原子結(jié)構(gòu)以及周期系

1、關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和周期系第1頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四11 道爾頓原子論1最早的原子概念 公元前五世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家德謨克利特（Democritus）提出：“萬物都是由極小的、硬的、不可穿透的、不可分割的微粒結(jié)合起來的”。這種微粒叫“原子”意為不可再分的原始粒子。 第2頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四2基本定律（18世紀(jì)末） .質(zhì)量守恒定律（1756年俄化羅蒙諾索夫）反應(yīng)前后物質(zhì)的總質(zhì)量不變?；颉皡⒓踊瘜W(xué)反應(yīng)的全部物質(zhì)的質(zhì)量，等于反應(yīng)后的全部產(chǎn)物的質(zhì)量?！保ㄗ⒁猓篍=mc2）.定比（組成）定律：（1779年法化普魯斯特）一種純凈的化合物不論

2、來源如何，各組份元素的質(zhì)量都有一定的比例。如H2O，氫和氧的質(zhì)量比總是1:8。.倍比定律：（1803年英道爾頓）當(dāng)甲、乙兩種元素相互化合生成兩種或兩種以上化合物時(shí)，則在這些化合物中，與同一質(zhì)量甲元素相化合的乙元素的質(zhì)量互成簡(jiǎn)單整數(shù)比。第3頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四3道爾頓原子論要點(diǎn)：（1803 Dalton） .一切物質(zhì)由稱為原子的不可再分割，不可毀滅的最小微粒構(gòu)成；.同種原子完全相同（質(zhì)量、形狀、性質(zhì)），不同種原子則不同；.每一種物質(zhì)都由它自己的原子組成，單質(zhì)由簡(jiǎn)單原子組成，化合物由復(fù)雜原子（由不同元素的原子結(jié)合而成，今天稱“分子”）組成。該理論應(yīng)用了近一個(gè)世

3、紀(jì)。 第4頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四4湯姆遜原子模型（浸入模型 1898 1903） 當(dāng)人們由陰極射線發(fā)現(xiàn)電子帶電荷后，湯姆遜發(fā)現(xiàn)：用什么金屬做陰極，電子的荷質(zhì)比（1.7591011庫(kù)/千克）e/m是不變的。因此，他確認(rèn)，所有電子都是相同的微粒，所有的物質(zhì)均含有電子。根據(jù)所有原子都有電子的認(rèn)識(shí)，1898年湯提出一原子模型，把當(dāng)時(shí)已知的原子的組份都顯示出來。幾年后，經(jīng)反復(fù)推敲，他提出，電子浸于“均勻分布的正電性球體”的原子模型。進(jìn)而，他又提出電子以同心殼層排布以及各種原子的電子排布不同。 湯姆遜的原子模型還沒有來得及仔細(xì)加工，就被盧瑟夫（ERutherford.

4、英）及其學(xué)生的一系列實(shí)驗(yàn)所推翻。 第5頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四5帶核的原子模型（盧瑟夫ERutherford. 1911） 電子是原子的一個(gè)組成部分，且電子帶負(fù)電荷已很清楚。而整個(gè)原子是中性的，這說明還存在帶正電的部分。這部分結(jié)構(gòu)如何呢？發(fā)展原子結(jié)構(gòu)的又一個(gè)重大的突破來自1911年盧瑟夫的實(shí)驗(yàn)室。 他讓從釙發(fā)出的粒子經(jīng)過一個(gè)狹縫射向一張非常薄的金屬片，如金箔。粒子打其會(huì)有何現(xiàn)象？實(shí)驗(yàn)者們從前后左右每一個(gè)側(cè)面各個(gè)角度進(jìn)行？用熒光屏探測(cè)粒子方向改變（散射）的程度。第6頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四第7頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20

5、日，2點(diǎn)44分，星期四他們發(fā)現(xiàn)：絕大多數(shù)粒子通過金箔時(shí)，方向不變，即直線前進(jìn)，只有少數(shù)發(fā)生輕微偏折（約萬分之一），不可思議的是，更有個(gè)別粒子以90度或更大的角度偏折回來?！坝檬謽屜蛞黄〖埰_火，子彈竟然反射回來?yè)糁辛俗约海　苯忉專捍蠖鄶?shù)粒子穿過原子本身，至于少數(shù)激烈偏轉(zhuǎn)的粒子，必定是粒子與原子中帶電部分相互作用而引起的，但這帶電部分未必是電子，因?yàn)榱Ｗ拥馁|(zhì)量比電子約大7400倍，故粒子與電子碰撞時(shí)，不能使粒子運(yùn)動(dòng)的方向明顯改變，即不可能引起很大的偏轉(zhuǎn)。結(jié)論：每一個(gè)原子都含有一個(gè)非常小的、密實(shí)的、帶有全部正電荷的核。上述個(gè)別粒子的較大偏折，就是由一個(gè)金屬原子的帶正電荷的很小核引起的。且算出了核

