普通化學(xué)第二章原子結(jié)構(gòu)

1、第二章第二章 原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)物質(zhì)是否無限可分？物質(zhì)是否無限可分？ 公元前公元前5 5世紀(jì)，古世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家德謨克希臘哲學(xué)家德謨克利特最早提出了原利特最早提出了原子一詞，子一詞，原子原子是構(gòu)是構(gòu)成物質(zhì)的微粒。成物質(zhì)的微粒。第一節(jié)第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展哲學(xué)臆測！哲學(xué)臆測！ 1919世紀(jì)初，英國科學(xué)家道爾頓提出近代原子學(xué)說，他認(rèn)為物質(zhì)是由原世紀(jì)初，英國科學(xué)家道爾頓提出近代原子學(xué)說，他認(rèn)為物質(zhì)是由原子即微小的不可分割的實(shí)心球體所組成。原子不能被創(chuàng)造，也不能子即微小的不可分割的實(shí)心球體所組成。原子不能被創(chuàng)造，也不能被毀滅，在化學(xué)反應(yīng)中保持本性不變。被毀滅，在化學(xué)反應(yīng)中保持本性

2、不變。實(shí)心球模型實(shí)心球模型原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展1 1 一切元素都是由肉眼看不見的原子組成的。一切元素都是由肉眼看不見的原子組成的。道爾頓原子學(xué)說道爾頓原子學(xué)說2 2 同一元素的原子其質(zhì)量和性質(zhì)都是相同的；不同元素的原子在質(zhì)量同一元素的原子其質(zhì)量和性質(zhì)都是相同的；不同元素的原子在質(zhì)量和性質(zhì)上不相同。和性質(zhì)上不相同。3 3 不同元素的原子以簡單整數(shù)的比例相結(jié)合形成化合物。不同元素的原子以簡單整數(shù)的比例相結(jié)合形成化合物。原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展蓋斯勒低壓放電管蓋斯勒低壓放電管原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展 1897 1897年，湯

3、姆生發(fā)現(xiàn)原子中存在電子，并用實(shí)驗(yàn)方法測出電子的年，湯姆生發(fā)現(xiàn)原子中存在電子，并用實(shí)驗(yàn)方法測出電子的質(zhì)量。質(zhì)量。 正電荷均勻地分布在原子之中正電荷均勻地分布在原子之中, ,電子則散布在正電荷之中電子則散布在正電荷之中。“棗糕棗糕式鑲嵌結(jié)構(gòu)式鑲嵌結(jié)構(gòu)”原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展 1 1911911年，年，盧瑟福提出的原子模型像一個(gè)太盧瑟福提出的原子模型像一個(gè)太陽系，帶正電的原子核像太陽，帶負(fù)電的陽系，帶正電的原子核像太陽，帶負(fù)電的電子像繞著太陽轉(zhuǎn)的行星。電子像繞著太陽轉(zhuǎn)的行星?！靶行鞘胶诵行鞘胶四Ｐ湍Ｐ汀钡脑咏Y(jié)構(gòu)。的原子結(jié)構(gòu)。原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展盧瑟福的盧瑟福的粒子

4、散射實(shí)驗(yàn)粒子散射實(shí)驗(yàn)湯姆生模型湯姆生模型粒子散射實(shí)驗(yàn)理論結(jié)果粒子散射實(shí)驗(yàn)理論結(jié)果原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展盧瑟福原子結(jié)構(gòu)理論局限性盧瑟福原子結(jié)構(gòu)理論局限性ContradictionContradiction原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展1 1 定態(tài)假設(shè)：原子的核外電子不能在任意的軌道上運(yùn)行，只能夠在確定半徑定態(tài)假設(shè)：原子的核外電子不能在任意的軌道上運(yùn)行，只能夠在確定半徑的圓形軌道上運(yùn)動，這種軌道稱為穩(wěn)定軌道，固定軌道上的電子存在于具有的圓形軌道上運(yùn)動，這種軌道稱為穩(wěn)定軌道，固定軌道上的電子存在于具有分立的、固定能量的狀態(tài)中，這些狀態(tài)稱為定態(tài)（

5、能級）。此時(shí)原子不輻射分立的、固定能量的狀態(tài)中，這些狀態(tài)稱為定態(tài)（能級）。此時(shí)原子不輻射能量，也不吸收能量。能量，也不吸收能量。玻爾定態(tài)軌道原子模型玻爾定態(tài)軌道原子模型原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展2 2 能級假設(shè)能級假設(shè)：電子在不同的軌道上運(yùn)動，其能量是不同的，電子離核越遠(yuǎn)，能量越高。離核最：電子在不同的軌道上運(yùn)動，其能量是不同的，電子離核越遠(yuǎn)，能量越高。離核最近的定態(tài)能量最低稱為近的定態(tài)能量最低稱為基態(tài)基態(tài)，其它的狀態(tài)稱為，其它的狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)。各軌道能量可由下列公式計(jì)算。各軌道能量可由下列公式計(jì)算。 玻爾定態(tài)軌道原子模型玻爾定態(tài)軌道原子模型原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展

6、3 3 躍遷規(guī)則：躍遷規(guī)則：電子在不同的軌道上電子在不同的軌道上躍遷躍遷時(shí)，才能發(fā)生時(shí)，才能發(fā)生能量的輻射或吸收能量的輻射或吸收。通常情況下，電子處于。通常情況下，電子處于基態(tài)，電子可吸收能量被激發(fā)到激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的原子不穩(wěn)定，會躍遷回基態(tài)，以光的形式基態(tài)，電子可吸收能量被激發(fā)到激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的原子不穩(wěn)定，會躍遷回基態(tài)，以光的形式發(fā)射能量。發(fā)射光的能量等于兩個(gè)軌道能量之差。發(fā)射能量。發(fā)射光的能量等于兩個(gè)軌道能量之差。 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展白光做光源白光做光源連續(xù)光譜：包含所有不同波長的光譜。連續(xù)光譜：包含所有不同波長的光譜。原子光譜原子光譜原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論

7、的發(fā)展不連續(xù)光譜（原子光譜或線狀光譜）不連續(xù)光譜（原子光譜或線狀光譜） 每種元素的原子都有自己的特征光譜，不同元素的原子光譜各不相同每種元素的原子都有自己的特征光譜，不同元素的原子光譜各不相同-光譜分析。光譜分析。單原子（離子）氣體做光源單原子（離子）氣體做光源原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展氫原子光譜氫原子光譜原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展玻爾原子結(jié)構(gòu)理論局限性玻爾原子結(jié)構(gòu)理論局限性只能解釋單電子原子或離子光譜的一般現(xiàn)象，不能解釋譜線的分裂和多只能解釋單電子原子或離子光譜的一般現(xiàn)象，不能解釋譜線的分裂和多電子原子光譜，更不能用它進(jìn)一步研究化學(xué)鍵的

