第一章 原子結(jié)構(gòu)

1、原子的結(jié)構(gòu)原子構(gòu)成原子序數(shù)原子序數(shù)= =核外電子排布（原子結(jié)構(gòu)示意圖）思考與討論 碳碳C，幾號(hào)元素，原子序數(shù)？核電荷數(shù)？質(zhì)，幾號(hào)元素，原子序數(shù)？核電荷數(shù)？質(zhì)子數(shù)？核外電子數(shù)？子數(shù)？核外電子數(shù)？ 鈉鈉Na， 幾號(hào)元素，原子序數(shù)？核電荷數(shù)？幾號(hào)元素，原子序數(shù)？核電荷數(shù)？質(zhì)子數(shù)？核外電子數(shù)？質(zhì)子數(shù)？核外電子數(shù)？相對(duì)原子質(zhì)量相對(duì)原子質(zhì)量（相對(duì)原子質(zhì)量（A）=質(zhì)子數(shù)（質(zhì)子數(shù)（Z）+中子數(shù)（中子數(shù)（N）思考與討論 某原子的質(zhì)量數(shù)為40，中子數(shù)是20，該原子是什么？核電荷數(shù)為多少？ 某原子的質(zhì)量數(shù)是14，質(zhì)子數(shù)是7，該原子是什么？中子數(shù)是多少？核外電子數(shù)是多少？練習(xí)：寫出下列元素的核電荷數(shù)、質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)

2、H H 1 1C 12C 12N 14N 14O 16O 16Na 23Na 23Mg 24Mg 24Al 27Al 27P 31P 31S 32S 32K 39K 39Ca 40Ca 40 第一節(jié)第一節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性 一、歷史回顧 二、核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性 三、波函數(shù) 四、電子云 五、四個(gè)量子數(shù) 第二節(jié)第二節(jié) 核外電子排布規(guī)律核外電子排布規(guī)律 一、多電子原子軌道能級(jí) 二、核外電子排布原理 第三節(jié)第三節(jié) 原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期律原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期律 一、原子結(jié)構(gòu)與元素周期律的關(guān)系 二、元素性質(zhì)的周期性內(nèi)容提要?dú)v史回顧核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性 波函數(shù)電子云 四

3、個(gè)量子數(shù)一二三四五第一節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性 一、歷史回顧（了解） 第一節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性 道爾頓認(rèn)為： 1.一切物質(zhì)都是原子組成，原子不能再分割； 2.同一種元素的原子在質(zhì)量、形態(tài)等方面完全相同； 3.原子以簡(jiǎn)單的比例結(jié)合成化合物； 第一節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性 湯姆遜原子模型湯姆遜原子模型 通過(guò)陰極射線的偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了帶有負(fù)電荷的電子，從而打破了原子不可分割的觀點(diǎn)。人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)開始進(jìn)入了一個(gè)重要發(fā)展階段。 第一節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性 盧瑟福原子模型 “行星模型”或有核原子結(jié)構(gòu)模型。該模型中，把微觀的原子看成“太陽(yáng)系”，帶正電的原子核好比“太陽(yáng)”，電子在原子核外繞核旋轉(zhuǎn)，

4、就象行星繞著太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)一樣。原子核占有全部正電荷和幾乎全部的原子質(zhì)量。第一節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性 玻爾的氫原子模型1.氫原子結(jié)構(gòu)理論的基本假說(shuō)n=1n=2n=3n=4：表示輻射光的頻率：表示普朗克常數(shù)：表示能量hEEEhE12（2）躍遷（3）不連續(xù)（1）分層第一節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性 (一) 微觀粒子的波粒二象性 微觀粒子既具有波的性質(zhì)又具有粒子的性質(zhì)稱為波粒二象性。電子就是具有粒子性和波動(dòng)性這樣雙重性質(zhì)的物質(zhì)。二、核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性（了解）第一節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性 2.不確定原理微觀粒子，不能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量其位置和動(dòng)量 電子的位置雖然測(cè)不準(zhǔn), 但可以知道它在某空間附近出現(xiàn)的幾率第一節(jié)