6、的半徑小于31012厘米。 第8頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四盧瑟夫原子模型 正電荷密集在一個(gè)很小的、堅(jiān)實(shí)的叫做原子核的區(qū)域內(nèi)，核外有若干電子圍繞核作變速軌跡運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得原子核很小，直徑數(shù)量級(jí)約為10-13cm。約為原子直徑（10-8cm）的萬分之一。核與電子間十分敞空。并存電場(chǎng)把核與電子束縛在一起，形成相對(duì)穩(wěn)定的原子。原子核所帶的正電量與核外電子所帶的負(fù)電總量相等，整個(gè)原子呈電中性。由于電子質(zhì)量很小，所以原子的質(zhì)量幾乎全部集中在核上。 這個(gè)帶核的原子模型也稱為行星式模型或“小太陽(yáng)系”原子模型。人類認(rèn)識(shí)微觀世界的一個(gè)重要里程碑。 第9頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5

7、月20日，2點(diǎn)44分，星期四12相對(duì)原子質(zhì)量(原子量) 21 元素、原子序素和元素符號(hào) 1. 元素 英國(guó)化學(xué)家波義耳于1661年提出：一切物質(zhì)由元素組成，元素是不能再分的最簡(jiǎn)單的物質(zhì)，它的種類比較多。元素是原子核里質(zhì)子數(shù)（核電荷數(shù)）相同的一類原子的總稱。本質(zhì)：質(zhì)子數(shù)！同種原子的原子核中，所含的質(zhì)子數(shù)目是一樣的，但中子數(shù)可以不同。由同種元素組成的物質(zhì)稱單質(zhì)：O2、Fe、C由不同種元素組成的物質(zhì)叫化合物：H2O、NaOH O16、O17、O18為同一元素，但卻是不同的原子。 第10頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四2.原子序數(shù) 按元素的核電荷數(shù)進(jìn)行排序，所得的序號(hào)叫原子序數(shù)

8、。 3.元素符號(hào) 22 核素、同位素和同位素豐度 1核素： 具有一定數(shù)目的質(zhì)子數(shù)和一定數(shù)目的中子的一種原子稱為核素。 如：12C：碳12核素；13C：碳13核素。多核素元素：具有多種核素的元素稱多核素元素。單一核素元素： 具有一種核素的元素稱單一核素元素。 2311Na第11頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四2同位素質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的 不同原子互稱同位素 穩(wěn)定性同位素，約3000多種；放射性同位素，約3000種左右；人工放射性同位素，約1000多種。同量異位素：核子數(shù)相同而質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)不同的原子（的總稱）。（同量素：質(zhì)量數(shù)相同質(zhì)子數(shù)不同，分屬于不同元素

9、的幾種原子互稱同量素。）3616S與3618Ar，6529Cu與6530Zn。同中素：具有一定中子數(shù)的原子（的總稱）。3. 同位素豐度 某元素的各種天然同位素的分?jǐn)?shù)組成（原子百分比）稱為同位素豐度。 第12頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四23 原子的質(zhì)量m 原子質(zhì)量某核素的一個(gè)原子的質(zhì)量稱為該核素 的原子質(zhì)量，簡(jiǎn)稱原子質(zhì)量。 由于構(gòu)成原子的質(zhì)子、中子和電子質(zhì)量均很小，因而一個(gè)原子的質(zhì)量很?。?質(zhì)子的靜止質(zhì)量為1.67264910-24g 中子的靜止質(zhì)量為1.67495410-24g 電子的靜止質(zhì)量為9.10953710-28g 一個(gè)原子的質(zhì)量不等于構(gòu)成它的質(zhì)子和中子的

10、質(zhì)量的簡(jiǎn)單加和（電子的質(zhì)量太小可忽略不計(jì)）。差值被稱為質(zhì)量虧損，等于核子結(jié)合成原子釋放出來的能量結(jié)合能。第13頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四原子質(zhì)量的單位 1973年國(guó)際計(jì)量局規(guī)定一個(gè)12C核素原子質(zhì)量的1/12為“統(tǒng)一的原子質(zhì)量單位”。用“”表示。1.660565510-27Kg 則12C的原子質(zhì)量等于12(121.660565510-27Kg) 平均原子質(zhì)量可以通過質(zhì)譜儀所測(cè)定的各核素的原子質(zhì)量及其在自然界的豐度而計(jì)算出來。如氧元素有三種同位素： 核素 原子質(zhì)量 豐度 16O 15.994915u 99.759 17O 16.999133u 0.037 18O