8、形成等。電子原子光譜，更不能用它進(jìn)一步研究化學(xué)鍵的形成等。原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展 衍射和干涉衍射和干涉- -波動性波動性 光電效應(yīng)光電效應(yīng)- -粒子性粒子性1.1.光的波粒二象性光的波粒二象性 19241924年德布羅意預(yù)言：一些實(shí)物粒子年德布羅意預(yù)言：一些實(shí)物粒子 ( (如電子、中子、質(zhì)子等如電子、中子、質(zhì)子等) )也具有波粒二也具有波粒二象性，其波長為象性，其波長為2.2.電子的波粒二象性電子的波粒二象性 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展19271927年，戴維遜年，戴維遜(C.J.Davisson)(C.J.Davisson)和革末和革末(L.H.Germer)(L.H

9、.Germer)用已知能量的電子在晶體上進(jìn)行衍射實(shí)驗(yàn)，用已知能量的電子在晶體上進(jìn)行衍射實(shí)驗(yàn)，得到和得到和X X射線相似的衍射環(huán)紋，證實(shí)了電子波的存在。射線相似的衍射環(huán)紋，證實(shí)了電子波的存在。原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展 電子衍射實(shí)驗(yàn)證明了電子具有粒子性和波動性。波粒二象性是微觀粒子的基電子衍射實(shí)驗(yàn)證明了電子具有粒子性和波動性。波粒二象性是微觀粒子的基本屬性之一。本屬性之一。原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展 德國物理學(xué)家海森保提出德國物理學(xué)家海森保提出: :對運(yùn)動中的微觀粒子的位置與動量之間對運(yùn)動中的微觀粒子的位置與動量之間存在著測不準(zhǔn)關(guān)系。存在著

10、測不準(zhǔn)關(guān)系。不確定原理不確定原理 h h為普朗克常數(shù)：為普朗克常數(shù)：6.6266.626 1010-34 -34 J Js s， x x和和 P P分別為位置和分別為位置和動量不確定量。根據(jù)不確定原理，粒子位置的測量準(zhǔn)確度越動量不確定量。根據(jù)不確定原理，粒子位置的測量準(zhǔn)確度越大（大（ x x越?。┰叫。?，其動量的準(zhǔn)確度就會愈?。ǎ鋭恿康臏?zhǔn)確度就會愈?。?p p越大）越大） ，反，反之亦然。之亦然。原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展 可以準(zhǔn)確地測出它們在某一時(shí)刻可以準(zhǔn)確地測出它們在某一時(shí)刻 所處的位置及運(yùn)行的速度；所處的位置及運(yùn)行的速度； 可以描畫它們的運(yùn)動軌跡?？梢悦璁嬎鼈兊倪\(yùn)動軌跡。原

11、子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展 質(zhì)量很小，電子的質(zhì)量只有質(zhì)量很小，電子的質(zhì)量只有9.119.111010-31-31千克；千克； 核外電子的運(yùn)動范圍很?。ㄏ鄬τ诤暧^物體而核外電子的運(yùn)動范圍很?。ㄏ鄬τ诤暧^物體而言）；言）； 電子的運(yùn)動速度很大；電子的運(yùn)動速度很大；原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展 確定電子位置的同時(shí)，其速度就測不準(zhǔn)，要同時(shí)測準(zhǔn)其位置和速度是不可能的確定電子位置的同時(shí)，其速度就測不準(zhǔn)，要同時(shí)測準(zhǔn)其位置和速度是不可能的 否定了玻爾理論中核外電子運(yùn)動有固定軌道的觀點(diǎn)。不確定原理恰好反映了微否定了玻爾理論中核外電子運(yùn)動有固定軌道的觀點(diǎn)。不確定原理恰好反映了微觀粒子的波粒二象性。

12、觀粒子的波粒二象性。原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展 在電子流衍射圖中，亮的地方（衍射強(qiáng)度大），電子出現(xiàn)的概率大，暗的地方（衍在電子流衍射圖中，亮的地方（衍射強(qiáng)度大），電子出現(xiàn)的概率大，暗的地方（衍射強(qiáng)度?。?，電子出現(xiàn)概率小。射強(qiáng)度?。?，電子出現(xiàn)概率小。 微觀粒子的波動性是大量微粒運(yùn)動（或一個(gè)粒子微觀粒子的波動性是大量微粒運(yùn)動（或一個(gè)粒子的多次運(yùn)動）所表現(xiàn)出來的，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。的多次運(yùn)動）所表現(xiàn)出來的，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。 電子波的衍射強(qiáng)度與電子在該處出現(xiàn)概率成正比，電子波又叫電子波的衍射強(qiáng)度與電子在該處出現(xiàn)概率成正比，電子波又叫概率波。概率波。原子結(jié)構(gòu)模型的演變原子結(jié)構(gòu)模型的演變道爾頓原子

13、模型道爾頓原子模型湯姆生原子模型湯姆生原子模型盧瑟福原子模型盧瑟福原子模型玻爾定態(tài)軌道原子模型玻爾定態(tài)軌道原子模型德布羅意粒子波粒二象性德布羅意粒子波粒二象性 一、薛定諤方程一、薛定諤方程19261926年奧地利物理學(xué)家薛定諤建立了年奧地利物理學(xué)家薛定諤建立了描述電子運(yùn)動的波描述電子運(yùn)動的波動方程動方程薛定諤方程薛定諤方程。 波函數(shù)波函數(shù)：不是具體的數(shù)，而是：不是具體的數(shù)，而是描述微觀粒子運(yùn)動狀態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。描述微觀粒子運(yùn)動狀態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。是空是空間坐標(biāo)間坐標(biāo)x x、y y、z z的函數(shù)。的函數(shù)。（x x、y y、z)z)。m m：粒子的質(zhì)量粒子的質(zhì)量; ;E E：體系的總能量；體系的總能

14、量；V V：勢能勢能m m、E E、V-V-體現(xiàn)微粒性；體現(xiàn)微粒性；-體現(xiàn)波動性體現(xiàn)波動性 解方程就是要解出微觀粒子（如電子）每一種可能的運(yùn)動狀態(tài)所對應(yīng)的波函解方程就是要解出微觀粒子（如電子）每一種可能的運(yùn)動狀態(tài)所對應(yīng)的波函數(shù)數(shù)和能量和能量E E，方程的每一個(gè)合理的解方程的每一個(gè)合理的解（x x、y y、z)z)就代表體系中電子的一種可能就代表體系中電子的一種可能的運(yùn)動狀態(tài)。的運(yùn)動狀態(tài)。將直角坐標(biāo)將直角坐標(biāo)（x x、y y、z)z)轉(zhuǎn)化為球坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為球坐標(biāo)（r r、)(x、y、z)（r、）薛定諤方程變形為球極坐標(biāo)形式的二階偏微分方程，薛定諤方程變形為球極坐標(biāo)形式的二階偏微分方程，求解所得結(jié)果是