5、核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性 1926年薛定諤建立了著名的描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方程：微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方程： 量子力學(xué)中描述核外電子量子力學(xué)中描述核外電子 在空間運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)函數(shù)式，在空間運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)函數(shù)式，即即原子軌道原子軌道 E軌道能量 m微粒質(zhì)量 h普朗克常數(shù) x,y, z 為微粒的空間坐標(biāo) (x,y,z) 波函數(shù)0)(822222222VEhmzyx三、波函數(shù)第一節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性 用波函數(shù)的數(shù)學(xué)形式描述核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)用波函數(shù)的數(shù)學(xué)形式描述核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不如用其圖像更直觀不如用其圖像更直觀原子軌道的角度分布圖：原子軌道的角度分布圖：描述核外電子的運(yùn)動(dòng)描述核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)狀態(tài)第一節(jié)

6、 核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性 第一節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性 原子軌道的角度分布圖四、電子云電子云：電子在核外空間出現(xiàn)機(jī)會(huì)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果得到電子的概率密度分布圖。電子云的物理意義： 黑點(diǎn)較密的地方表示電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多。第一節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性 電子云的角度分布圖 量子數(shù)描述核外電子運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)：離核遠(yuǎn)近、運(yùn)動(dòng)軌道主量子數(shù)主量子數(shù) n電子層電子層角量子數(shù)角量子數(shù) l電子亞層電子亞層 和電子云的形狀和電子云的形狀 磁量子數(shù)磁量子數(shù) m電子云的伸展方向電子云的伸展方向 自旋量子數(shù)自旋量子數(shù) ms1234五、四個(gè)量子數(shù)五、四個(gè)量子數(shù)第一節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性 取值： n =1，2，3，；物理意義： n值的大小

7、表示電子值的大小表示電子離核遠(yuǎn)近。離核遠(yuǎn)近。決定電子能量高低的主要因素。決定電子能量高低的主要因素。n值越大：離核較遠(yuǎn)，能量越高n值越?。弘x核較近，能量越低(一一) 主量子數(shù) n電子層主量子數(shù)與電子層的關(guān)系主量子數(shù)與電子層的關(guān)系n 1234567 7對(duì)應(yīng)電子對(duì)應(yīng)電子層層第一層第一層第二層第二層第三層第三層第四層第四層第五層第五層第六層第六層第七第七層層能量能量低低高高符號(hào)符號(hào)KLMNOPQ(一一) 主量子數(shù) n電子層同一電子層：電子能同一電子層：電子能量稍有差別，運(yùn)動(dòng)狀量稍有差別，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也有所不同。態(tài)也有所不同。( (二二) ) 角量子數(shù) l電子亞層電子亞層 和電子云的形狀和電子云的形狀 角

8、量子數(shù)角量子數(shù)物理意義： l 表示電子云的形狀。取值： l =0，1，2，n-1；角量子數(shù) 01234亞層符號(hào)spdfg軌道形狀球形啞鈴型花瓣型( (二二) ) 角量子數(shù) l電子亞層電子亞層 和電子云的形狀和電子云的形狀 n 1234567l補(bǔ)全下列表格n1234電子層電子層第一第一第二第二第三第三第四第四l00 10 1 20 1 2 3亞層亞層1s2s 2p3s 3p 3d4s 4p 4d 4fn1234電子層電子層第一第一第二第二第三第三第四第四l00 10 1 20 1 2 3亞層亞層1s2s 2p3s 3p 3d4s 4p 4d 4f第一節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性 主量子數(shù)與角量子數(shù)的

9、關(guān)系主量子數(shù)與角量子數(shù)的關(guān)系思考與討論：思考與討論：比較表格中電子亞層能量的高低？比較表格中電子亞層能量的高低？同一電子層電子能量高低：同一電子層電子能量高低：spdf原子軌道的能量由主量子數(shù)和角量子數(shù)共同決定。原子軌道的能量由主量子數(shù)和角量子數(shù)共同決定。 ( (三三) ) 磁量子數(shù)磁量子數(shù) m電子云的伸展方向電子云的伸展方向 每一個(gè)原子軌道都有一定的形狀和伸展方向。 取值：取值： m =- l，-2，-1，0，1，2， l ， 意義：意義： m的每一個(gè)取值對(duì)應(yīng)一個(gè)伸展方向。的每一個(gè)取值對(duì)應(yīng)一個(gè)伸展方向。 磁量子數(shù)與能磁量子數(shù)與能量無(wú)關(guān)。量無(wú)關(guān)。 在一定的電子層上，具有一定形狀和伸展方向的電子