11、17.99916 u 0.204故氧的平均原子質(zhì)量為： 15.994915u99.75916.999133u0.037+17.99916 u0.20415.9994 u 第14頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四13原子的起源和演化(自學(xué)) 14原子結(jié)構(gòu)的玻爾行星模型 41 氫原子光譜 連續(xù)光譜(continuous spectrum)第15頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四連續(xù)光譜(continuous spectrum)-彩虹第16頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四 電磁波連續(xù)光譜第17頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月2

12、0日，2點(diǎn)44分，星期四氫原子光譜（原子發(fā)射光譜） (line spectrum)在高能條件下，原子受到激發(fā)，也可發(fā)光。高能量：火焰、電弧、高壓電等。原子發(fā)射的光只具有某些特定的波長(zhǎng)，用棱鏡分開后，得到了不連續(xù)的線狀光譜。是由原子本身產(chǎn)生的，故叫原子光譜。 裝有低壓氫H2(g)的放電管，高壓放電發(fā)出紫外光和可見光 三棱鏡 不連續(xù)的線狀光譜第18頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四 連續(xù)光譜和原子發(fā)射光譜（從上到下）氫、氦、鋰、鈉、鋇、汞、氖的發(fā)射光譜第19頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四氫原子光譜 譜線 H H H H H 編號(hào)（n） 1 2 3

13、 4 5波長(zhǎng)nm 656.279 486.133 434.048 410.175 397.009 1883年，巴耳末經(jīng)過研究得出經(jīng)驗(yàn)方程： （1-1） 第20頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四從紫外區(qū)到紅外區(qū)有多條分立的具有特征頻率的譜線，這些譜線均可用里德堡（Rydberg）公式表示： 里德堡常數(shù)：H1.09677107m1 且：n2n1H.2891015S1 光速：c2.9988108mS1 巴耳末系：n12 n23、4、5可見光區(qū)的五條譜線賴 曼 系: n11 n22、3、4派 興 系：n13 n24、5、6（1-2） （1-2 ） 第21頁(yè)，共111頁(yè)，2022

14、年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四經(jīng)典電磁理論不能解釋氫原子光譜對(duì)于n1、n2 的意義，里德堡無法給予解釋。至此，經(jīng)典理論在原子結(jié)構(gòu)問題上遇到了不可克服的困難。首先，經(jīng)典理論不能建立一個(gè)穩(wěn)定的原子模型。如果一個(gè)電子的力學(xué)行為象行星的話，根據(jù)經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)，電子環(huán)繞原子核的運(yùn)動(dòng)是加速運(yùn)動(dòng)，因而不斷以輻射的方式發(fā)射出能量，電子運(yùn)動(dòng)軌道的曲率半徑也就不斷減小，電子最后將螺旋式地墜入原子核。此外，加速電子所產(chǎn)生的輻射，其頻率是連續(xù)分布的，這與原子光譜是分立的譜線的事實(shí)不符。不能解釋里德堡公式反映的光譜的規(guī)律性。事實(shí)說不能依據(jù)經(jīng)典理論來建立原子模型。 第22頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44

15、分，星期四42玻爾理論（丹麥物理學(xué)家Beall 1913）理論基礎(chǔ)：光子學(xué)說（A.Einstein 1908）帶核的原子模型（盧瑟夫 ERutherford. 1911）量子論（M.Plack 1900）第23頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四42玻爾理論（Beall 1913） 普朗克（Plank）“量子論”：為了解決“黑體輻射”問題。Plank在1900年首先引進(jìn)了“量子”概念。“任何一輻射物體（原子）不能連續(xù)吸收或發(fā)射能量，而是以一不連續(xù)的量一份一份地吸收或者發(fā)射輻射能。每一份不連續(xù)的量稱為量子?！蹦澄锢砹空麛?shù)倍變化，則說它不連續(xù)、“量子化”。在微觀世界中：核電荷

