第5章,物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),第2部分(2013-11-15)

1、首頁首頁 上一頁上一頁 下一頁下一頁 末頁末頁1 令：電子離核距離為r，厚度為dr的薄球殼體積為： dv=4r2dr。 電子在球殼內(nèi)出現(xiàn)的概率（dp）： 概率率概率密度率密度體積體積 即： dp= 2 dv = 2 4r2 dr= R2(r) 4r2 dr 式中R(r)為波函數(shù)的徑向部分。 令：D(r) = R2(r)4r2，則：D(r)為dr =1時(shí)的概率。率。 以D(r)對(duì)r作圖得電子云徑向分布圖。它表示：電子在原子核外某一空間（單位厚度球殼）出現(xiàn)的概率大小隨著其離核距離(r)的變化。 3. 電子云的徑向分布電子云的徑向分布首頁首頁 上一頁上一頁 下一頁下一頁 末頁末頁2電子云的徑向分布指

2、在單位厚度的球殼內(nèi)出現(xiàn)電子的概率。2s3srr3s3p3d圖5.7 電子云的徑向分布示意圖電子云的徑向分布圖電子云的徑向分布圖首頁首頁 上一頁上一頁 下一頁下一頁 末頁末頁3可見： 從1s、2s到3s，電子云(最大概率處)沿 r 擴(kuò)展得漸遠(yuǎn)， 或者說電子離核的平均距離越來越遠(yuǎn)； 從3s、3p到3d，電子云(最大概率處)離核的平均距離 相接近，但是在原子核附近出現(xiàn)(即鉆穿作用)的機(jī)會(huì)減小。 圖圖5 5.8 氫原子核外電子云徑向分布示意圖氫原子核外電子云徑向分布示意圖首頁首頁 上一頁上一頁 下一頁下一頁 末頁末頁45.25.2 多電子原子的電子分布方式與周期系多電子原子的電子分布方式與周期系 在已

3、發(fā)現(xiàn)的117種元素中，除氫以外，都屬于多電子原子。在多電子原子中，除了電子與與原子核的相互吸引作用外，還存在電子之間的相互排斥作用。因此，多電子原子體系的勢能部分的表達(dá)非常復(fù)雜，現(xiàn)有的數(shù)學(xué)方法還只能精確求解氫原子和類氫離子體系（核外只有一個(gè)電子，如He+等）的薛定諤方程。而多電子原子體系可以得到薛定諤方程的近似解，過程十分復(fù)雜，本節(jié)只介紹其結(jié)果的應(yīng)用。首頁首頁 上一頁上一頁 下一頁下一頁 末頁末頁5當(dāng)角量子數(shù)l相同時(shí)，原子軌道的能量隨著主量子數(shù)n值增大而升高： E1s E2s E3s 主量子數(shù)n相同，軌道能量隨著軌道角動(dòng)量子數(shù)l 值的增大而升高： Ens Enp End Enf 主量子數(shù)n和角

4、量子數(shù)l 都不同時(shí)，則有時(shí)會(huì)出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象。 例如： E4s E3d E4p； E5s E4d E5p ； E6s E4f E5d E6p 另外，影響多電子原子軌道的能級(jí)的因素較復(fù)雜，隨著原子序數(shù)的遞增，原子軌道能級(jí)高低的變化規(guī)律還會(huì)發(fā)生改變。5.2.1 5.2.1 多電子原子軌道的能級(jí)多電子原子軌道的能級(jí)多電子原子軌道的能級(jí)取決于主量子數(shù)n和角量子數(shù)l ：首頁首頁 上一頁上一頁 下一頁下一頁 末頁末頁6圖圖5.9 5.9 原子軌道的能量與原子序數(shù)的關(guān)系原子軌道的能量與原子序數(shù)的關(guān)系首頁首頁 上一頁上一頁 下一頁下一頁 末頁末頁75.2.2 核外電子分布原理與核外電子分布方式原子核外電子的分

5、布要服從以下三個(gè)原理： 泡利不相容原理 能量最低原理 洪德規(guī)則1 1、核外電子分布的三個(gè)原理核外電子分布的三個(gè)原理首頁首頁 上一頁上一頁 下一頁下一頁 末頁末頁8（1 1） 泡里不相容原理泡里不相容原理 在同一個(gè)原子中在同一個(gè)原子中, ,不允許兩個(gè)及以上的不允許兩個(gè)及以上的四個(gè)量子四個(gè)量子數(shù)完全相同數(shù)完全相同的的電子存在電子存在。即：不允許兩個(gè)及以上的。即：不允許兩個(gè)及以上的處處于完全相同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)于完全相同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的的電子存在電子存在。答：根據(jù)泡里原理，主量子數(shù)為n 的電子層內(nèi)允許排布的電子數(shù)最多為2n2個(gè)。思考思考；第n層最多可以排布幾個(gè)電子？或者說： 一個(gè)原子軌道最多只能容納兩個(gè)電子，

