核外電子的運動狀態(tài)

1、核外電子的運動狀態(tài)2022-5-223-1 3-1 核外電子的運動狀態(tài)一、氫原子光譜和玻爾理論二、微觀粒子的波粒二象性三、波函數和原子軌道四、幾率密度和電子云五、波函數與電子云的分布圖第1頁/共121頁2022-5-23一、氫原子光譜和玻爾理一、氫原子光譜和玻爾理論論第2頁/共121頁2022-5-24原子原子核（正電）核外電子（負電）核反應中發(fā)生變化化學反應中發(fā)生變化1.1.連續(xù)光譜與不連續(xù)光譜連續(xù): :某些物理量的變化沒有最小單位. .t,l,v,st,l,v,s不連續(xù): :某些物理量的變化有最小單位. .電量q q不連續(xù)是微觀世界的重要特征，是量子化條件。第3頁/共121頁2022-5-

2、25白光做光源連續(xù)光譜：包含所有不同波長的光譜第4頁/共121頁2022-5-26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-光譜分析。單原子（離子）氣體做光源第5頁/共121頁2022-5-272.2.氫原子光譜)6 ,5 ,4 ,3n()n121(R22 巴爾麥公式700 600 500 400 700 600 500 400 /nm/nmH H H H H HH H4 4條譜線頻率分別為：656.5656.5nm,nm,486.1nm,434.0nm,410.2nm486.1nm,434.0nm,410.2nm第6頁/共121頁2022

3、-5-28所有區(qū)域（紅外、紫外、可見） 思考題 ：由公式能看出譜線頻率有何特征？ 氫原子光譜的譜線頻率不是任意變化的，而是隨著兩個正整數的改變而做跳躍式的變化，即氫原子光譜為不連續(xù)光譜。為為里里得得堡堡常常數數均均為為正正整整數數、R,nn,nn)nn(.)nn(R211222211522211110289311 實驗結論第7頁/共121頁2022-5-29理論要點3.3.玻爾理論第8頁/共121頁2022-5-210穩(wěn)定軌道：核外電子是在一些符合一定條件的軌道上運動。這些軌道具有固定的能量P=mr= nh/2P=mr= nh/2，稱穩(wěn)定軌道。在此軌道上運動的電子不放出能量，也不吸收能量。軌道

4、能級：不同的穩(wěn)定軌道能量不同，電子離核越遠，能量越高。離核最近的軌道能量最低，稱基態(tài)；電子獲得能量躍遷到離核較遠、能量較高的狀態(tài)為激發(fā)態(tài)。 氫：E=-13.6/nE=-13.6/n2 2(ev)(ev)（n n為正整數）第9頁/共121頁2022-5-211n=1,En=1,E1 1=-13.6ev,r=-13.6ev,r1 1=1=12 252.952.9pm(pm(玻爾半徑）n=2,En=2,E2 2=-13.6/4=-13.6/4（evev）,r,r2 2=2=22 252.952.9pmpmn=3,En=3,E3 3=-13.6/9=-13.6/9（evev）,r,r3 3=3=32

5、252.952.9pmpm 隨著n n的增加，電子離核越來越遠，能量越來越高，n n為量子數，當nn，意味著電子完全脫離原子核的電場引力，E=0E=0（最大）n=1,n=1,電離能=13.6=13.61.61.61010-22-226.026.0210102323 =1311.6 =1311.6kJkJmolmol-1-1第10頁/共121頁2022-5-212激發(fā)態(tài)原子發(fā)光的原因 處于激發(fā)態(tài)的電子極不穩(wěn)定，它會迅速回到能量較低的軌道，并以光子的形式釋放出能量。所以激發(fā)態(tài)原子能發(fā)光。紫外可見光第11頁/共121頁2022-5-213)n1n1(10289.3)n1n1(10626.6106.1

6、6.1310626.6106.1)n6.13n6.13(hEEE222115222134193419212212 氫氫原原子子 理論推導與實驗結果完全相同。即波爾理論能較好地解釋氫原子光譜產生的原因和規(guī)律性。電子運動頻率的理論推導第12頁/共121頁2022-5-214nm5.656)cm(10565.61057.4103c)s(1057.4)3121(10289.37148114221523 由于n n只能取正整數，所以波長是不連續(xù)的，即為不連續(xù)光譜。H H：=656.5nm=656.5nm第13頁/共121頁2022-5-215 波爾理論的缺陷：只能解釋單電子原子或離子光譜的一般現(xiàn)象，不能