16、、電子數(shù)、是量子化變化的。 Plank的假設(shè)動(dòng)搖了經(jīng)典理論的基礎(chǔ)，遭到經(jīng)典論者的猛烈攻擊。此關(guān)鍵時(shí)刻，愛因斯坦站出來支持了他，提出： E光子能量 頻率 普朗克常數(shù)：6.6251034JS-1第24頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四玻爾理論要點(diǎn)： 玻爾在Plank量子力學(xué)的基礎(chǔ)上，提出了玻爾理論。要點(diǎn)如下：行星模型：玻爾假定，氫原子核外的電子是處在一定的線性軌道上繞核運(yùn)行的，正如太陽(yáng)系中的行星繞太陽(yáng)運(yùn)行一樣。定態(tài)假設(shè)：電子取一定穩(wěn)定軌道繞核運(yùn)動(dòng)。在此軌道上運(yùn)動(dòng)的電子即不放出能量也不吸收能量。處于一定軌道上的電子，能量一定，“定態(tài)”；電子處于最低能量的軌跡上叫“基態(tài)”，處于

17、能量校高的軌道上稱“激發(fā)態(tài)”。第25頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四量子化條件 電子所處軌道不是任意的，是不連續(xù)的，而是滿足量子化條件，角動(dòng)量（Lmvr）等于 整數(shù)倍。( )n1，2，3，4，5，圓形軌道時(shí)： m電子質(zhì)量 v電子速度 r軌道半徑 h普朗克常數(shù) 第26頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四加上其它條件，可求出氫原子核外軌道的能量公式： (ev)或： （J） r52.9 pm n1、2、3正整數(shù)當(dāng)氫原子處于基態(tài)時(shí)：n1 ： E12.1791018 J 13.6 ev r52.9 pm 稱玻爾半徑。n2 : E22.1791018/225

18、.4881019 J 3.4 evn3 : E32.1791018/322.4211019 J 1.51 ev第27頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四頻率規(guī)則 當(dāng)一個(gè)電子從一個(gè)軌道跳到另一個(gè)軌道中去時(shí)，該躍遷就伴隨著吸收或放出一定的能量，這個(gè)能量數(shù)值等于兩個(gè)軌道之間的能量差?；?態(tài) 激發(fā)態(tài) 激發(fā)態(tài) 基 態(tài) E2E1E如由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)發(fā)射的光子頻率為： 第28頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四 里德堡方程的一種形式。 其中： R2.1791018 J (13.6 ev)又 第29頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四即得里德

19、堡方程: H3.2891015周波秒 玻爾理論可以完滿地解釋氫原子光譜，指出里德堡公式中n1、n2代表了電子的不同能級(jí)，稱量子數(shù)。電子處于n1的能級(jí)上時(shí)，為基態(tài)，是最穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)電子受到激發(fā)后，躍遷到n值較大的軌道上，n2、3、4為不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)，當(dāng)電子跳回到能量較低的軌跡上來時(shí)，放出單色光h: EEn初En末h第30頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四 當(dāng)時(shí)尚未發(fā)現(xiàn)紫外光區(qū)有譜線，玻爾依自己的理論預(yù)言到：“如令n1我們得到線系它在紫外區(qū)它未被觀察到，但它的存在是可以推測(cè)到的?！辈査A(yù)言的這一紫外線系在1915年為賴曼發(fā)現(xiàn)，從而使這一理論成功。 n1=1，n22、3、4

20、紫外光區(qū),為拉曼系。 n1=2，n23、4、5可見光區(qū)，為巴爾麥系。 n1=3，n24、5、6紅外光區(qū)，為帕邢系。 n1=4，n25、6、7遠(yuǎn)紅外光區(qū)，為布拉開系 n1=5，n26、7、8遠(yuǎn)紅外光區(qū)，為普芬德系 n值越大，電子離核越遠(yuǎn)，所處能級(jí)越高。玻爾理論的最大貢獻(xiàn)，在于提出了能級(jí)的概念，他為此而獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，他還通過對(duì)氫原子結(jié)構(gòu)、氫光譜、類氫離子（Li2、He）的成功解釋，使“量子”概念深入人心。第31頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四氫原子光譜第32頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四氫原子光譜與能量第33頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月2

21、0日，2點(diǎn)44分，星期四玻爾理論缺點(diǎn)：對(duì)多電子體系（原子）無能為力，對(duì)僅有兩個(gè)電子的He光譜解釋也誤差較大，對(duì)復(fù)雜體系的計(jì)算結(jié)果誤差之大，令人難以容忍。對(duì)氫光譜中每一條光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)無法解釋。最終導(dǎo)致了該理論的失敗。主要原因：沒有完全脫離經(jīng)典物理學(xué)的觀點(diǎn)，雖然引入了一些量子化條件，但仍然把微觀粒子看作是經(jīng)典力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)，從而把經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律用在微觀粒子上。直到1924年，de Broglie 揭示了微觀粒子具有根本不同于宏觀質(zhì)點(diǎn)的性質(zhì)波粒二象性后，一個(gè)完整的描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論量子力學(xué)才逐步建立起來。第34頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四15氫原子結(jié)構(gòu)（核外電子