15、一個(gè)包含求解所得結(jié)果是一個(gè)包含三個(gè)常數(shù)三個(gè)常數(shù)（n、l、m) )和三和三個(gè)未知數(shù)個(gè)未知數(shù)（r、) )的函數(shù)式。的函數(shù)式。 未知數(shù)未知數(shù)（r r、)是電子的球極坐標(biāo)，確定了電子是電子的球極坐標(biāo)，確定了電子在原子核外空間所處的位置，三個(gè)常數(shù)在原子核外空間所處的位置，三個(gè)常數(shù)（n n、l l、m)m)稱稱之為之為量子數(shù)，量子數(shù)，它們的取值有一定規(guī)律和限制，當(dāng)一組它們的取值有一定規(guī)律和限制，當(dāng)一組量子數(shù)確定后，波函數(shù)的形式就確定了。量子數(shù)確定后，波函數(shù)的形式就確定了。 一個(gè)確定形式的波函數(shù)一個(gè)確定形式的波函數(shù)描述電子特定的一種運(yùn)動狀態(tài)描述電子特定的一種運(yùn)動狀態(tài)，稱這種波函數(shù)為，稱這種波函數(shù)為原子軌道函

16、數(shù)原子軌道函數(shù)，簡稱為，簡稱為原子軌道原子軌道。 波函數(shù)波函數(shù)的空間圖象為原子軌道，波函數(shù)是原子軌道的空間圖象為原子軌道，波函數(shù)是原子軌道的數(shù)學(xué)表達(dá)式。的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 意義：描述電子層能量的高低次序和離核的遠(yuǎn)近。意義：描述電子層能量的高低次序和離核的遠(yuǎn)近。 取取 值：值： 1 2 3 4 5 6 71 2 3 4 5 6 7正整數(shù)正整數(shù) 光譜符號：光譜符號： K L M N O P Q K L M N O P Q 二、四個(gè)量子數(shù)二、四個(gè)量子數(shù)1.1.主量子數(shù)主量子數(shù)n n n n=1=1表示能量最低、離核最近的第一電子層。表示能量最低、離核最近的第一電子層。n n越大，電子離核平均距離越遠(yuǎn)，能

17、量越高。越大，電子離核平均距離越遠(yuǎn)，能量越高。2.2.角量子數(shù)角量子數(shù) l l （副量子數(shù)）（副量子數(shù)） 意義：表示同一電子層中有不同的分層（意義：表示同一電子層中有不同的分層（亞層亞層）；）；表明原子軌道角動量的大小，即表明原子軌道角動量的大小，即決定了原子軌道的決定了原子軌道的形狀形狀。在多電子原子中和主量子數(shù)一起決定原子軌。在多電子原子中和主量子數(shù)一起決定原子軌道的能量。道的能量。 取取 值：值：0 1 2 3 40 1 2 3 4（n n11）正整數(shù)）正整數(shù) 光譜符號：光譜符號：s p d f gs p d f gn取值取值: 1 2 3 4: 1 2 3 4l取值取值: 0 0 1

18、0 1 2 0 1 2 3: 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3軌軌 道道: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 每個(gè)每個(gè)n n值最多對應(yīng)值最多對應(yīng)n n個(gè)不相同的角量子數(shù)個(gè)不相同的角量子數(shù)l l，即每個(gè)電子層最多有即每個(gè)電子層最多有n n個(gè)亞層個(gè)亞層。 l l的每個(gè)值還可表示一種形狀的原子軌道的每個(gè)值還可表示一種形狀的原子軌道 l l=0=0，s s軌道，球形；軌道，球形； l l=1=1，p p軌道，啞鈴形；軌道，啞鈴形；l l=2=2，d d軌道，花瓣形軌道，花瓣形 單電子體系（氫原子或類氫離子），

19、各種狀態(tài)的電子能量只與主量子數(shù)單電子體系（氫原子或類氫離子），各種狀態(tài)的電子能量只與主量子數(shù)n n有關(guān)有關(guān). .多電多電子體系，子體系，n n和和l l共同決定電子能量。共同決定電子能量。 單電子原子體系：單電子原子體系：n n不同，不同，l l相同相同 E1sE1sE2sE2sE3sE3sE4sE4s n n相同，相同，l l不同不同 E4S=E4p=E4d=E4fE4S=E4p=E4d=E4fspdf3.3.磁量子數(shù)磁量子數(shù)m m意義：磁量子數(shù)與原子軌道的能量無關(guān)，決定原子軌意義：磁量子數(shù)與原子軌道的能量無關(guān)，決定原子軌道在空間的伸展方向。道在空間的伸展方向。同一亞層中往往還包含著若干空間

20、伸展方向不同的原同一亞層中往往還包含著若干空間伸展方向不同的原子軌道。子軌道。取值：與取值：與l l有關(guān)，給定有關(guān)，給定l l，m m有有2 2l l+1+1個(gè)值個(gè)值 m m =0, =0, 1, 1, 2, 2, l ll l m m 軌道符號軌道符號 軌道數(shù)量軌道數(shù)量0 0 0 0 s 1s 11 -1,0,+1 1 -1,0,+1 p 3p 32 -2,-1,0,+1,+2 2 -2,-1,0,+1,+2 d 5d 53 -3,-2,-1,0,+1,+2,+3 3 -3,-2,-1,0,+1,+2,+3 f 7f 7 沒有外加磁場時(shí)，同一亞層中的原子軌道能量相等沒有外加磁場時(shí)，同一亞層中

21、的原子軌道能量相等（3 3個(gè)個(gè)p p軌道，軌道，5 5個(gè)個(gè)d d軌道，軌道，7 7個(gè)個(gè)f f軌道），軌道），稱稱簡并軌道或等價(jià)軌道簡并軌道或等價(jià)軌道。 在外界強(qiáng)磁場的作用下，因軌道的空間伸展方向不同，能量上會顯示出微小在外界強(qiáng)磁場的作用下，因軌道的空間伸展方向不同，能量上會顯示出微小的差別，這是的差別，這是線狀光譜在磁場中發(fā)生分裂的根本原因。線狀光譜在磁場中發(fā)生分裂的根本原因。S S軌道軌道P P軌道軌道4.4.自旋量子數(shù)自旋量子數(shù)m ms s電子除繞核運(yùn)動外電子除繞核運(yùn)動外, ,還繞著自身的軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。還繞著自身的軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。意義：描述核外電子的自旋狀態(tài)。（兩種）意義：描述核外電子的自旋