7、解釋譜線的分裂和多電子原子光譜，更不能用它進一步研究化學鍵的形成等。第14頁/共121頁2022-5-216二、微觀粒子的波粒二象二、微觀粒子的波粒二象性性1.光的波粒二象性2.2.電子的波粒二象性 1924 1924年德布羅意預言：一些實物粒子 ( (如電子、中子、質子等) )也具有波粒二象性，其波長為 = = h/mh/m hmcpmcchmchE22衍射和干涉- -波動性光電效應- -粒子性第15頁/共121頁2022-5-217 電子衍射實驗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。電子衍射第16頁/共121頁2022-5-2183. 3. 測不準原理 德國物理

8、學家海森保提出微觀粒子的位置與動量之間存在著測不準關系，即 x x p p h/2 h/2 ， x x h/2m h/2m (h (h為普朗克常數：6.626 6.626 10 10 -34 -34 ， x x和 p p 分別為位置和動量不確定量) )。根據測不準原理，粒子位置的測量準確度越大（ x x越?。?，其動量的準確度就會愈?。?p p越大） ，反之亦然。問題：為什么宏觀物體不具有波粒二象性？ 如：1 1克運動速度為300300米/ /秒的子彈 表現(xiàn)波動性時波長約為 10 10-26-26 nmnm。第17頁/共121頁2022-5-219 對于宏觀物體m=10m=10克的物體， x

9、= 0.1mmx = 0.1mm（已相當準確）， 10 10-28-28 m.sm.s-1-1，遠遠小于可測量的限度范圍，表明測不準原理對于宏觀物體實際上不起作用。 對于電子, ,m=9.11m=9.111010-31-31Kg,Kg,其大小數量級為1010-10-10 m m，則其位置的合理準確度至少要達到 x10 x10-11-11 m m，根據測不準原理，電子速度的不準確度為 6 6 10 106 6 m.sm.s-1-1，這已與電子的本身速度相當。第18頁/共121頁2022-5-220 確定電子位置的同時，其速度就測不準，要同時測準其位置和速度是不可能的表明電子運動的固定軌道已不復存

10、在。 否定了玻爾理論中核外電子運動有固定軌道的觀點。第19頁/共121頁2022-5-221三、波函數和原子軌道三、波函數和原子軌道1.薛定諤方程-微觀粒子運動所遵循的基本方程 （波塞）- -波函數：不是具體的數，而是描述微觀粒子運動狀態(tài)的數學表達式。是空間坐標x x、y y、z z的函數。（x x、y y、z)z)。m m：粒子的質量; ;E E：體系的總能量；V V：勢能m m、E E、V-V-體現(xiàn)微粒性；-體現(xiàn)波動性0V)(Ehm8zyx22222222第20頁/共121頁2022-5-222 解方程就是要解出微觀粒子（如電子）每一種可能的運動狀態(tài)所對應的波函數和能量E E，方程的每一個

11、合理的解就代表體系中電子的一種可能的運動狀態(tài)。 為解方程，將直角坐標（x x、y y、z)z)轉化為球坐標（r r、)第21頁/共121頁2022-5-223222zyxrcosrzsinsinrycossinrx (x(x、y y、z)z)（r r、） =R =R（r) r) Y Y（ 、)波函數徑向部分波函數角度部分第22頁/共121頁2022-5-2242.2.波函數和原子軌道 波函數的空間圖象為原子軌道，它指的是電子在原子核外運動的某個空間范圍?；蛘哒f原子軌道的數學表達式是波函數。第23頁/共121頁2022-5-225 為了得到電子運動狀態(tài)的合理解，必需引進幾個參數n n、l l、m

12、,m,稱它們?yōu)榱孔訑担ū碚魑⒂^粒子運動狀態(tài)的一些特定的數字），每個量子數都有其確定的取值范圍。 對應于一組合理的n n、l l、m m取值，必有一個確定的波函數(r(r、)n n、l l、m m對應，也就是有一個確定的原子軌道。1 1、0 0、0 0 代表1 1s s原子軌道, ,2 2、1 1、0 0 代表2 2p pz z原子軌道確定一個電子的運動狀態(tài)還需加一個m mS S量子數。第24頁/共121頁2022-5-226第25頁/共121頁2022-5-227* *3.3.四個量子四個量子數數 電子在核外的運動不是任意的，而只能取一定的運動狀態(tài)，一般需要四個量子數才能確定一個電子的運動狀態(tài)

