微元内出现的几率随半径r r 变更变更.n5 5、四个量子数、四个量子数n三、基态原子的电子排布三、基态原子的电子排布三、三、基态原子的电子排布基态原子的电子排布1 1、多电子原子轨道能级、多电子原子轨道能级2、原子核外电子排布、原子核外电子排布三、基态原子的电子排布1 1、多电子原子轨道能级、多电子原子轨道能级 （1 1）屏蔽效应）屏蔽效应 （2 2）钻穿效应（）钻穿效应（3 3）能级交织）能级交织 由于其它

29、电子屛蔽减弱了原子核对该电子由于其它电子屛蔽减弱了原子核对该电子的吸引作用，则实际作用在该电子上的核电荷的吸引作用，则实际作用在该电子上的核电荷 Z Z*=Z-=Z-,称为称为屛蔽常数，屛蔽常数，Z Z*称为有称为有效效核电荷，这种核电荷，这种因受其它电子排斥，而使指定因受其它电子排斥，而使指定电子感受到的核电荷（即电子感受到的核电荷（即有效有效核电荷）减小的核电荷）减小的作用作用称为称为屛屛蔽效应。蔽效应。内层内层电子对外层电子的屛蔽作用较大；电子对外层电子的屛蔽作用较大；同层同层电子间的屛蔽作用较小；电子间的屛蔽作用较小；外外层层电子对电子对内内层电子的屛蔽作用可略。层电子的屛蔽作用可略。

30、在原子中，值越大，屛蔽效应越大，使电子受到的有效核电荷削减越多，电子的能量越高;所以屛蔽效应可以说明：为何l 相等、n越大能量越高（1S2S 3S 4S）？因为，内层电子（n小）不仅离核近、而且被其它电子屛蔽的少（小）所以核对其吸引力强，它的能量就低；反之亦然。从量子力学观点看，电子可以出现在原子从量子力学观点看，电子可以出现在原子内任何地方，因此，外层电子也有可能出内任何地方，因此，外层电子也有可能出现在离核很近处，这种电子渗入原子内部现在离核很近处，这种电子渗入原子内部而更靠近核的本事称为钻穿，电子钻到核而更靠近核的本事称为钻穿，电子钻到核旁边、廻避其它电子屛蔽、使其能量降低旁边、廻避其它

31、电子屛蔽、使其能量降低的效应，称为钻穿效应。的效应，称为钻穿效应。（2 2）钻穿效应）钻穿效应n（3 3）能级交织）能级交织n 由径向分布图由径向分布图知：知：n n n相同时相同时,l,l 越越小，峰越多，主峰小，峰越多，主峰虽离核越远，但小虽离核越远，但小峰离核越近，即峰离核越近，即“钻穿效应钻穿效应”强。如强。如4S4S第一小峰钻到比第一小峰钻到比3d3d离核更近处，能离核更近处，能量降低很多，则能量降低很多，则能级交织：级交织：n 4S 4S 3d 3d 总之，总之，“屛蔽效应屛蔽效应”和和“钻穿效应钻穿效应”是确定能级凹凸的两个方面：是确定能级凹凸的两个方面：l l 相等、相等、n

32、n越大，电子离核越远、内层越大，电子离核越远、内层电子屛蔽效应越大、能量越电子屛蔽效应越大、能量越 高：高：1S1S 2S 2S 3S 3S 4S 4S；n n相同时，相同时，l l 越小，钻穿效应越强，能越小，钻穿效应越强，能量降低多，量降低多，4S 4S 4P 4P 4d 4d 4f 4fn n、l l 均不相同时，如钻穿效应显著，均不相同时，如钻穿效应显著，则能级交织：则能级交织：4S 4S 3d 3d 重点：记住能重点：记住能级依次级依次2、原子核外电子排布、原子核外电子排布遵循三个原则：遵循三个原则：（1 1）鲍利不相容原理：）鲍利不相容原理：在同一原子中，不能有四个量子数完全相同在

33、同一原子中，不能有四个量子数完全相同的电子存在；或者说，在一条原子轨道上最多的电子存在；或者说，在一条原子轨道上最多只能容纳自旋相反的两个电子（自旋相同不行；只能容纳自旋相反的两个电子（自旋相同不行；多于两个不行，但只有一个可以）。多于两个不行，但只有一个可以）。（2 2）能量最低原理：）能量最低原理：多电子原子在基态时，电子总是先占据能量多电子原子在基态时，电子总是先占据能量最低的轨道，再依次由低向高填充，以使原子最低的轨道，再依次由低向高填充，以使原子体系的能量最低，这就是能量最低原理。体系的能量最低，这就是能量最低原理。即电子的排布应使能量最低。即电子的排布应使能量最低。（a a）在填充