22、運(yùn)動(dòng)）的量子力學(xué)模型 微觀體系屬性主要有兩個(gè)方面： 具有波粒二象性； 滿足測(cè)不準(zhǔn)原理。51 波粒二象性物理上詳盡地描述了宏觀物體。如行星、子彈、球類等。其運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出：具有體積、質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)軌道等，體現(xiàn)了粒子性物體的特有性質(zhì)。而聲波、電磁波，可用波長(zhǎng)、頻率、周期等性質(zhì)來描述，體現(xiàn)了波動(dòng)性波的特有性質(zhì)。經(jīng)典物理學(xué)視其彼此獨(dú)立。隨科學(xué)發(fā)展，發(fā)現(xiàn)對(duì)微觀體系，波粒之間的界限很模糊，無論是光子、還是電子，皆會(huì)呈現(xiàn)出波粒二象性。 “在不同條件下可分別表現(xiàn)出波動(dòng)性和粒子性的現(xiàn)象，稱為波粒二象性。”波粒二象性是微觀粒子的基本屬性之一。 第35頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四光：波粒二象性

23、A：粒子性：主要表現(xiàn)在光可產(chǎn)生光電效應(yīng) 把光看作是微粒（光子）時(shí)則可解釋：h能量子（光子）撞擊金屬時(shí)，把能量轉(zhuǎn)移給電子，一部分克服電子與金屬的吸引能，另一部分轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮拥膭?dòng)能： h 1/2 mv2 光子能量 吸引能 電子動(dòng)能當(dāng)把 h0 時(shí)： hh01/2 mv2光子的動(dòng)量(P= mc)與波長(zhǎng)成反比： B: 波動(dòng)性：光可產(chǎn)生干涉。光還可發(fā)生衍射（繞射），可繞過小于波長(zhǎng)的障礙物和光柵。 第36頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四52德布羅意（de Broglie）關(guān)系式 1924年，de Broglie 在光有波粒二象性的啟示下，大膽提出了微觀粒子也具有波粒二象性的假說。他認(rèn)

24、為在對(duì)光的研究上，重視了光的波動(dòng)性而忽略了微粒性。但對(duì)實(shí)體的研究上，則過分重視了粒子性而忽略了波動(dòng)性。對(duì)質(zhì)量為m、運(yùn)動(dòng)速度為v的粒子，其波長(zhǎng)可以由下式求出： 動(dòng)量 pmv （A）de Broglie關(guān)系式當(dāng)粒子為電子時(shí)，是電子的波長(zhǎng)，表明波動(dòng)性，左邊是電子的動(dòng)量p，代表粒子性，通過h把電子的粒子性和波動(dòng)性定量地聯(lián)系起來了電子的波粒二象性。 第37頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四例：分別求：質(zhì)量10g、以800m.s-1飛行的子彈的運(yùn)動(dòng)波長(zhǎng)；質(zhì)量9.1110-31Kg、以106m.s-1運(yùn)動(dòng)的電子所產(chǎn)生的波長(zhǎng)。 解： 子彈h/(mv) 6.631034/(0.01800

25、) 8.291035 （m） 電子h/(mv) 6.631034/(9.111031106) 7.281010 （m） 728 （pm） 德布羅意假說的正確性，在1927年為戴維森（Davisson）和革爾麥（Germer）所做的電子衍射實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。當(dāng)一束已知能量的電子穿過金屬箔或晶體粉末時(shí)，得到了與x射線相似的衍射圖樣。 第38頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四感光屏幕薄晶體片電子槍 電子衍射實(shí)驗(yàn)示意圖用電子槍發(fā)射高速電子通過薄晶體片射擊感光熒屏，得到明暗相間的環(huán)紋，類似于光波的衍射環(huán)紋。從而證明了微觀粒子均具有波粒二象性。 電子束衍射環(huán)紋第39頁(yè)，共111頁(yè)，202

26、2年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四實(shí)物顆粒的質(zhì)量、速度與波長(zhǎng)的關(guān)系實(shí)物質(zhì)量m/kg速度v/(m.s-1)波長(zhǎng)/pm1V電壓加速的電子9.110-315.91051200100V電壓加速電子9.110-315.91061201000V電壓加速的電子9.110-311.91073710000V電壓加速電子9.110-315.910712He原子（300K）6.610-271.410372Xe原子（300K）2.310-252.410212壘球2.010-1301.110-22槍彈1.010-21.01036.610-23第40頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四電子衍射實(shí)驗(yàn)