13、。（1）主量子數n 意義：描述電子層能量的高低次序和離核的遠近。 取值： 1 2 3 4 5 6正整數 符號： K L M N O P n=1表示能量最低、離核最近的第一電子層。n越大，該電子層離核平均距離越遠，能級越高。第26頁/共121頁2022-5-228（2 2）角量子數）角量子數l l 意義：表示同一電子層中有不同的分層（亞層）；意義：表示同一電子層中有不同的分層（亞層）；確定原子軌道的形狀并在多電子原子中和主量子數一確定原子軌道的形狀并在多電子原子中和主量子數一起決定電子的能量。起決定電子的能量。取值：取值：0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 （n n1 1）正整數正整數 符號

14、：符號：s p d f g s p d f g n n取值取值: 1 : 1 2 2 3 3 4 4l l取值取值: 0 : 0 0 10 1 0 1 2 0 1 2 0 1 2 30 1 2 3軌軌 道道: 1: 1s s 2s 2p2s 2p 3s 3p 3d 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f4s 4p 4d 4f第27頁/共121頁2022-5-229 每個n值最多對應n個不相同的角量子數l，即每個電子層最多有n個亞層。 l的每個值還可表示一種形狀的原子軌道 l=0，s軌道，球形；l=1，p軌道，亞鈴形； l=2，d軌道，花瓣形 單電子體系（氫原子或類氫離子），各種狀態(tài)的電子能量

15、只與n有關. n不同，l相同 E1sE2sE3sE4s n相同，l不同 E4S=E4p=E4d=E4f第28頁/共121頁2022-5-230第29頁/共121頁2022-5-231磁量子數m m ( (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。) )意義: :決定原子軌道或電子云在空間的伸展方向取值：與l l有關，給定l l，m m有2 2l+1l+1個值 - -l 0 +ll 0 +l第30頁/共121頁2022-5-232l m l m 軌道符號 軌道數量0 0 0 0 s 1s 11 -1,0,+1 1 -1,0,+1 p 3p 32 -2,-1,0,+1,+2 2 -2,

16、-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，同一亞層中的原子軌道能量相等（3 3個p p軌道，5 5個d d軌道，7 7個f f軌道），稱簡并軌道或等價軌道。 在外界強磁場的作用下，因軌道的空間伸展方向不同，能量上會顯示出微小的差別，這是線狀光譜在磁場中發(fā)生分裂的根本原因。第31頁/共121頁2022-5-233綜上所述： 一組合理的n n、l l、m,m,可確定一個原子軌道離核的遠近、形狀和伸展方向。n=3,l=1,m=0 n=3,l=1,m=0 3,1,0 3,1,0 對應3 3p

17、pz z軌道。思考：n=4,l=0,m=o n=4,l=0,m=o 代表什么軌道？4 4s s軌道，4,0,04,0,0第32頁/共121頁2022-5-234自旋量子數電子除繞核運動外,還繞著自身的軸作自旋運動意義：描述核外電子的自旋狀態(tài)取值：+1/2+1/2，-1/2 -1/2 ；， 四個量子數 n,l,m,mn,l,m,ms s可確定一個電子在原子核外的運動狀態(tài) 練習：用合理的量子數表示3 3d d能級；2 2p pZ Z軌道；4 4s s1 1電子第33頁/共121頁2022-5-2353d3d能級 n=3,l=2; n=3,l=2; 2p2pZ Z軌道 n=2,l=1,m=0n=2,

18、l=1,m=04 4s s1 1電子 n=4,l=1,m=0,mn=4,l=1,m=0,ms s=+1/2=+1/2或-1/2-1/2 結論：同一原子中，不可能有運動狀態(tài)完全相同的電子存在，即同一原子中各個電子的四個量子數不可能完全相同。 一個軌道中只能容納2 2個自旋相反的電子； 各電子層的軌道數= =n n2 2 各電子層電子的最大容量=2=2n n2 2第34頁/共121頁2022-5-236四、幾率密度和電子云四、幾率密度和電子云1.幾率密度幾率：電子在核外空間出現(xiàn)機會的多少 射擊10001000次中十環(huán)500500次幾率50%50%或0.50.5中九環(huán)250250次幾率25%25%或

19、0.250.25脫靶1 1次幾率0.1%0.1%或0.0010.001幾率密度：是指空間某處單位體積中出現(xiàn)的幾率。用2表示， 2V=幾率第35頁/共121頁2022-5-2372.2.電子云： 用小黑點的疏密來描述電子在核外空間各處的幾率密度分布所得到的空間圖象稱為電子云。-幾率密度2 2的空間圖象是電子云電子云等密度面圖 包含電子出現(xiàn)幾率的90%90%或95%95%哪個電子云等密度面來表示電子云的形狀叫電子云的界面圖。電子云界面圖第36頁/共121頁2022-5-238 處于不同運動狀態(tài)的電子，波函數各不相同，所以2 2也不相同，其對應的空間圖象- -原子軌道和電子云也不相同。s,ps,p原