6、且自旋相反。首頁首頁 上一頁上一頁 下一頁下一頁 末頁末頁9鮑林的原子軌道近似能級(jí)圖：鮑林的原子軌道近似能級(jí)圖：（Pauling ，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者）獲得者）根據(jù)光譜實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來的。圖中原子軌道能級(jí)順序是指價(jià)電子層填入電子時(shí)的各能級(jí)的能量的相對(duì)高低。分為幾幾個(gè)能級(jí)組能級(jí)組。圖5.10 原子軌道近似能級(jí)圖（2 2） 能量最低原理能量最低原理首頁首頁 上一頁上一頁 下一頁下一頁 末頁末頁10 核外電子在原子軌道上的排布，必須盡量占核外電子在原子軌道上的排布，必須盡量占據(jù)能量最低的軌道據(jù)能量最低的軌道-能量最低原理。能量最低原理。由我國的徐光憲教授提出一種經(jīng)驗(yàn)方法： 利用(n + 0.

7、7 l )值的大小判斷各原子軌道能量相對(duì)次序，并將所得值整數(shù)部分相同軌道作為一個(gè)能級(jí)組。能級(jí)次序能級(jí)次序：1s; 2s,2p; 3s,3p; 4s,3d,4p; 5s,4d,5p; 6s,4f,5d,6p; 7s,5f,6d,7p;首頁首頁 上一頁上一頁 下一頁下一頁 末頁末頁11 能級(jí)組周期7s,5f,6d,7p76s,4f,5d,6p65s,4d,5p54s,3d,4p43s,3p32s,2p21s1首頁首頁 上一頁上一頁 下一頁下一頁 末頁末頁12（3 3） 洪德規(guī)則洪德規(guī)則當(dāng)電子在當(dāng)電子在n, l 相同的幾個(gè)等價(jià)軌道上分布時(shí)，每個(gè)相同的幾個(gè)等價(jià)軌道上分布時(shí)，每個(gè)電子盡可能占據(jù)磁量子數(shù)不

8、同的軌道且自旋平行電子盡可能占據(jù)磁量子數(shù)不同的軌道且自旋平行（自旋相同）自旋相同）。例如：例如： 碳碳原子原子(1s22s22p2)的兩個(gè)的兩個(gè)p電子在三個(gè)能量相同的電子在三個(gè)能量相同的2p軌道上如何分布？軌道上如何分布？ I II III共有以下三種排列方法：共有以下三種排列方法：附圖5.11 兩個(gè)電子在p軌道上的分布首頁首頁 上一頁上一頁 下一頁下一頁 末頁末頁13即：在等價(jià)軌道中電子處于即：在等價(jià)軌道中電子處于全空（全空（s0,p0,d0,f0）、）、半空半空(p3,d5,f7)、全滿狀態(tài)、全滿狀態(tài)(p6,d10,f14)時(shí)能量較低，原時(shí)能量較低，原子較穩(wěn)定。子較穩(wěn)定。 按照上述電子排布

9、的三個(gè)基本原理和近似能級(jí)按照上述電子排布的三個(gè)基本原理和近似能級(jí)順序，可以確定大多數(shù)元素原子的電子在核外排布順序，可以確定大多數(shù)元素原子的電子在核外排布的方式。的方式。（4 4） 洪德規(guī)則的補(bǔ)充規(guī)則洪德規(guī)則的補(bǔ)充規(guī)則當(dāng)相同能量的軌道為當(dāng)相同能量的軌道為全充滿全充滿或或半充滿半充滿的狀態(tài)時(shí)，的狀態(tài)時(shí)，能量較低。能量較低。首頁首頁 上一頁上一頁 下一頁下一頁 末頁末頁14例如：例如：寫出寫出Z=24Z=24的鉻元素的電子分布式的鉻元素的電子分布式解解： 原子序數(shù)為原子序數(shù)為24（鉻（鉻Cr），其中），其中1s, 2s, 2p, 3s, 3p共共5個(gè)個(gè)能級(jí)能級(jí)9個(gè)軌道分布了個(gè)軌道分布了18個(gè)電子。不

10、考慮補(bǔ)充規(guī)則時(shí)，排列方個(gè)電子。不考慮補(bǔ)充規(guī)則時(shí)，排列方式應(yīng)是式應(yīng)是1s22s22p63s23p64s23d4，考慮補(bǔ)充規(guī)則時(shí)，則為：，考慮補(bǔ)充規(guī)則時(shí)，則為：1s22s22p63s23p63d54s1實(shí)驗(yàn)證實(shí)，后者是正確結(jié)果。思考：思考：2929號(hào)元素號(hào)元素( (銅銅Cu)Cu)的的電子分布式如何？的的電子分布式如何？1s22s22p63s23p63d104s1首頁首頁 上一頁上一頁 下一頁下一頁 末頁末頁152 2、核外電子分布式與外層電子分布式、核外電子分布式與外層電子分布式 7N的核外電子分布式：1s22s22p3 軌道分布式：（1）核外電子分布式核外電子分布式 （又稱：電子構(gòu)型電子構(gòu)型）