34、同一能级的简并轨道（等价轨在填充同一能级的简并轨道（等价轨道）时，电子总是先以自旋平行的方向分占道）时，电子总是先以自旋平行的方向分占不同的简并轨道，如：不同的简并轨道，如：7 7N N：1S1S2 2 2S2S2 2 2P2P3 3有三条有三条2 2P P简并轨道，则：简并轨道，则：（3 3）洪特规则：）洪特规则：（b b）简并轨道处于全充溢（）简并轨道处于全充溢（S2 S2 、P6P6、d10d10、f14)f14)、半充溢（、半充溢（S1 S1 、P3P3、d5 d5、f7)f7)、全空（全空（S0 S0、P0P0、d0 d0、f0f0）时，原子较为稳）时，原子较为稳定。如：定。如：3d

35、54S1 3d54S1 稳定；稳定；3d44S2 3d44S2 不稳定不稳定依据上述三原则，填充电子，元素的电子结依据上述三原则，填充电子，元素的电子结构基本上与光谱试验测定结果一样，只有构基本上与光谱试验测定结果一样，只有1010多种例外（如：多种例外（如：41Nb41Nb，74W74W等，以光谱试验等，以光谱试验测定结果为准，不要求记）；所以，要求会测定结果为准，不要求记）；所以，要求会排布有规律的基态原子电子构型。排布有规律的基态原子电子构型。几点说明：1.有些元素的电子排布特殊；41Nb（铌）、44Ru（钌）、45Rh（铑）、46Pd（钯）、W、Pt及La系、Ac系等；2.为了简便，常

36、常只写原子的价电子排布，主族写ns,np，副族写(n-1)d,ns;3.离子的电子排布取决于电子从哪个轨道失去。失电子次序为：np、ns、（n-1d）、（n-2）f。基态原子电子的填充依次为：1S2 2S22P63S23P64S23d104P65S24d105P66S24f145d106P6.ns(n-2)f(n-1)dnp四、四、原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律n1、核外电子排布与周期表的关系n2、原子结构与元素的基本、原子结构与元素的基本性质性质四、原子结构和元素周期律n1、核外电子排布与周期表的关系（1）各周期元素的数目n元素周期律：元素以及由它形成的单质和化合物的性质，随着元素

37、的原子序数(核电荷数)的依次递增、呈现周期性的变更。n各周期元素的数目等于相应能级组中原子轨道所能容纳的电子总数，等于ns1起先到np6结束各轨道容纳的电子总数。（2 2）周期和族）周期和族周期号数等于电子层数。周期数=该周期元素原子最外电子层的主量子数n。每增加一个电子层，就起先一个新的周期循环。主族元素的族数等于原子最外层电子数。副族元素：B、B=最外电子层电子数B=nS电子数+(n-1)d电子数周周期期能级组能级组原子轨原子轨道数道数电子总电子总数数元素个元素个数数类别类别1 1(1(1s)s)1 12 22 2特短周期特短周期2 2(2(2s2p)s2p)4 48 88 8短周期短周期

38、3 3(3(3s3p)s3p)4 48 88 8短周期短周期4 4(4(4s3d4p)s3d4p)9 918181818长周期长周期5 5(5(5s4d5p)s4d5p)9 918181818长周期长周期6 6(6(6s4f5d6p)s4f5d6p)161632323232超长周期超长周期7 7(7(7s5f6d7p)s5f6d7p)161632323232不完全周期不完全周期周期、能级组：周期、能级组：区区原子价电子构型原子价电子构型包括的元素包括的元素s snsns1-21-2 A A和和 A Ap pnsns2 2npnp1-61-6AAAAd d(n-1)dn-1)d1-91-9nsn

39、s1-21-2BBBBd ds s(n-1)dn-1)d1010nsns1-21-2 B B和和 B Bf f(n-2)fn-2)f1-141-14(n-1)d(n-1)d0-0-2 2nsns2 2镧系和锕系镧系和锕系（3）元素的价电子构型的分区）元素的价电子构型的分区 元素的基本性质，如半径、电离能、电子亲和能、电负性等都与原子结构相关，也呈现周期性的变更。2、原子结构与元素的基本性质、原子结构与元素的基本性质（1）原子半径：主主族族元元素素元素的原子半径变更：元素的原子半径变更：1）同一主族元素，自上而下，由于主量子数的增大，原子半径增大。2)同一副族元素，自上而下变更幅度小，第五、六周

40、期元素原子半径特别接近。这是由于电子填充在（n-1）d轨道，电子的增加不能完全抵消核电荷的递增，故对核外电子的吸引力增加。3)同一周期元素原子半径的变更规律：短周期：自左至右，原子半径渐渐减小，变更幅度较大；长周期过渡元素：自左至右，原子半径渐渐减小，变更幅度较小。这是由于同一周期，电子层数不变，有效核电荷增加，对外层电子吸引力大，原子半径变小。元素的原子半径变更：元素的原子半径变更：n同一周期，主族元素半径减小的幅度大。这是由于增加的电子填充在最外层，它对同层电子的屏蔽作用小；副族元素填充在（n-1）d轨道上，它对外层电子的屏蔽作用较大，有效核电荷的增加较小，元素半径减小的幅度就小。nLa系