20、子軌道示意圖s,ps,p電子云輪廓圖第37頁/共121頁2022-5-239五、波函數與電子云的分布圖五、波函數與電子云的分布圖 1.波函數的徑向分布與角度分布 波函數( x、y、z)表示電子在核外空間的運動狀態(tài)，其空間圖象是原子軌道。 (x、y、z)= （r、) = R（r） Y（、） 徑向部分 角度部分第38頁/共121頁2022-5-240氫原子基態(tài)(1S)1S)： 00ar30ar30ea412,r 41,Yea12rR:,YrR,r角角度度部部分分徑徑向向部部分分: 第39頁/共121頁2022-5-241 玻玻爾爾半半徑徑）pm(9.52a ea12rR0ar-300 氫原子波函數

21、的徑向分布圖（1 1s)s)徑向波函數圖 R(r)-rR(r)-r 0120030 R,raR,r第40頁/共121頁2022-5-242同理2 2s sr rR(r(r)第41頁/共121頁2022-5-243* 波函數或原子軌道的角度分布圖第42頁/共121頁2022-5-2442.2.電子云的徑向與角度分布圖 幾率密度2 2的空間圖象是電子云 * * 徑向分布圖D D（r)-rr)-r 幾率=2 2V=V=2 24r4r2 2dr=Ddr=D（r)drr)dr D D（r)drr)dr代表在半徑為r r，厚度為drdr的球殼內找到電子的幾率。球殼薄層drdr第43頁/共121頁2022-

22、5-245幾率=2 2dV=dV=2 24r4r2 2dr =Ddr =D（r)drr)dr第44頁/共121頁2022-5-246D(r)D(r)D(r)D(r)D(r)D(r)D(r)D(r)D(r)D(r)曲線的峰數= = n-n-個第45頁/共121頁2022-5-247徑向密度圖R R2 2(r) (r) r r 2 2=R=R2 2（r r）Y Y2 2( (、)第46頁/共121頁2022-5-248* * 電子云角度分布圖Y Y2 2（,）- ,- , Y Y（,）與主量子數無關，所以只要l l和m m相同，電子云角度分布圖就相同。第47頁/共121頁2022-5-2493.3

23、.電子云的總體空間分布圖象 將2 2的徑向部分R R2 2與角度部分Y Y2 2結合起來，就可得到完整的電子云2 2的空間分布圖。第48頁/共121頁2022-5-2504 1)-2(8102/-0302sareara第49頁/共121頁2022-5-251 2 2p p態(tài): :n n =2 , =2 , l l =1 , =1 , m m = +1,0,-1= +1,0,-1cos43e)ar(a2410za2/r030p2 -0.5A-0A5.0A877.0AY5.005.0866.01cos1209060300cosAcos43),(YZ2P 第50頁/共121頁2022-5-252XY

24、XY平面上的電子云密度為0 0第51頁/共121頁2022-5-253第52頁/共121頁2022-5-2543 3d d態(tài): :n n=3, =3, l l=2=20m2l3nd32z 2l3nd322yx 第53頁/共121頁2022-5-2552l3nd3xy 2l3nd3xz 第54頁/共121頁2022-5-2562l3nd3yz 第55頁/共121頁2022-5-257* *3-2 3-2 核外電子的排布和元素周期系一、多電子原子的能級二、核外電子排布的原則三、原子的電子層結構和元素周期系第56頁/共121頁2022-5-258一、多電子原子的能級一、多電子原子的能級1.鮑林的原子

25、軌道近似能級圖A. 對于氫原子（單電子原子) 核外的一個電子只受核的吸引，E只與n有關)eV(13.613.6E222n1nZ電子E E1 1EE2 2EE3 3EE4 4 E En n E Ensns=E=Enpnp=E=Endnd=E=Enfnf第57頁/共121頁2022-5-259B B、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。E E與n,ln,l有關，其能級的高低次序由光譜實驗確定。鮑林近似能級圖第58頁/共121頁2022-5-260 說明1.1.能級組與周期對應；2.2.此能級圖只反映了同一原子內各原子軌道的能級高低順序。鮑林近似能級圖第59頁/共121