10、云所在一定的電子層上，具有一定形狀和伸展方向的電子云所占據(jù)的空間稱為一個(gè)占據(jù)的空間稱為一個(gè)原子軌道原子軌道n = 1l = 0n = 2l = 0l = 1m = 0m = 0m = 1m = -1m = 01條軌道條軌道4條軌道條軌道 ( (三三) ) 磁量子數(shù)磁量子數(shù) m電子云的伸展方向電子云的伸展方向 磁量子數(shù)mn =3 l = 0l = 1l = 2m = 0m = 1m = -1m = 0m = 1m = -1m = 0m = 2m = -29條軌道條軌道第一節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性 每一個(gè)電子亞層所具有的軌道總數(shù)為2l+1主量子數(shù)和角量子數(shù)相同的軌道叫做簡(jiǎn)并軌道或等價(jià)軌道。 磁量子

11、數(shù)與角量子數(shù)的關(guān)系l值m值軌道l = 0（s亞層）m = 0 只有一種伸展方向，無(wú)方向性l = 1（p亞層） m = +1，0，-1 三種伸展方向，三個(gè)等價(jià)軌道l = 2（d亞層） m = +2，+1，0，-1，-2 五種伸展方向，五個(gè)等價(jià)軌道l = 3（f亞層） m = +3，+2，+1，0，-1，-2，-3 七種伸展方向，七個(gè)等價(jià)軌道第一節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性 第一節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性 綜上所述：綜上所述：用用n，l，m三個(gè)量子數(shù)即可決定一個(gè)原三個(gè)量子數(shù)即可決定一個(gè)原子軌道的大小、形狀和伸展方向。子軌道的大小、形狀和伸展方向。 ms = 1/2, 表示同一軌道中電子的兩種自旋狀態(tài) 每

12、一電子層中可容納的電子總數(shù)為2n2。第一節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性 取值：2121，(四) 自旋量子數(shù)ms電子平行自旋：電子反平行自旋：電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 有了四個(gè)量子數(shù)，就可以描述原子中某一電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 描述一個(gè)原子軌道要用三個(gè)量子數(shù)，而描述一個(gè)原子軌道上運(yùn)動(dòng)的電子，要用四個(gè)量子數(shù)。 第一節(jié) 核外電子的運(yùn)動(dòng)的特殊性 四個(gè)量子數(shù)n，l，m，ms量子數(shù)小結(jié)量子數(shù)小結(jié)主量子數(shù)主量子數(shù) n 決定原子軌道半徑的大?。措娮訉樱Q定原子軌道半徑的大小（即電子層）和電子的能量和電子的能量角量子數(shù)角量子數(shù) l 決定電子運(yùn)動(dòng)區(qū)域或電子云形狀同時(shí)也影決定電子運(yùn)動(dòng)區(qū)域或電子云形狀同時(shí)也影響電子的能量響電子的能量磁量

13、子數(shù)磁量子數(shù) m 決定決定電子運(yùn)動(dòng)區(qū)域電子運(yùn)動(dòng)區(qū)域或電子云在空間的伸展或電子云在空間的伸展方向方向自旋量子數(shù)自旋量子數(shù) ms 決定電子的自旋狀態(tài)（或自旋方向）決定電子的自旋狀態(tài)（或自旋方向）第一節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性 1.軌道能級(jí) 軌道能級(jí)相對(duì)高低由 n 和 l 同時(shí)決定：（1）角量子數(shù)相同，主量子數(shù)大的能量高 E1sE2sE3sE4s第二節(jié) 核外電子排布規(guī)律（2）主量子數(shù)相同, 角量子數(shù)大的能量高EnsEnpEndEnf一、多電子原子軌道能級(jí)1.軌道能級(jí) 軌道能級(jí)相對(duì)高低由 n 和 l 同時(shí)決定：第二節(jié) 核外電子排布規(guī)律（3）主量子數(shù)和角量子數(shù)均不同時(shí), 出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)能級(jí)交錯(cuò) 現(xiàn)象。 En

14、sE(n-2)fE(n-1)dEnp4s3d4p6s4f5d6p將原子軌道按照能量高低從低到高分為7個(gè)能級(jí)組。能量相近的劃為一個(gè)能級(jí)組。 鮑林近似能級(jí)圖鮑林近似能級(jí)圖：第二節(jié) 核外電子排布規(guī)律第七組第七組 7s 5f 6d 7p 第六組第六組 6s 4f 5d 6p 第五組第五組 5s 4d 5p 第四組第四組 4s 3d 4p 第三組第三組 3s 3p 第二組第二組 2s 2p 第一組第一組 1s七個(gè)能級(jí)組七個(gè)能級(jí)組第二節(jié) 核外電子排布規(guī)律方框：一個(gè)能級(jí)組小圓圈：原子軌道二、核外電子排布原理：二、核外電子排布原理：第二節(jié) 核外電子排布規(guī)律1.能量最低原理2.泡利不相容原理3.洪特規(guī)則 1.