22、狀態(tài)。（兩種）取值取值：+1/2+1/2，-1/2 -1/2 ；， 四個(gè)量子數(shù)四個(gè)量子數(shù) n, l, m, mn, l, m, ms s可確定一個(gè)電子在可確定一個(gè)電子在原子核外的運(yùn)動狀態(tài)。原子核外的運(yùn)動狀態(tài)。當(dāng)兩個(gè)自旋量子數(shù)取值相同時(shí)，稱為當(dāng)兩個(gè)自旋量子數(shù)取值相同時(shí)，稱為自旋平行自旋平行，可用兩個(gè)同向的箭，可用兩個(gè)同向的箭頭頭或或表示，若兩個(gè)電子的自旋量子數(shù)取值不同，則稱為表示，若兩個(gè)電子的自旋量子數(shù)取值不同，則稱為自旋自旋相反相反，用兩個(gè)方向相反的箭頭，用兩個(gè)方向相反的箭頭表示。表示。 確定一個(gè)原子軌道，需要確定一個(gè)原子軌道，需要n, l, mn, l, m三個(gè)量子數(shù)；確定一個(gè)電子在原子核外

23、的運(yùn)動狀態(tài)需要三個(gè)量子數(shù)；確定一個(gè)電子在原子核外的運(yùn)動狀態(tài)需要n, l, m, n, l, m, msms四個(gè)量子數(shù)。四個(gè)量子數(shù)。3d3d能級能級 n=3,l=2; n=3,l=2; 2pZ2pZ軌道軌道 n=2,l=1,m=0n=2,l=1,m=04 4s s1 1電子電子 n=4,l=0,m=0,ms=+1/2n=4,l=0,m=0,ms=+1/2或或-1/2-1/2 結(jié)論：同一原子中，不可能有運(yùn)動狀態(tài)完全相同的電子存在，即同結(jié)論：同一原子中，不可能有運(yùn)動狀態(tài)完全相同的電子存在，即同一原子中各個(gè)電子的四個(gè)量子數(shù)不可能完全相同。一原子中各個(gè)電子的四個(gè)量子數(shù)不可能完全相同。 一個(gè)軌道中只能容納

24、一個(gè)軌道中只能容納2 2個(gè)自旋相反的電子；個(gè)自旋相反的電子； 各電子層的軌道數(shù)各電子層的軌道數(shù)= =n n2 2 各電子層電子的最大容量各電子層電子的最大容量=2=2n n2 2n,l,m(x,y,z)n,l,m（r,） =Rn,l (r) Yl,m(,)波函數(shù)徑向部波函數(shù)徑向部分分波函數(shù)角度部波函數(shù)角度部分分三、波函數(shù)的圖形三、波函數(shù)的圖形R R表示波函數(shù)隨半徑表示波函數(shù)隨半徑r r的變化，稱為的變化，稱為徑向波函數(shù)徑向波函數(shù)；Y Y反應(yīng)了波函數(shù)隨角反應(yīng)了波函數(shù)隨角度的變化，稱為度的變化，稱為角度波函數(shù)角度波函數(shù)。徑向波函數(shù)。徑向波函數(shù)R R隨半徑隨半徑r r變化的圖形就是變化的圖形就是原子

25、軌道的原子軌道的徑向分布圖徑向分布圖。角度波函數(shù)。角度波函數(shù)Y Y隨隨,變化的圖形就是原子變化的圖形就是原子軌道的軌道的角度分布圖角度分布圖。四、概率密度和電子云四、概率密度和電子云概率：概率：電子在核外空間出現(xiàn)機(jī)會的多少電子在核外空間出現(xiàn)機(jī)會的多少 射擊射擊10001000次次中十環(huán)中十環(huán)500500次次概率概率50%50%或或0.50.5中九環(huán)中九環(huán)250250次次概率概率25%25%或或0.250.25脫靶脫靶1 1次次概率概率0.1%0.1%或或0.0010.001德國物理學(xué)家波恩德國物理學(xué)家波恩指出空間某點(diǎn)上電子波指出空間某點(diǎn)上電子波波函數(shù)的平方（波函數(shù)的平方（2 2）可以表示電子在

26、該點(diǎn)附近單位微體積內(nèi)可以表示電子在該點(diǎn)附近單位微體積內(nèi)出現(xiàn)的概率，即出現(xiàn)的概率，即概率密度概率密度。2 2在空間各點(diǎn)的分布就表示了電子在空間在空間各點(diǎn)的分布就表示了電子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的概率密度分布。各點(diǎn)出現(xiàn)的概率密度分布。概率密度概率密度 用小黑點(diǎn)的疏密來描述電子在核外空間各處的概率密度分布所得到的空間圖象稱用小黑點(diǎn)的疏密來描述電子在核外空間各處的概率密度分布所得到的空間圖象稱為為電子云電子云。概率密度概率密度2 2的空間圖象是電子云的空間圖象是電子云電子云電子云 1S1S電子云小黑點(diǎn)圖電子云小黑點(diǎn)圖 2P2P電子云小黑點(diǎn)圖電子云小黑點(diǎn)圖 離核離核近近的地方，的地方，小黑點(diǎn)密即電子云密度大小黑

27、點(diǎn)密即電子云密度大， 電電子出現(xiàn)的子出現(xiàn)的幾率高。幾率高。離核離核遠(yuǎn)遠(yuǎn)的地方，的地方，小黑點(diǎn)疏即電子小黑點(diǎn)疏即電子云密度小云密度小, ,電子出現(xiàn)的幾率低。電子出現(xiàn)的幾率低。 因此，因此，電子云電子云并不表示電子的實(shí)際運(yùn)動軌跡并不表示電子的實(shí)際運(yùn)動軌跡, ,而是而是表示電子出現(xiàn)在各點(diǎn)的幾率高低表示電子出現(xiàn)在各點(diǎn)的幾率高低。 電子云圖上的電子云圖上的一個(gè)小黑點(diǎn)一個(gè)小黑點(diǎn)， 并不表示一個(gè)電子，而是并不表示一個(gè)電子，而是表示電子在某一時(shí)刻曾在表示電子在某一時(shí)刻曾在此處出現(xiàn)一次此處出現(xiàn)一次。小黑點(diǎn)的疏密表示電子在核外空間單位體積內(nèi)。小黑點(diǎn)的疏密表示電子在核外空間單位體積內(nèi)出現(xiàn)的機(jī)會出現(xiàn)的機(jī)會的多少。的多

28、少。五、原子軌道能級五、原子軌道能級 原子中原子軌道原子中原子軌道能量高低的順序能量高低的順序稱為稱為原子軌道能級。原子軌道能級。A. A. 對于氫原子（單電子原子對于氫原子（單電子原子) ) 核外的一個(gè)電子只受核的吸引，核外的一個(gè)電子只受核的吸引，E E只與只與n n有關(guān)有關(guān)單電子原子體系：單電子原子體系：n n不同，不同，l l相同相同 E1sE1sE2sE2sE3sE3sE4sE4s n n相同，相同，l l不同不同 E4S=E4p=E4d=E4fE4S=E4p=E4d=E4fB B、多電子原子多電子原子 核外電子不僅受到核的吸引，而且彼此間也存在著相互排斥。核外電子不僅受到核的吸引，而