26、頁2022-5-261特點： 能級組間能量差大，能級組內能量差小 簡并軌道能量相同（3 3個p p，5 5個d d，7 7個f f） l l相同，n n越大能量越高。例：E E2P2PEE3P3PEE4P4P n n相同，l l越大能量越高。例：E E4s4sEE4p4pEE4d4dEE4f4f n n和l l同時變動時，發(fā)生能級交錯 E EnsnsEE(n-2)f(n-2)fEE(n-1)d(n-1)dEEnpnp E E6s6sEE4f4fEE5d5dEEE4s4s 能級交錯第67頁/共121頁2022-5-269電子能級分組表電子能級分組表- -徐光憲的（徐光憲的（n+0.7l)n+0.

27、7l)近似規(guī)近似規(guī)律律原子軌道原子軌道n+0.7ln+0.7l能級組能級組組內狀態(tài)數組內狀態(tài)數1 1s s1.01.02 22 2s s2p2p2.02.02.72.78 83 3s s3p3p3.03.03.73.78 84 4s s3d3d4p4p4.04.04.44.44.74.718185 5s s4d4d5p5p5.05.05.45.45.75.718186 6s s4f4f5d5d6p6p6.06.06.16.16.46.46.76.732327 7s s5f5f6d6d7.07.07.17.17.47.4未完未完第68頁/共121頁2022-5-2704.4.科頓原子軌道能級圖科

28、頓原子軌道能級圖5第69頁/共121頁2022-5-271 隨原子序數的增加，核電荷對電子的引力增強，軌道能量降低。15-2015-20號元素：E E4s4sEEE3d3d 一些元素的原子軌道能級排列順序與鮑林的近似能級圖不一致. .第70頁/共121頁2022-5-272二、核外電子排布三原二、核外電子排布三原則則1.能量最低原理：電子在原子軌道上的分布，要盡可能地使電子的能量為最低。2.保里不相容原理：每個原子軌道最多只能容納2個自旋方向相反的電子?；蛘?同一原子中,不可能有兩個電子處于完全相同的狀態(tài)。3.洪特規(guī)則：在n和l相同的簡并軌道上分布的電子，將盡可能分占m不同的軌道。 洪特規(guī)則特

29、例：同一亞層，當電子分布為全滿、半滿或全空時，原子最穩(wěn)定。 全充滿 p6，d10，f14 半充滿 p3， d5， f7 全 空 p0， d0， f0第71頁/共121頁2022-5-273思考: : 2424Cr 1sCr 1s2 2 2s2s2 2 2p 2p6 6 3s3s2 2 3p3p6 6 3d 3d4 4 4s 4s2 2 ？ 2929Cu 1sCu 1s2 2 2s2s2 2 2p 2p6 6 3s3s2 2 3p3p6 6 3d 3d9 9 4s 4s2 2 ？ 24 24Cr 1sCr 1s2 2 2s2s2 2 2p 2p6 6 3s3s2 2 3p3p6 6 3d 3d5

30、 5 4s 4s1 1 2929Cu 1sCu 1s2 2 2s2s2 2 2p 2p6 6 3s3s2 2 3p3p6 6 3d 3d1010 4s 4s1 17 7N:1sN:1s2 22s2s2 22p2p3 3 電子分布式1 1s s 2 2s s 2 2p p 軌道表示式第72頁/共121頁2022-5-274 為了方便和突出電子的排布特點，常將內層已達到稀有氣體電子結構的部分寫成“原子實”，用稀有氣體元素符號加括號表示。如： 2626Fe Fe 1s1s2 2 2s2s2 2 2p 2p6 6 3s3s2 2 3p3p6 6 3d 3d6 6 4s 4s2 2 Ar 3d Ar 3

31、d6 6 4s 4s2 2 3d3d6 6 4s 4s2 2- -為價電子層構型價電子層- -價電子 ns+np,(n-1)d+nsns+np,(n-1)d+ns 所在亞層4747Ag:Ag:4d4d10105s5s1 1第73頁/共121頁2022-5-275 電子分布式 價電子層構型8282Pb:Xe4fPb:Xe4f14145d5d10106s6s2 26p6p2 2 6s6s2 26p6p2 23535Br:Ar3dBr:Ar3d10104s4s2 24p4p5 5 4s4s2 24p4p5 5注：價電子層中的電子并非全是價電子價電子的電離順序：npns(n-1)d(n-2)fnpns