41、元素增加的电子填充（n-2)f轨道上，由于f轨道上电子的递增不能完全抵消核电荷的递增，故从左到右，对外层电子吸引力渐渐增加，致使外层电子渐渐向核收缩，这种镧系元素原子半径依次缩小的现象，称为镧系收缩。n使得其与同族上一周期元素半径几乎相等，性质相近，难以分别。（2 2）电离能）电离能 第一电离能：基态的气体原子失去最外层的第第一电离能：基态的气体原子失去最外层的第一个电子成为一个电子成为+1+1价离子所需的能量（价离子所需的能量（I1I1）。）。A(g)A+(g)+e A(g)A+(g)+e 其次电离能：由其次电离能：由+1+1价离子再失去一个电子成价离子再失去一个电子成为为+2+2价离子所需

42、的能量（价离子所需的能量（I2I2）。）。I 1 I2 I3 I4 I 1 I2 I3 I4关于电离能：关于电离能：1)1)电离能越小，说明原子在气态时越易失去电离能越小，说明原子在气态时越易失去 电子，金属性越强。电子，金属性越强。2)2)元素的电离能呈现周期性的变更。元素的电离能呈现周期性的变更。通常指的都是第一电离能。通常指的都是第一电离能。反常：Be与B，Mg与 Al，P与S，Zn与 Ga，As 与Se,Cd与 In，Hg 与Tl 等。因为：电离能不仅与原子的核电荷有关，也与 元素的电子层结构有关。例：I B IO N(2s2 2p3)N+(2s22p2)N更稳定 O(2s2 2p4)

43、O+(2s2 2p3)O+更稳定 同一周期自左至右，I基本上依次增大。4)主族元素自上而下电离能应削减，金属性自上而下依次增大。5)副族元素电离能变更规律不规则。3)同一周期过渡元素及镧系、锕系元素自左至右电离能变更不大，规律性也较差。元素的气态原子在基态得到一个电子形成气态负离子所释放的能量(第一电子亲和能)。放热为+值，吸热为-值。越大、越易得电子。说明：元素的第一电子亲合能是放热的，其次、第三电子亲合能是吸热的。与电离能变更规律基本相同。同周期，自左向右渐渐增加；同族自上而下渐渐减小。其次周期元素的电子亲合能比第三周期的小，是由于其次周期原子半径小、轨道数目少、电子间排斥力大等因素。（3

44、 3）电子亲合能（）电子亲合能（electron electron affinity)affinity)（4）电负性：分子内原子吸引电子的实力。n无法干脆测定，有多种标度的方法。n与电离能、电子亲和能变更规律相同。n同周期，自左向右渐渐增加；同族自上而下渐渐减小。n可用来推断金属性的强弱，越小、金属性越强。第四章第四章 物质结构物质结构n第一节第一节 原子结构原子结构n一、核外电子运动特征一、核外电子运动特征n1.1.氢原子光谱和波尔理论氢原子光谱和波尔理论 2.2.微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性n3.3.测不准原理测不准原理 4.4.波粒二象性的统计说明波粒二象性的统计说明n二、核

45、外电子运动状态二、核外电子运动状态n1 1、波函数和、波函数和SchrSchrdingerdinger方程方程n2 2、原子轨道的角度分布图、原子轨道的角度分布图n3.3.电子云的角度分布图电子云的角度分布图n4.4.电子云的径向分布图电子云的径向分布图n5 5、四个量子数、四个量子数n（1 1）主量子数主量子数n n （2 2）角量子数角量子数 l l n（3 3）磁量子数磁量子数m m （4 4）自旋量子数）自旋量子数mSmS三、基态原子的电子排布三、基态原子的电子排布1 1、多电子原子轨道能级、多电子原子轨道能级（1 1）屏蔽效应）屏蔽效应（2 2）钻穿效应（）钻穿效应（3 3）能级交织）能级交织2 2、原子核外电子排布、原子核外电子排布遵循三个原则：遵循三个原则：（1 1）鲍利不相容原理：）鲍利不相容原理：（2 2）能量最低原理：能量最低原理：（3 3）洪特规）洪特规则则n四、原子结构与元素基本性质的周期性四、原子结构与元素基本性质的周期性n1、核外电子排布与周期表的关系n周期、族和区n2 2、原子结构与元素的基本性质、原子结构与元素的基本性质n原子半径、电离能、电子亲和能、元素的电负性其次节其次节 分子结构分子结构