15、1.能量最低原理能量最低原理 電子總是盡先填充能電子總是盡先填充能量較低的軌道，然后量較低的軌道，然后填充能量較高的軌道。填充能量較高的軌道。保持體系的能量最低。保持體系的能量最低。第二節(jié) 核外電子排布規(guī)律 2. 2.泡利不相容原理泡利不相容原理 同一原子中沒有運(yùn)動(dòng)狀同一原子中沒有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子，所態(tài)完全相同的電子，所以每個(gè)原子軌道中只能以每個(gè)原子軌道中只能容納兩個(gè)自旋方向相反容納兩個(gè)自旋方向相反的電子。的電子。第二節(jié) 核外電子排布規(guī)律 3. 3.洪特規(guī)則洪特規(guī)則 在在n n和和l l相同的簡(jiǎn)并軌道中，電子相同的簡(jiǎn)并軌道中，電子盡可能以自旋相同的方式分占不同的簡(jiǎn)并軌道。盡可能以自旋相同

16、的方式分占不同的簡(jiǎn)并軌道。第二節(jié) 核外電子排布規(guī)律 3. 3.洪特規(guī)則洪特規(guī)則 在等價(jià)軌道中電子排布全充滿、半充滿和全空狀態(tài)在等價(jià)軌道中電子排布全充滿、半充滿和全空狀態(tài)時(shí)，體系能量最低最穩(wěn)定。時(shí)，體系能量最低最穩(wěn)定。 全空全空 半充滿半充滿 全充滿全充滿第二節(jié) 核外電子排布規(guī)律 11 Na 鈉鈉 1s2 2s22p63s1 15 P 磷磷 1s2 2s22p63s23p3原子原子序數(shù)序數(shù)元素元素符號(hào)符號(hào)名稱名稱電子結(jié)構(gòu)式電子結(jié)構(gòu)式第二節(jié) 核外電子排布規(guī)律1.核外電子排布式核外電子排布式將電子按照電子填充順序圖填充并在軌道符號(hào)上標(biāo)出電子的數(shù)目即為核外電子排布式。 11 Na 鈉鈉 1s2 2s2

17、2p63s1 12 Mg 鎂鎂 1s2 2s22p63s2 13 Al 鋁鋁 1s2 2s22p63s23p1 14 Si 硅硅 1s2 2s22p63s23p2 15 P 磷磷 1s2 2s22p63s23p3 16 Si 硫硫 1s2 2s22p63s23p4 17 Cl 氯氯 1s2 2s22p63s23p5 18 Ar 氬氬 1s2 2s22p63s23p6原子原子序數(shù)序數(shù)元素元素符號(hào)符號(hào)名稱名稱電子結(jié)構(gòu)式電子結(jié)構(gòu)式第二節(jié) 核外電子排布規(guī)律 19 K 鉀鉀 1s2 2s22p63s23p6 4s1 Ar 4s1 20 Ca 鈣鈣 1s2 2s22p63s23p6 4s2 Ar 4s2

18、* ArAr 原子實(shí)，表示原子實(shí)，表示ArAr的電子結(jié)構(gòu)式的電子結(jié)構(gòu)式 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 。第二節(jié) 核外電子排布規(guī)律 1s2 2s22p63s23p6 3d5 4s1 Ar 3d54s1 29 Cu 銅銅 1s2 2s22p63s23p63d10 4s1 Ar 3d104s1寫出24號(hào)Cr與29號(hào)Cu的核外電子排布 24 Cr 鉻鉻 1s2 2s22p63s23p6 4s23d4 29 Cu 銅銅 1s2 2s22p63s23p6 4s23d9 Ar 3d104s1軌道表示式價(jià)電子構(gòu)型 11 Na 鈉鈉 1s2 2s22p63s1 12 Mg 鎂鎂 1s2 2s22p63