32、(n-1)d(n-2)f價電子的填充順序：ns(n-2)f(n-1)dnpns(n-2)f(n-1)dnp練習：P P118118 13 13第74頁/共121頁2022-5-276三、原子的電子層結構和元素周期系三、原子的電子層結構和元素周期系周期周期能級組能級組能級組內各原子軌道能級組內各原子軌道元素數目元素數目1 11 1s s2 22 22 2s,2ps,2p8 83 33 3s,3ps,3p8 84 44 4s,3d,4ps,3d,4p18185 55 5s,4d,5ps,4d,5p18186 66 6s,4f,5d,6ps,4f,5d,6p32327 77 7s,5f,6d,7ps

33、,5f,6d,7p未完未完第75頁/共121頁2022-5-277周期數= =最外電子層的主量子數= =最高能級組所在的組數。2626Fe: Ar 3dFe: Ar 3d6 6 4s 4s2 2 各周期元素的數目= =相應能級組中原子軌道所能容納的電子總數。思考：為什么原子的最外層最多只有8 8個電子， 次外層最多只有1818個電子？ 1.1.原子的電子層結構與周期的關系第76頁/共121頁2022-5-2782.2.原子的電子層結構與族的關系7 7個主族（A A），7 7個副族（B B），零族，族第77頁/共121頁2022-5-279主族元素：族數= =原子最外電子層的電子數( (ns+n

34、p)=ns+np)=該族元素的最高氧化數（化合價）副族元素 B-BB-B族數=(=(n-1)d+nsn-1)d+ns的電子數 B B、B B族數= =最外層電子數nsns1-21-2 參加反應的電子除了最外層的nsns電子外，還有次外層的d d電子。第78頁/共121頁2022-5-2803.3.原子的電子層結構與元素的分區(qū)IAIAIIAIIABB VIIBVIIB、VIIIVIIIIBIB BBO OA A VIIA VIIALa 系系Ac 系系S S區(qū)d d區(qū)dsds區(qū)p p區(qū)f f區(qū)第79頁/共121頁2022-5-281第80頁/共121頁2022-5-282s s區(qū)元素：最后一個電子

35、排在s s軌道上，價電子構型為 nsns1 1 2 2，包括堿金屬和堿土金屬. .p p區(qū)元素：最后一個電子排在p p軌道上，價電子構型為nsns2 2npnp1 1 6 6，包括A A A A 和零族。d d區(qū)元素：最后一個電子排在次外層的d d軌道上，價電子構型為 ( (n-1)dn-1)d1 1 9 9nsns1 1 2 2，包括B B BB和。dsds區(qū)元素：價電子構型為( (n-1)dn-1)d1010nsns1 1 2 2，包括IBIB、B B ，它與s s區(qū)不同，它的次外層d d軌道上充滿電子。f f區(qū)元素：最后一個電子排在倒數第三層的f f軌道上，價電子構型一般為( (n-2)

36、fn-2)f1 1 1414nsns2 2，包括LaLa系和AcAc系。第81頁/共121頁2022-5-2833-3 3-3 元素基本性質的周期性 由于原子電子層結構呈現(xiàn)周期性，因此與電子層結構有關的元素的基本性質如：原子半徑、電離能、電子親合能、電負性等也呈現(xiàn)明顯的周期性。一、原子半徑 理論上，原子半徑是指最外層電子到原子核的距離。因電子的運動無固定軌道，無法測單個原子半徑，測整塊物質。第82頁/共121頁2022-5-2841.1.原子半徑的類型 原子的共價半徑：同種元素的兩個原子以共價單鍵連接時，它們核間距離的一半叫原子的共價半徑。 金屬半徑：把金屬晶體看成是由球狀的金屬原子堆積而成，

37、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。第83頁/共121頁2022-5-285共價半徑 d = 2 rd = 2 r共金屬半徑 d = 2 rd = 2 r金范德華半徑 d = 2 rd = 2 r范 范德華半徑：當兩個原子之間只靠分子間作用力相互接近時（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。第84頁/共121頁2022-5-2862.2.原子半徑的周期性第85頁/共121頁2022-5-287 同周期的主族元素, ,自左向右，元素的有效核電荷數 ，原子半徑 同周期的副族元素, ,自左向右，元素的有效核電荷數 ( ( 增大的幅度較小 ) )，