27、 早期電子衍射照片（金箔）第41頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四53不確定（測(cè)不準(zhǔn)）原理（1927德物Heisenberg） 測(cè)不準(zhǔn)原理：對(duì)微觀體系粒子，不能同時(shí)而又準(zhǔn)確地測(cè)量其位置和速度： xp h xp h 測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系式xx方向上位置偏差（不準(zhǔn)量）px方向上動(dòng)量偏差（不準(zhǔn)量）hPlanck 常數(shù) 6.6251034JS-1 當(dāng)x0時(shí)，位置測(cè)準(zhǔn)確時(shí)，px很大，速度測(cè)不準(zhǔn)；當(dāng)p0時(shí)，速度測(cè)準(zhǔn)確時(shí)，x很大，位置測(cè)不準(zhǔn)。這樣，對(duì)于像電子這樣的微觀體系，則不能用經(jīng)典的“軌道”來描述。對(duì)于宏觀物體，測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系照樣適用，只是實(shí)際上起不了什么作用。第42頁(yè)，共111頁(yè)，2022年

28、，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四54核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述 由于微觀體系具有波粒二象性和滿足測(cè)不準(zhǔn)原理，所以，經(jīng)典力學(xué)運(yùn)動(dòng)軌道的概念在微觀世界中也就不復(fù)存在了。1925年以來，海森堡、薛定諤創(chuàng)立了“量子力學(xué)”（波動(dòng)力學(xué)），完全擺脫了經(jīng)典物理學(xué)的束縛。 奧地利物理學(xué)家.Schrdinger第43頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四一波函數(shù)和四個(gè)量子數(shù)1波函數(shù)（） 電子具有波粒二象性，描述電子運(yùn)動(dòng)的波可用三維波。對(duì)于核外運(yùn)動(dòng)的電子，1926年奧地利物理學(xué)家薛定諤提出了一個(gè)將電子波動(dòng)性和其能量聯(lián)系起來的方程式： m質(zhì)量（粒子、電子） V勢(shì)能 E粒子總能量（動(dòng)勢(shì)） 方程意義：在原

29、子體系中，任一電子在勢(shì)能為V的勢(shì)場(chǎng)中（原子體系）運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可由薛定諤方程描述，此方程的每一個(gè)合理解代表了該電子的一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，與解相聯(lián)系的能量E，代表了該電子處于這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的能量。 第44頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四 將三維直角坐標(biāo)系變換成球坐標(biāo)系，然后求解之。r OP 的長(zhǎng)度 （ 0 ） OP 與 z 軸的夾角 （ 0 ） OP 在 xoy 平面內(nèi)的投影 OP 與 x 軸的夾角 （ 0 2 ）P 為空間一點(diǎn) 根據(jù) r， 的定義，有 x = r sin cos y = r sin sin z = r cos r2 = x2 + y2 + z2 將直角坐標(biāo)三

30、變量 x，y，z 變換成球坐標(biāo)三變量 r， 。yzxoPPr第45頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四解上述偏微分方程，可得： 空間波函數(shù) 徑向部分 角度部分 1.E1, 2.E2,n.En合理解滿足：?jiǎn)沃担涸诳臻g任一處（x,y,z）只有一個(gè)值；連續(xù)：隨x.y.z的變化是連續(xù)的，而不是間斷的；有限：在空間任一處（x,y,z）的值是確定的；歸一化： 即電子出現(xiàn)的總幾率100。為了得到電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)合理的解，必須引入只能取某些整數(shù)值的三個(gè)參數(shù)，稱它們?yōu)榱孔訑?shù)。第46頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四2四個(gè)量子數(shù) 電子在核外運(yùn)動(dòng)不任意，只能取一定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

31、，為了確定這一定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，需要引入四個(gè)量子數(shù)，換句話說，四個(gè)量子數(shù)的一組值，才可確定某一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，亦即一條原子軌道。反過來，一條原子軌道可用四個(gè)量子數(shù)來確定。四個(gè)量子數(shù)： n l m ms 主量子數(shù) 角量子數(shù) 磁量子數(shù) 自旋量子數(shù) 合理解Schr方程所必須引入 實(shí)驗(yàn),理論的需要量子數(shù)是表征微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一些特定數(shù)字，只能不連續(xù)地、跳躍式的變化。第47頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四主量子數(shù)n：表示電子出現(xiàn)幾率最大地方離核的遠(yuǎn)近；是決定電子能量狀態(tài)的主要因素。取值： n、正整數(shù)符號(hào)：、代表電子層n值越大，則代表電子在離核較遠(yuǎn)的地方出現(xiàn)幾率大；n值越小，則代表電子