29、且彼此間也存在著相互排斥。 E E與與n n、l l有關(guān)，其能級的高低次序由光譜實(shí)驗(yàn)確定。有關(guān)，其能級的高低次序由光譜實(shí)驗(yàn)確定。一定要記一定要記??！??！鮑林鮑林(Pauling)(Pauling)原子軌道能級圖原子軌道能級圖 此能級圖此能級圖只反映了同只反映了同一原子內(nèi)各一原子內(nèi)各原子軌道的原子軌道的能級高低順能級高低順序。序。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 能級組間能量差大，能級組內(nèi)能量差小能級組間能量差大，能級組內(nèi)能量差小 簡并軌道能量相同（簡并軌道能量相同（3 3個(gè)個(gè)p p，5 5個(gè)個(gè)d d，7 7個(gè)個(gè)f f） l l相同的能級的能量隨相同的能級的能量隨n n增大而升高。增大而升高。 例：例：E1sE2s

30、E3sE4sE1sE2sE3sE4s n n相同的能級的能量隨相同的能級的能量隨l l增大而升高增大而升高, ,發(fā)生發(fā)生能級分裂。能級分裂。 例：例：E4sE4pE4dE4f E4sE4pE4dE4f n n和和l l同時(shí)變動時(shí)，發(fā)生同時(shí)變動時(shí)，發(fā)生能級交錯(cuò)。能級交錯(cuò)。 E4sE3dE4p E6sE4fE5dE6p E4sE3dE4p E6sE4fE5dE6p徐光憲的能級高低的近似原則徐光憲的能級高低的近似原則: : n + 0.7l例如：例如： 第四能級組第四能級組 4s4s 3d 4pn + 0.7l 4.0 4.4 4.7 第六能級組第六能級組 6s 6s 4f 5d 1,Z1,各軌道的

31、能量隨各軌道的能量隨Z Z的增的增大而下降大而下降 n n同同l l不同的軌道不同的軌道,E,E下降幅度不同下降幅度不同, ,l l大的軌道大的軌道E E高，發(fā)生能級分裂高，發(fā)生能級分裂 能級交錯(cuò)現(xiàn)象。能級交錯(cuò)現(xiàn)象。1-141-14：E4sE3d,15-E4sE3d,15-20:E4sE3d ,2120:E4sE3dE4sE3d科頓科頓(Cotton)(Cotton)原子軌道能級原子軌道能級圖圖1 1屏蔽效應(yīng)屏蔽效應(yīng) 把其它電子對某個(gè)選定電子的排斥作用歸把其它電子對某個(gè)選定電子的排斥作用歸結(jié)為對核電荷的抵消作用，稱為屏蔽效應(yīng)。結(jié)為對核電荷的抵消作用，稱為屏蔽效應(yīng)。有效核電荷有效核電荷Z Z*

32、*=Z-=Z- ：屏蔽常數(shù)屏蔽常數(shù)表示由于電子間的斥力，表示由于電子間的斥力， 而使原核電荷減而使原核電荷減少的部分。少的部分。 由于屏蔽效應(yīng)，作用在電子上的有效核電荷由于屏蔽效應(yīng)，作用在電子上的有效核電荷(Z(Z* *) )比實(shí)際核電荷比實(shí)際核電荷(Z)(Z)小小一些。一些。1sH1He1.701s2s,2pLi2.701.30Be3.701.95B4.702.60C5.703.25N6.703.90O7.704.55F8.705.20Ne9.705.851s2s,2p3s,3pNa10.706.852.20Mg11.707.852.85Al12.708.853.50Si13.709.854

33、.15P14.7010.854.80S15.7011.855.45Cl16.7012.856.10Ar17.7013.856.75有效核電荷有效核電荷Z Z* * 在多電子原子中，原子核附近出現(xiàn)的概率較大的電子，可更多地在多電子原子中，原子核附近出現(xiàn)的概率較大的電子，可更多地避免其余電子的屏蔽，受到核的較強(qiáng)的吸引而更靠近核，這種進(jìn)入原避免其余電子的屏蔽，受到核的較強(qiáng)的吸引而更靠近核，這種進(jìn)入原子內(nèi)部空間的作用叫做鉆穿效應(yīng)。子內(nèi)部空間的作用叫做鉆穿效應(yīng)。 這種由于電子鉆到核附近而回避其它電子的屏蔽的現(xiàn)象叫做鉆穿這種由于電子鉆到核附近而回避其它電子的屏蔽的現(xiàn)象叫做鉆穿效應(yīng)效應(yīng). .鉆穿效應(yīng)鉆穿效應(yīng)

34、六、基態(tài)原子核外電子排布六、基態(tài)原子核外電子排布(1)1)能量最低原理能量最低原理：電子在核外排列應(yīng)盡先分布在低能級原子軌道上，使：電子在核外排列應(yīng)盡先分布在低能級原子軌道上，使整個(gè)原子系統(tǒng)能量最低。整個(gè)原子系統(tǒng)能量最低。1. 1. 核外電子排布規(guī)則核外電子排布規(guī)則 基態(tài)原子的核外電子在各原子軌道上排布順序基態(tài)原子的核外電子在各原子軌道上排布順序 1s 2s2p 3s3p 4s3d4p 5s4d5p 6s4f5d6p 1s 2s2p 3s3p 4s3d4p 5s4d5p 6s4f5d6p 7s5f6d7p7s5f6d7p 出現(xiàn)出現(xiàn)d d軌道時(shí)，按照軌道時(shí)，按照ns (n-1)d npns (n

35、-1)d np順序排布順序排布; ; d d、f f軌道均出現(xiàn)時(shí)，按照軌道均出現(xiàn)時(shí)，按照ns (n-2)f (n-1)d npns (n-2)f (n-1)d np順序排布。順序排布。基態(tài)原子核外電子排布順序基態(tài)原子核外電子排布順序(2)(2)泡利不相容原理泡利不相容原理：每個(gè)原子軌道最多只能容納：每個(gè)原子軌道最多只能容納2 2個(gè)自旋方向相反的電子?；蛘邆€(gè)自旋方向相反的電子?；蛘? ,同一原子中同一原子中, ,不不可能有兩個(gè)電子處于完全相同的狀態(tài)?？赡苡袃蓚€(gè)電子處于完全相同的狀態(tài)。(3)(3)洪特規(guī)則洪特規(guī)則：在：在n n和和l l相同的簡并軌道上分布的電子，將盡可能分占相同的簡并軌道上分布的