38、原子半徑 （減小的幅度比主族小得多） 同主族元素由上而下，n n （即電子層數增加），原子半徑 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，P P107107）。第86頁/共121頁2022-5-2881.定義 某元素一個基態(tài)的氣態(tài)原子失去一個電子形成正一價的氣態(tài)離子時所需要的能量叫做這種元素的第一電離能。常用符號I1表示，單位kJmol-1。 M(g)-e-M+(g) I1 ；M+(g)- e- M2+(g）I22.作用I是衡量元素金屬性的一種尺度。I越小表示元素的原子越易失電子，金屬性越強。用于說明元素通常呈現(xiàn)的價態(tài) 同一元素的電離能：

39、 I1 I2 I3 二、電離能第87頁/共121頁2022-5-289根據各級電離能差值的大小確定氧化態(tài)。P P111111第88頁/共121頁2022-5-2903.3.影響電離能大小的因素 電離能的大小主要取決于原子的核電荷、原子半徑及原子的電子層結構第89頁/共121頁2022-5-291 核電荷及原子半徑主族元素：同周期，從左到右，I I1 1增大 同族，從上到下，I I1 1減小過渡元素：I I1 1變化不大，總趨勢是從左到右I I1 1 略有增加 * * 電子層結構的影響A A 各周期末尾的稀有氣體電離能最大；B B 同周期，I I總趨勢增大，但有反常第90頁/共121頁2022-

40、5-292I I1 1（B B）I I1 1（Be) IBe) I1 1（O O）I I1 1（N) N) 2s2s2 22p2p1 1 2s 2s2 2 2s2s2 22p2p4 4 2s2s2 22p2p3 3 B B、O O等失電子后最外層軌道成為全滿、半滿或全空的結構，所需能量小。 Be Be、N N等因結構穩(wěn)定失電子難, ,故需能量高。 總之：稀有氣體（s s2 2p p6 6) )、堿土金屬( (s s2 2) )、BB元素( (d d1010s s2 2) )具有反常高的電離能。重點第91頁/共121頁2022-5-293三、電子親合能三、電子親合能1.定義 某元素的一個基態(tài)的氣

41、態(tài)原子得到一個電子形成負一價的氣態(tài)離子時所放出的能量叫做該元素的第一電子親合能。 F(g)+e-F-(g) E1=322kJmol-1; 意義：1mol氣態(tài)F原子得到1mol電子轉變?yōu)?mol氣態(tài)F-時，放出能量322kJ。 非金屬元素一般具有較大的電子親合能，E越大表示得電子傾向越大。第92頁/共121頁2022-5-2942.E2.E的正負值所代表的意義E E1 10,0,表示元素的原子得到電子時放出能量; ;E E1 10(0(如A),A),表示原子得電子時需吸收能量; ;一般E E2 20,0,說明負一價離子變成負二價離子要吸熱. .O(g)+O(g)+- -OO- -(g) E(g)

42、 E1 1=141kJ=141kJmolmol-1-1O O- -(g)+(g)+- -OO2-2-(g) E(g) E2 2=-780kJ=-780kJmolmol-1-1O(g)+2O(g)+2- -OO2-2-(g) E=-639kJ(g) E=-639kJmolmol-1-1 （吸熱）第93頁/共121頁2022-5-2953.3.電子親合能的周期性F FCICIBrBrI I E E是用來衡量元素原子得電子的難易，半徑越小，越容易得電子，E E越大。同周期從左到右，E E呈增大趨勢（放熱多）；同族從上到下E E呈減小趨勢。第94頁/共121頁2022-5-296* * 思考：解釋E

43、E1 1（O O）EE1 1(S),E(S),E1 1(F)E(F)2.0,2.0,金屬的電負性2.0.2.0.第99頁/共121頁2022-5-2101本章小結本章小結3-1 核外電子的運動狀態(tài)一、氫原子光譜和玻爾理論玻爾理論要點： 穩(wěn)定軌道；軌道能級 E=-13.6/n2(ev) ；激發(fā)態(tài)原子發(fā)光的原因 玻爾理論將量子論用于原子結構，成功地解釋了氫原子光譜是現(xiàn)狀光譜的實驗結果。但不能說明多電子原子光譜幾譜線分裂。第100頁/共121頁2022-5-2102二、微觀粒子的波粒二象性 電子等微觀離子具有波粒二象性，其運動規(guī)律可用薛定諤方程描述。 方程的解即為描述核外電子運動狀態(tài)的波函數。其空間