32、在離核較近的地方出現(xiàn)幾率大。n值越大，則表示電子所處狀態(tài)的能量越高，反之則反。代表電子層：n不同，代表了不同的電子層。 對(duì)氫原子，電子的能量完全由n決定： 或n能量最低“基態(tài)”；能量較高“激發(fā)態(tài)”。 第48頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四角量子數(shù)（副量子數(shù)）確定原子軌道的形狀（描述電子在空間某角度的幾率分布或確定電子云的形狀）并和主量子數(shù)一起決定電子的能量（多電子體系中）。 決定電子角動(dòng)量的大小，角動(dòng)量越大，越大。確定電子亞層： 當(dāng)值一定時(shí)，只能取小于的正整數(shù)：共取 個(gè)值：、（1）光學(xué)能級(jí)符號(hào)：、n取值 l 取值 亞層能級(jí) n1 n2 n3 l0 1s態(tài) l0 2s態(tài)

33、 l1 2p態(tài) l0 3s態(tài) l1 3p態(tài) l2 3d態(tài) 1個(gè)能級(jí) 2個(gè)能級(jí) 3個(gè)能級(jí) 第49頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四磁量子數(shù)m 磁量子數(shù)m決定原子軌道在空間的取向 在外磁場(chǎng)或電場(chǎng)作用下，也參與決定能量。某種形狀的原子軌道，可以在空間有不同的伸展方向，從而得到幾個(gè)空間不同的原子軌道。這是根據(jù)線狀光譜在磁場(chǎng)中還可分裂，顯示出微小的能量差別所得出的結(jié)果。m的取值受l的限制： m，l共可取l1個(gè)值。 l m 空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù) 0 0 軌道，一種 11 0 1 軌道，三種 22 1 0 1 2 軌道，五種 33 2 1 0 1 2 3 軌道，七種 第50頁(yè)，共111頁(yè)，

34、2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四4f，m應(yīng)有七個(gè)值，即有7種取向，7個(gè)軌道?！暗葍r(jià)軌道”或“簡(jiǎn)并軌道”： n、l相同，m不同的軌道?！昂?jiǎn)并度”： 3p：3個(gè)軌道，簡(jiǎn)并度為3；簡(jiǎn)并軌道的多少 3d：5個(gè)軌道，簡(jiǎn)并度為5； 4f：7個(gè)軌道，簡(jiǎn)并度為7第n電子層上共有n2個(gè)軌道。這三個(gè)量子數(shù)n、l、m可以決定電子所處的軌道。 第51頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四自旋量子數(shù)ms 通過進(jìn)行原子光譜的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)磁場(chǎng)存在下,大多數(shù)譜線由兩條靠得很近的譜線組成的,說明核外電子除了取一定的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)外,本身還有自旋,故需引入這第四個(gè)量子數(shù)ms。取值： ms： 12 ，

35、 12符號(hào)： 代表電子只有兩種自旋方向，即順時(shí)針和逆時(shí)針方向。由于四個(gè)量子數(shù)決定一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)前三個(gè)量子數(shù)一樣時(shí)，第四個(gè)量子數(shù)必然不同。所以，每個(gè)軌道只能容納兩個(gè)自旋方向相反的電子。 故每一電子層上可容納的電子數(shù)最多為2n2 。 第52頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四例1：1s電子的量子數(shù)各為多少？解：1s：ns12例：n？1s12解：n，、1,而只有1時(shí)，才有1。四個(gè)量子數(shù)可以完全決定一個(gè)電子在核外的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 第53頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四二波函數(shù)的徑向部分和角度部分 徑向部分 角度部分 例：當(dāng)n=1、l=0、=: 當(dāng)n,

36、 l 、（規(guī)定為軸方向）和時(shí)： 常數(shù)C R(r) Y(、) 第54頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四1波函數(shù)角度部分圖示 波函數(shù)的角度部分圖示又稱原子軌道的角度分布圖。波函數(shù)角度部分的形式，不但決定原子軌道的形狀，而且對(duì)成鍵的方向性起決定作用，需特別注意。把波函數(shù)的角度部分用圖形表示出來，稱為角度分布圖。 有正負(fù)之分。波函數(shù)的角度部分圖與主量子數(shù)無關(guān)。 Y2pzCcos 第55頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四Z / cos cos2 0 1.00 1.00 15 0.97 0.93 30 0.87 0.75 45 0.71 0.50 60 0.