36、電子，將盡可能分占m m不同的軌道，不同的軌道，且自旋平行。且自旋平行。 C:1sC:1s2 22s2s2 22p2p2 2 1 1s s 2 2s s 2 2p pN:1sN:1s2 22s2s2 22p2p3 3 1 1s s 2 2s s 2 2p p2424Cr 1sCr 1s2 2 2s2s2 2 2p 2p6 6 3s3s2 2 3p3p6 6 3d 3d4 4 4s 4s2 2 ？29Cu 1s29Cu 1s2 2 2s2s2 2 2p 2p6 6 3s3s2 2 3p3p6 6 3d 3d9 9 4s 4s2 2 ？2424Cr 1sCr 1s2 2 2s2s2 2 2p 2p

37、6 6 3s3s2 2 3p3p6 6 3d 3d5 5 4s 4s1 1 29Cu 1s29Cu 1s2 2 2s2s2 2 2p 2p6 6 3s3s2 2 3p3p6 6 3d 3d1010 4s 4s1 1全滿半滿規(guī)則全滿半滿規(guī)則：同一亞層，當(dāng)電子分布為全滿、：同一亞層，當(dāng)電子分布為全滿、半滿或全空時(shí)，原子最穩(wěn)定。半滿或全空時(shí)，原子最穩(wěn)定。 全滿全滿 p p6 6，d d1010，f f14 14 半滿半滿 p p3 3， d d5 5， f f7 7 全空全空 p p0 0， d d0 0， f f0 0多電子原子核外電子排多電子原子核外電子排布順序布順序 為了方便和突出電子的排布特

38、點(diǎn)，常將內(nèi)層已達(dá)到稀有氣體電子結(jié)構(gòu)的部分為了方便和突出電子的排布特點(diǎn)，常將內(nèi)層已達(dá)到稀有氣體電子結(jié)構(gòu)的部分寫成寫成“原子實(shí)原子實(shí)”（“原子芯原子芯”），用稀有氣體元素符號加括號表示。如：），用稀有氣體元素符號加括號表示。如： 7N 7N 1s1s2 2 2s2s2 2 2p2p3 3 或或 HeHe2s2s2 2 2p2p3 311Na 11Na 1s1s2 2 2s2s2 2 2p 2p6 6 3s3s1 1 或或 NeNe3s3s1 12424Cr Cr 1s1s2 2 2s2s2 2 2p 2p6 6 3s3s2 2 3p3p6 6 3d 3d5 5 4s 4s1 1 或或ArAr3d3

39、d5 5 4s4s1 1 價(jià)電子層構(gòu)型價(jià)電子層構(gòu)型價(jià)電子層價(jià)電子層- -價(jià)電子價(jià)電子 ns+npns+np或或(n-1)d+ns(n-1)d+ns 所在亞層所在亞層 電子分布式電子分布式 價(jià)電子層構(gòu)型價(jià)電子層構(gòu)型11Na11Na：NeNe3s3s1 1 3s3s1 1 2424CrCr： ArAr3d3d5 54s4s1 1 3d3d5 54s4s1 135Br35Br：Ar3dAr3d10104s4s2 24p4p5 5 4s4s2 24p4p5 582Pb82Pb：Xe4fXe4f14145d5d10106s6s2 26p6p2 2 6s6s2 26p6p2 2價(jià)電子層價(jià)電子層- -價(jià)電子

40、價(jià)電子 ns+npns+np或或(n-1)d+ns(n-1)d+ns 所在層。所在層。第三節(jié)第三節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律3.1 3.1 元素周期律元素周期律俄國化學(xué)家門捷列夫俄國化學(xué)家門捷列夫18691869年年，門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周，門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律。期律。6363種種元素元素元素周期表元素周期表原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律周期周期特點(diǎn)特點(diǎn)能級組能級組能級組內(nèi)各原子軌道能級組內(nèi)各原子軌道元素?cái)?shù)目元素?cái)?shù)目1 1特短周期特短周期1 1s s2 22 2短周期短周期2 2s,2ps,2p8 83 3短周期短周期3 3s,3ps,3p8 84 4長周期長周期4 4

41、s,3d,4ps,3d,4p18185 5長周期長周期5 5s,4d,5ps,4d,5p18186 6特長周期特長周期6 6s,4f,5d,6ps,4f,5d,6p32327 7不完全周期不完全周期7 7s,5f,6d,7ps,5f,6d,7p未完未完1.1.周期的劃分周期的劃分原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律周期數(shù)周期數(shù)= =最外電子層的主量子數(shù)最外電子層的主量子數(shù)= =最高能最高能 級組所在的組數(shù)。級組所在的組數(shù)。2626Fe: Ar 3dFe: Ar 3d6 6 4s 4s2 2 11Na11Na：NeNe3s3s1 12424CrCr： ArAr3d3d5 54s4s1 1 3

42、5Br35Br：Ar3dAr3d10104s4s2 24p4p5 582Pb82Pb：Xe4fXe4f14145d5d10106s6s2 26p6p2 2原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律各周期元素的數(shù)目各周期元素的數(shù)目= =最最高能級組中原子軌道所能高能級組中原子軌道所能容納的電子總數(shù)。容納的電子總數(shù)。原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律2.2.族的劃分族的劃分原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律7 7個(gè)主族（個(gè)主族（A A），），7 7個(gè)副族（個(gè)副族（B B），），零族，零族，族族 第第1,2,13,14,15,16,171,2,13,14,15,16,17列為主族，即列為主

43、族，即 A,A,A,A,A,A,A.A,A,A,A,A,A,A. 主族元素：族序數(shù)主族元素：族序數(shù)= =價(jià)電子層電子數(shù)（原子最外電子層的電子數(shù)）價(jià)電子層電子數(shù)（原子最外電子層的電子數(shù)）( (ns+npns+np) )2.2.族的劃分族的劃分原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律 第第3 37,117,11，1212列為副族列為副族 B,B,B,B,BB,B,B,B,B，BB和和BB。 副族元素副族元素 B-BB-B族序數(shù)族序數(shù)= =價(jià)電子層電子數(shù)價(jià)電子層電子數(shù) (n-1)d+ns(n-1)d+ns B B、B B族序數(shù)族序數(shù)= =最外層電子數(shù)最外層電子數(shù)nsns1-21-2 原子結(jié)構(gòu)與元素周

44、期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律(3)(3) 稀有氣體（稀有氣體（He 1sHe 1s2 2 除外）最外電子層除外）最外電子層8 8個(gè)個(gè) 電子電子(ns(ns2 2npnp6 6) )，8e,8e,稱為稱為零族元素零族元素。(4) (4) 第第8,9,108,9,10列元素為列元素為族，價(jià)電子排布族，價(jià)電子排布 (n-1)d (n-1)d6-86-8nsns2 2。原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律 元素周期表中價(jià)電子排布類似的元素集中在一起，分為元素周期表中價(jià)電子排布類似的元素集中在一起，分為5 5個(gè)區(qū)個(gè)區(qū)，并，并以以最后填入電子的能級代號最后填入電子的能級代號作為區(qū)號。作為區(qū)號。S S區(qū)區(qū)：