11、29Cu的核外電子分布式： 1s22s22p63s23p63d104s1 (Hund 規(guī)則）24Cr的核外電子分布式： 1s22s22p63s23p63d54s1 (Hund 規(guī)則）必須注意必須注意：書寫原子的核外電子分布式時(shí)，應(yīng)按n值由小到大、 l 從s, p, d, f次序從左到右排好。首頁首頁 上一頁上一頁 下一頁下一頁 末頁末頁16（2）外層電子分布式（）外層電子分布式（外層電子外層電子構(gòu)型）構(gòu)型） 把核外電子分布以稀有氣體元素符號(hào)加方括號(hào)原子實(shí)原子實(shí)表示，得到電子構(gòu)型電子構(gòu)型。 原子實(shí)以外的電子分布稱：外層電子構(gòu)型（外層電子分布式）。外層電子構(gòu)型（外層電子分布式）。 如：Na的核外電

12、子分布式核外電子分布式為：1s22s22p63s1， 電子構(gòu)型電子構(gòu)型為：Ne3s1， 外層電子構(gòu)型電子構(gòu)型為：3s1 。12Mg 電子構(gòu)型為 Ne 3s2 ； 16S 電子構(gòu)型為 Ne 3s23p4 17Cl 電子構(gòu)型為 Ne 3s23p5； 19K 電子構(gòu)型為 Ar 4s1 ；24Cr 電子構(gòu)型為 Ar 3d54s1； 27Co 電子構(gòu)型為 Ar 3d74s2；29Cu 電子構(gòu)型為 Ar3d104s1；30Zn 電子構(gòu)型為 Ar3d104s2；必須注意必須注意：書寫外層電子構(gòu)型時(shí)，主族：ns np；副族：(n-1)d ns首頁首頁 上一頁上一頁 下一頁下一頁 末頁末頁17（3）離子的電子排

13、布）離子的電子排布 當(dāng)原子失去電子成為陽離子時(shí)，其電子是按：當(dāng)原子失去電子成為陽離子時(shí)，其電子是按： npns(n-1)d的順序失去電子的。的順序失去電子的。 如：如：Fe2+的的電子構(gòu)型電子構(gòu)型為為Ar3d64s0，而不是，而不是Ar3d44s2。 試分別寫出：試分別寫出：Cr3+, Cu2+, K+, Fe2+, Cl-離子的電子構(gòu)型？離子的電子構(gòu)型？首頁首頁 上一頁上一頁 下一頁下一頁 末頁末頁18例例5.3 5.3 寫出26Fe原子的核外電子分布式和外層電子構(gòu)型以及Fe3+離子的外層電子構(gòu)型。解解： 原子序數(shù)為原子序數(shù)為26，因此原子的核外電子分布方式是：，因此原子的核外電子分布方式是

14、：1s22s22p63s23p63d64s2 原子的外層電子構(gòu)型原子的外層電子構(gòu)型是：是：3d64s2Fe3+離子離子的的外層外層電子構(gòu)型電子構(gòu)型則是：3s23p63d5首頁首頁 上一頁上一頁 下一頁下一頁 末頁末頁19外層電子構(gòu)型的書寫規(guī)則 主族元素主族元素：寫出最外層的s軌道和p軌道上的電子分布。 過渡金屬過渡金屬元素元素：寫出次外層的d 軌道和最外層的s 軌道上的電子分布。 鑭系和錒系元素鑭系和錒系元素：寫出(n-2)層的f 軌道和最外層的s 軌道上的電子分布。少數(shù)元素 (n-1) 層的d 軌道上有電子，也應(yīng)寫出。 離子離子：要寫出最外層的同一層上的全部電子分布。首頁首頁 上一頁上一頁

15、下一頁下一頁 末頁末頁205.2.3 原子的結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的周期性規(guī)律原子的結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的周期性規(guī)律1 核外電子分布和周期表的關(guān)系核外電子分布和周期表的關(guān)系（1）各周期元素的數(shù)目）各周期元素的數(shù)目周期數(shù)周期數(shù)=電子層數(shù)電子層數(shù)=能級(jí)組數(shù)能級(jí)組數(shù)(最大最大n)元素?cái)?shù)目元素?cái)?shù)目=電子的最大容量電子的最大容量(2n2)首頁首頁 上一頁上一頁 下一頁下一頁 末頁末頁21（2 2）周期和族）周期和族族數(shù)：用羅馬字母（、）表示； A表示主族，表示主族，B表示副族表示副族。例：Cr 價(jià)電子構(gòu)型 3d54s1, B族,第四周期。 Cl 價(jià)電子構(gòu)型 3s23p5, A族,第三周期。 K：A； Ca：A ； N：A ； S：A特例特例：（1）外層電子構(gòu)型為(n-1)d6-8ns2B 如：第四周期B有Fe 3d64s2 、Co 3d74s2 、Ni 3d84s2 （2）外層電子構(gòu)型為(n-1)d10ns1-2 B或B如：第四周期B有Cu 3d104s2、 B Zn 3d104s2 族數(shù)族數(shù)=外層電子數(shù)外層電子數(shù) 元素的化學(xué)性質(zhì)主要與外層電子構(gòu)型有關(guān)元素的化學(xué)性質(zhì)主要與外層電子構(gòu)型有關(guān)首頁首