44、圖像是原子軌道。三、四個量子數 為了得到薛定諤方程的合理解，引進三個量子數n、l、m。一組合理的n、l、m,可確定一個原子軌道。 n、l、m、ms四個量子數可確定一個電子的運動狀態(tài)。 n、l兩個量子數可確定一個能級。 結論：同一原子中不可能有運動狀態(tài)完全相同的電子存在。 一個軌道中只能容納2個自旋相反的電子； 各電子層的軌道數=n2 各電子層電子的最大容量=2n2第101頁/共121頁2022-5-2103四、波函數與電子云的分布圖1.波函數的徑向分布與角度分布 (x、y、z)= （r、) = R（r） Y（、） 徑向部分 角度部分的徑向分布圖第102頁/共121頁2022-5-21042.2

45、.電子云的徑向與角度分布圖 徑向分布圖D D（r)-rr)-rD(r)D(r)D(r)D(r)D(r)D(r)D(r)D(r)D(r)D(r)徑向密度圖R R2 2(r)(r)r r 第103頁/共121頁2022-5-2105電子云角度分布圖Y Y2 2（,）- ,- ,3.3.電子云的總體空間分布圖象第104頁/共121頁2022-5-21063-2 3-2 核外電子的排布和元素周期系一、多電子原子的能級1.1.屏蔽效應 把其它電子對某個選定電子的排斥作用歸結為對核電荷的抵消作用，稱為屏蔽效應。2.2.鉆穿效應 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. .第105頁/

46、共121頁2022-5-2107二、原子的電子層結構和元素周期系1.原子的電子層結構與周期的關系周期數=最外電子層的主量子數=最高能級組所在的組數。各周期元素的數目=相應能級組中原子軌道所能容納的電子總數。2.原子的電子層結構與族的關系7個主族（A），7個副族（B），零族，族主族元素：族數=原子最外電子層的電子數(ns+np)=該族元素的最高氧化數（化合價）副族元素 B-B族數=(n-1)d+ns的電子數 B、B族數=最外層電子數ns1-2第106頁/共121頁2022-5-21083.原子的電子層結構與元素的分區(qū)IAIAIIAIIABB VIIBVIIB、VIIIVIIIIBIB BBO O

47、A A VIIA VIIALa 系系Ac 系系S S區(qū)d d區(qū)dsds區(qū)p p區(qū)f f區(qū)第107頁/共121頁2022-5-21093-3 元素基本性質的周期性一、原子半徑 同周期的主族元素,自左向右，元素的有效核電荷數 ，原子半徑 同周期的副族元素,自左向右，元素的有效核電荷數 ( 增大的幅度較小 )，原子半徑 （減小的幅度比主族小得多） 同主族元素由上而下，n （即電子層數增加），原子半徑 第108頁/共121頁2022-5-2110補充練習2n)n11(10289. 3)486102 .9710(103)n11(R)11(c)2()1()2()n1n1(Rc)1()n111(Rcnn1n

48、. 21211599821212221222221112 然然后后放放出出光光子子躍躍回回到到子子由由解解：基基態(tài)態(tài)氫氫原原子子吸吸收收光光第109頁/共121頁2022-5-2111-1223222-1223222*s4*s411062622s4*s4162622molkJ23.112241002. 67 . 310602. 16 .13)Cu(EmolkJ8 .39641002. 62 . 210602. 16 .13KE4s),Cu(ZKZs47 . 33 .2529ZZ3 .250 . 1101885. 0s4d3p3s3p2s21sCu2 . 28 .1619ZZ8 .160 . 1

49、10885. 0s4p3s3p2s21sK. 4 ）（電電離離能能應應金金屬屬越越活活潑潑。電電子子受受的的引引力力越越小小，相相有有效效核核電電荷荷越越小?。ê珊呻婋娮幼悠鹌鹱髯饔糜玫牡挠杏行Ш撕穗婋妼?；的的電電子子構構型型為為；的的電電子子構構型型為為第110頁/共121頁2022-5-2112)(3.303051002.66.710602.16.13)ev(42.3156.76.13)I(E6.75.4553ZZ5.4535.060.1281885.0p5s5d4Kr)(23.112241002.67.310602.16.13)ev(64.1147.36.13)Cu(E7.33.2

50、529ZZ3.250.1101885.0s4d3p3s3p2s2)(8.39641002.62.210602.16.13)ev114.442.26.13KE2.28.1619ZZ8.160.110885.0s4p3s3p2s2K.522322222p5*p5521022322222s4*s4110626222322222s4*s4162621-1-21-2molkJImolkJ1sCumolkJ1s；的的電電子子構構型型為為；的的電電子子構構型型為為（）（；的的電電子子構構型型為為課課后后習習題題第111頁/共121頁2022-5-2113課后習題6.6.1717元素 1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p5 5 ;