45、nsns1-21-2p p區(qū)區(qū)：nsns2 2npnp1-61-6d d區(qū)區(qū)：(n-1)d(n-1)d1-101-10nsns1-21-2 dsds區(qū)區(qū)：(n-1)d(n-1)d1010nsns1-21-2f f區(qū)區(qū)：(n-2)f(n-2)f0-140-14(n-1)d(n-1)d0-20-2nsns2 23.3.區(qū)的劃分區(qū)的劃分原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律3.3.區(qū)的劃分區(qū)的劃分原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律s s區(qū)元素區(qū)元素：最后一個(gè)電子排在：最后一個(gè)電子排在s s軌道上，包括軌道上，包括AA族堿金族堿金 屬和屬和AA族堿土金屬。族堿土金屬。p p區(qū)元素區(qū)元素：最后一

46、個(gè)電子排在：最后一個(gè)電子排在p p軌道上，包括軌道上，包括A A A A 和零族。和零族。d d區(qū)元素區(qū)元素：最后一個(gè)電子排在次外層的：最后一個(gè)電子排在次外層的d d軌道上，包括軌道上，包括B B BB族和族和族族。dsds區(qū)元素區(qū)元素：包括：包括IBIB族、族、BB族族 ，它與，它與s s區(qū)不同，它的次外層區(qū)不同，它的次外層d d軌道上充滿電子。軌道上充滿電子。f f區(qū)元素區(qū)元素：最后一個(gè)電子排在倒數(shù)第三層的：最后一個(gè)電子排在倒數(shù)第三層的f f軌道上，包括軌道上，包括LaLa系和系和AcAc系。系。原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律3.2 3.2 元素基本性質(zhì)的周期性元素基本性質(zhì)的周期

47、性1. 1. 有效核電荷有效核電荷2. 2. 原子半徑原子半徑3. 3. 電離能電離能4. 4. 電子親和能電子親和能5. 5. 電負(fù)性電負(fù)性原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律1.1.有效核電荷有效核電荷 多電子原子體系中，由于屏蔽效應(yīng)，作用在電子上的有效核電荷多電子原子體系中，由于屏蔽效應(yīng)，作用在電子上的有效核電荷(Z(Z* *) )比實(shí)際核比實(shí)際核電荷電荷(Z)(Z)小一些。小一些。1sH1He1.701s2s,2pLi2.701.30Be3.701.95B4.702.60C5.703.25N6.703.90O7.704.55F8.705.20Ne9.705.851s2s,2p3s,

48、3pNa10.706.852.20Mg11.707.852.85Al12.708.853.50Si13.709.854.15P14.7010.854.80S15.7011.855.45Cl16.7012.856.10Ar17.7013.856.75原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律作用于元素原子的最外層電子上的有效核電荷在周期表中的變化規(guī)作用于元素原子的最外層電子上的有效核電荷在周期表中的變化規(guī)律律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律2.2.原子半徑原子半徑 因電子在原子核外的運(yùn)動無固定軌道，原子沒有明確大小，無法測單個(gè)原子半徑因電子在原子核外的運(yùn)動無固定軌道，原子沒有明確大小，無法

49、測單個(gè)原子半徑。原子與原子相互作用發(fā)生鍵合時(shí)，原子核間總會保持一定的平衡距離。原子與原子相互作用發(fā)生鍵合時(shí)，原子核間總會保持一定的平衡距離。 原子半徑原子半徑：定義為接觸半徑，原子與原子間通過某種作用結(jié)合后，：定義為接觸半徑，原子與原子間通過某種作用結(jié)合后，相相鄰原子核間平均距離的一半鄰原子核間平均距離的一半。原子間結(jié)合力不同，原子半徑不同原子間結(jié)合力不同，原子半徑不同共價(jià)半徑共價(jià)半徑 金屬半徑金屬半徑 范德華半徑范德華半徑原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子的原子的共價(jià)半徑共價(jià)半徑：同種元素的兩個(gè)原子以共價(jià)鍵連接時(shí)，它們核間：同種元素的兩個(gè)原子以共價(jià)鍵連接時(shí)，它們核間距離的一半叫原子

50、的共價(jià)半徑。距離的一半叫原子的共價(jià)半徑。原子半徑類型原子半徑類型d = 2rd = 2r共共 共價(jià)半徑共價(jià)半徑 原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律d = 2rd = 2r金金 金屬半徑金屬半徑 金屬半徑金屬半徑：把金屬晶體看成是由球狀的金屬原子堆積而成，假定相鄰：把金屬晶體看成是由球狀的金屬原子堆積而成，假定相鄰兩原子彼此接觸，則其核間距的一半就是該原子的金屬半徑。兩原子彼此接觸，則其核間距的一半就是該原子的金屬半徑。原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律d = 2 rd = 2 r范范 范德華半徑范德華半徑 范德華半徑范德華半徑：當(dāng)兩個(gè)原子之間只靠分子間作用力相互接近時(shí)（如?。寒?dāng)兩個(gè)

51、原子之間只靠分子間作用力相互接近時(shí)（如稀有氣體的單原子分子），兩原子之間核間距離的一半就叫范德華半徑。有氣體的單原子分子），兩原子之間核間距離的一半就叫范德華半徑。原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律共價(jià)半徑共價(jià)半徑金屬半徑金屬半徑范德華半徑范德華半徑共價(jià)鍵力共價(jià)鍵力金屬鍵力金屬鍵力范德華力范德華力原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律主族元素原子半徑的周期變化趨勢主族元素原子半徑的周期變化趨勢 主族元素主族元素從左到右：從左到右：r r減小減小從上到下：從上到下：r r增大增大AAA A A A A AA A A A A Ao o原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律 副族元素副族元

52、素從左到右：從左到右：r r緩慢減小緩慢減小從上到下：從上到下：r r略有增大略有增大副族元素原子半徑的周期變化趨勢副族元素原子半徑的周期變化趨勢B B B B B B BB B B B B B B原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律 同一周期：同一周期： r r變化受到兩因素制約變化受到兩因素制約（1 1）核電荷數(shù)）核電荷數(shù) ；引力；引力 ； r r（2 2）核外電子數(shù)）核外電子數(shù) ；斥力；斥力 ； r r增加的電子不足以完全屏蔽核電荷增加的電子不足以完全屏蔽核電荷從左到右：有效核電荷從左到右：有效核電荷Z Z* * ，r r 原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子半徑的周期變化趨