19、s2 13 Al 鋁鋁 1s2 2s22p63s23p1 14 Si 硅硅 1s2 2s22p63s23p2 15 P 磷磷 1s2 2s22p63s23p3 16 Si 硫硫 1s2 2s22p63s23p4 17 Cl 氯氯 1s2 2s22p63s23p5價(jià)電子：參與反應(yīng)的電子價(jià)電子：參與反應(yīng)的電子價(jià)電子構(gòu)型：價(jià)電子所在的亞層電子排布價(jià)電子構(gòu)型：價(jià)電子所在的亞層電子排布溫故知新：寫出前20號(hào)元素的核外電子排布式與原子結(jié)構(gòu)示意圖 11 Na 1s2 2s22p63s1 12 Mg 1s2 2s22p63s2 13 Al1s2 2s22p63s23p1 14 Si1s2 2s22p63s23

20、p2 15 P1s2 2s22p63s23p3 16 Si1s2 2s22p63s23p4 17 Cl1s2 2s22p63s23p5 18 Ar 1s2 2s22p63s23p6 19 K1s2 2s22p63s23p6 4s1 20 Ca 1s2 2s22p63s23p6 4s2 1 H 1s1 2 He 1s2 3 Li 1s2 2s1 4 Be 1s2 2s2 5 B 1s2 2s22p1 6 C 1s2 2s22p2 7 N 1s2 2s22p3 8 O 1s2 2s22p4 9 F 1s2 2s22p5 10 Ne 1s2 2s22p6原子結(jié)構(gòu)示意圖 一、原子結(jié)構(gòu)與周期律的關(guān)系一、

21、原子結(jié)構(gòu)與周期律的關(guān)系第三節(jié) 原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期律 一、原子結(jié)構(gòu)與周期律的關(guān)系一、原子結(jié)構(gòu)與周期律的關(guān)系每一個(gè)橫排為一個(gè)周期，共七個(gè)周期123：短周期456：長(zhǎng)周期7：不完全周期周期數(shù)=電子層數(shù)第三節(jié) 原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期律 第三節(jié) 原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期律 (1) 主族：由長(zhǎng)周期元素與短周期元素組成A、A、A、A、A、A、A族主族序數(shù)=最外層電子數(shù)(2) 副族：由長(zhǎng)周期元素與不完全周期元素組成B、B、B、B、B、B、B(3) 0族和 族 學(xué)以致用 判斷下列元素在元素周期表中的位置二、元素某些性質(zhì)的周期性二、元素某些性質(zhì)的周期性(1) 原子半徑第三節(jié) 原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周

22、期律(2) 元素的電離能(3) 元素的電子親合能(4) 元素的電負(fù)性(一) 原子半徑根據(jù)測(cè)量手段不同，將原子半徑分為：共價(jià)半徑范德華半徑金屬半徑二、元素性質(zhì)的周期律H37He122Li152Be111B88C77N70O66F64Ne160Na186Mg160Al143 Si117 P110 S104 Cl99 Ar191 K227Ca197Sc161Ti145V132Cr125Mn124 Fe124 Co125 Ni125 Cu128 Zn133 Ga122 Ge122 As121 Se117Br114Kr198 Rb248Sr215Y181Zr160Nb143Mo136Tc136Ru133

23、Rh135 Pd138 Ag144 Cd149 In163 Sn141 Sb141 Te137 I133 Xe217 Cs265Ba217La188Hf159Ta143W137Re137 Os134 Ir136 Pt136 Au144 Hg160 Tl170 Pb175 Bi155 Po153At145Rn145原子半徑/pm第三節(jié) 原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期律二、元素性質(zhì)的周期律第三節(jié) 原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期律二、元素性質(zhì)的周期律(一) 原子半徑同一周期：原子半徑依次變小同一主族：原子半徑逐漸增大( (二二) ) 電離能電離能 基態(tài)的氣態(tài)原子失去一個(gè)電子形成氣態(tài)一價(jià)正離子時(shí)所需能量.(第一電離能I1). 元素氣態(tài)一價(jià)正離子失去一個(gè)電子形成氣態(tài)二價(jià)正離子時(shí)所需能量為第二電離能，余依此類推。通常情況下I1I2I3I4 第三節(jié) 原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期律第三節(jié)