53、勢原子半徑的周期變化趨勢原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律 同周期的主族元素同周期的主族元素, ,自左向右，元素的有效核電荷數(shù)自左向右，元素的有效核電荷數(shù) ，原子半徑，原子半徑 。 同周期稀有氣體元素，共價(jià)半徑變?yōu)榉兜氯A半徑，原子半徑突然增大較多。同周期稀有氣體元素，共價(jià)半徑變?yōu)榉兜氯A半徑，原子半徑突然增大較多。 同主族元素由上而下，同主族元素由上而下，n n （即電子層數(shù)增加），原子半徑即電子層數(shù)增加），原子半徑 。 同周期的副族元素同周期的副族元素, ,自左向右，元素的有效核電荷數(shù)自左向右，元素的有效核電荷數(shù) ( ( 增大的幅度較小增大的幅度較小 ) )，原子半徑，原子半徑 （減（減

54、小的幅度比主族小得多）小的幅度比主族小得多） 同副族元素由上而下半徑增大的幅度較小，特別是第五、六周期的同族元素，原子半徑很相近同副族元素由上而下半徑增大的幅度較小，特別是第五、六周期的同族元素，原子半徑很相近( (鑭系收縮鑭系收縮）。）。 原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律 長周期：長周期：電子填入電子填入(n-1)d(n-1)d層，屏蔽作用大，層，屏蔽作用大， Z Z* *增加不多，增加不多， r r減小緩慢。減小緩慢。B BB B：d d1010構(gòu)型屏蔽顯著，構(gòu)型屏蔽顯著，r r略有增大。略有增大。鑭、錒系鑭、錒系：電子填入：電子填入(n-2)f(n-2)f亞層，屏蔽作用更大，亞層

55、，屏蔽作用更大， Z Z* *增加更小，增加更小， r r減小更不顯減小更不顯著。著。鑭系收縮鑭系收縮：鑭系元素從鑭（：鑭系元素從鑭（LaLa）到镥（）到镥（LuLu）隨著原子序數(shù)的增加，原子半徑減?。╇S著原子序數(shù)的增加，原子半徑減小更緩慢的現(xiàn)象。更緩慢的現(xiàn)象。原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律3.3.電離能電離能 某元素某元素1 mol1 mol基態(tài)的氣態(tài)原子基態(tài)的氣態(tài)原子失去一個(gè)電子失去一個(gè)電子形成形成正一價(jià)正一價(jià)的氣態(tài)離子時(shí)所的氣態(tài)離子時(shí)所需要的需要的能量能量叫做這種元素的叫做這種元素的第一電離能第一電離能。常用符號。常用符號I1I1表示，單位表示，單位kJmolkJmol-1-1

56、。氣態(tài)氣態(tài)+1+1價(jià)離價(jià)離子再失去一個(gè)電子變成氣態(tài)正二價(jià)離子時(shí)所吸收的能量稱為該元素的子再失去一個(gè)電子變成氣態(tài)正二價(jià)離子時(shí)所吸收的能量稱為該元素的第二電離能第二電離能。 M(g)-e M(g)-e- -M M+ +(g) I1 (g) I1 ；M M+ +(g)- e(g)- e- - M M2+2+(g(g）I2I2原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律作用：作用：I I是衡量元素是衡量元素金屬性金屬性的一種尺度。的一種尺度。I I越小表示元素的原子越易失電子越小表示元素的原子越易失電子，金屬性越強(qiáng)，金屬性越強(qiáng)。用于說明元素通常呈現(xiàn)的價(jià)態(tài)用于說明元素通常呈現(xiàn)的價(jià)態(tài) 同一元素的電離能：同一元

57、素的電離能： I1I1 I2 I2 I3 I3 Mg(g)-eMg(g)-e- -MgMg+ +(g) I1=730 kJmol(g) I1=730 kJmol-1-1 ；MgMg+ +(g)- e(g)- e- - Mg Mg2+2+(g(g） I2 =1450 kJmol I2 =1450 kJmol-1-1；MgMg2+2+(g)- e(g)- e- - Mg Mg3+3+(g(g） I3 =7740 kJmol I3 =7740 kJmol-1-1；原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律元素的第一電離能隨原子序數(shù)的周期性變化元素的第一電離能隨原子序數(shù)的周期性變化原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原

58、子結(jié)構(gòu)與元素周期律同一周期同一周期，從左到右，電子層沒有變化，有效核電荷數(shù)增加，核對外層電子吸，從左到右，電子層沒有變化，有效核電荷數(shù)增加，核對外層電子吸引力增強(qiáng)，引力增強(qiáng)，第一電離能總趨勢增大，但有反常（外層電子構(gòu)型為半滿、全滿、第一電離能總趨勢增大，但有反常（外層電子構(gòu)型為半滿、全滿、全空）。全空）。各周期末尾的稀有氣體電離能最大。各周期末尾的稀有氣體電離能最大。同一主族同一主族，自上而下，由于電子層數(shù)增加，有效核電荷數(shù)減小，核對外層電子，自上而下，由于電子層數(shù)增加，有效核電荷數(shù)減小，核對外層電子吸引力減弱，吸引力減弱，第一電離能總趨勢減小。第一電離能總趨勢減小。原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)

59、構(gòu)與元素周期律I1I1（B B）I1I1（Be) I1Be) I1（O O）I1I1（N) N) 2s2s2 22p2p1 1 2s 2s2 2 2s2s2 22p2p4 4 2s2s2 22p2p3 3 B B、O O等等失電子后失電子后最外層軌道成為最外層軌道成為全滿、半滿或全空全滿、半滿或全空的結(jié)構(gòu)，易失去外層的結(jié)構(gòu)，易失去外層電子，第一電離能小。電子，第一電離能小。 Be Be、N N等因等因全滿、半滿全滿、半滿結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，失電子難結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，失電子難, ,第一電離能高。第一電離能高。 原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律4.4.電子親和能電子親和能 某元素的某元素的1 mol1 mo

60、l基態(tài)氣態(tài)原子基態(tài)氣態(tài)原子得到一個(gè)電子得到一個(gè)電子形成形成負(fù)一價(jià)負(fù)一價(jià)的氣態(tài)離子時(shí)所的氣態(tài)離子時(shí)所放出的能量放出的能量叫做該叫做該元素的元素的第一電子親合能第一電子親合能。（可看做原子得電子。（可看做原子得電子難易程度的量度）難易程度的量度）與電離能相對與電離能相對 某元素某元素1 mol1 mol基態(tài)的氣態(tài)原子基態(tài)的氣態(tài)原子失去一個(gè)電子失去一個(gè)電子形成形成正一價(jià)正一價(jià)的氣態(tài)離子時(shí)所的氣態(tài)離子時(shí)所需要的能量需要的能量叫做這叫做這種元素的種元素的第一電離能第一電離能。 （可看做原子失電子難（可看做原子失電子難易程度的量度）易程度的量度）原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律F(g)+eF(g)