37、50 0.25 90 0.00 0.00120 0.50 0.25135 0.71 0.50150 0.87 0.75165 0.97 0.93180 1.00 1.00波函數(shù)的角度分布圖第56頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四s、p軌道的角度分布圖z+xszx+pxzy+pyzpzx+第57頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四yxdxyzxdxzzydyzzxdz2yxdx2-y2d軌道角度分布圖第58頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四三幾率密度和電子云 1電子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)解釋 解薛定諤方程可得描述電子運(yùn)動(dòng)的波函數(shù),每一個(gè)i

38、、Ei表示了電子的一個(gè)“定態(tài)”，即一個(gè)“軌道”。 第59頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四三幾率密度和電子云 1電子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)解釋 電子運(yùn)動(dòng)測(cè)不準(zhǔn)，故電子在何處運(yùn)動(dòng)無多大意義。幾率密度： |2，幾率： 電子波動(dòng)性只有通過其微粒性的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來得到說明: d=|2d 電子云|2的大小表示電子在核外空間（ r,）處出現(xiàn)的幾率密度，可以形象地用一些小黑點(diǎn)在核外空間分布的疏密程度來表示，這種圖形稱為“電子云” 。 “電子云是電子在核外空間出現(xiàn)幾率密度分布的形象化表示?！?第60頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四三幾率密度和電子云 2電子云的角度分布和徑向分

39、布 .電子云的角度分布 當(dāng)Y2(、)對(duì)、作圖時(shí)，則得到電子云角度分布圖，可表示同一球面上各點(diǎn)幾率密度的相對(duì)大小。與原子軌道的角度分布圖Y不同，Y2都是正號(hào)，沒有負(fù)量。它并非電子云的實(shí)際形狀，因?yàn)殡娮釉茷椋旱?1頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四電子云的角度分布第62頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四第63頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四.幾率的徑向分布 指電子在原子核外距離為r的一薄層球殼中出現(xiàn)的幾率隨半徑r變化時(shí)的分布情況。常用徑向分布函數(shù)D(r)來描述： D(r)4r2R2(r)D(r)的物理意義：D(r)d代表在半

40、徑rdr的兩個(gè)球殼夾層內(nèi)找到電子的幾率。第64頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四最大幾率峰：1s：ra053pm 離核近2s：ra0 離核遠(yuǎn)峰數(shù)nl第65頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四16. 基態(tài)原子電子組態(tài)（電子排布）61構(gòu)造原理一屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng) 1屏蔽效應(yīng) 每個(gè)在核外運(yùn)動(dòng)的、處于一定能極軌道上的電子均有一定的能量，其每個(gè)電子具有的能量可由下式來確定： Z*有效核電荷。對(duì)單電子的體系，如氫原子：H：Z*Z1，相應(yīng)的能量為： 即： 第66頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四1屏蔽效應(yīng) 對(duì)多電子原子，Z*Z 。例如：L

41、i原子：Z3. 1s2.2s1 屏蔽效應(yīng)(在多電子體系中)，由于電子間的相互排斥作用，使得原子核對(duì)外層電子吸引力減弱的作用，叫做屏蔽效應(yīng)。 Z*（Z）屏蔽常數(shù)，即電子作用低消的那一部分核電荷。對(duì)Li 2s1. 20.851.7 Z*（31.7）1.3 。的大小，即不但與n有關(guān)，也與l有關(guān)，所以我們前面說過，電子的能量或原子軌道的能量由n和l共同決定。屏蔽常數(shù)可由原子光譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)出來。 第67頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四1屏蔽效應(yīng) 估算的斯萊特(Slater.J.C)規(guī)則：.將電子按內(nèi)外次序分組：1s；2s,2p；3s,3p；3d；4s,4p；4d；4f；5s,

42、5p；5d,5f等。.外層電子對(duì)內(nèi)層電子沒有屏蔽作用，各組0。.同一組，0.35(但1s,0.3)。.(n-1)組對(duì)ns、np的0.85；對(duì)nd、nf的1.00。.更內(nèi)各族1.00。第68頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四1屏蔽效應(yīng) n不同，l相同時(shí)，n越大，E越高： EK EL EM EN 如： E1sE2sE3sE4s E2pE3pE4pE5p這是因?yàn)閚越大，電子離核平均距離越遠(yuǎn)，其它電子對(duì)它的屏蔽作用越大，即越大，E負(fù)值越小。n相同，l不同時(shí)，l越大，E越高： EnsEnpEndEnf如n3： E3sE3pE3d主量子數(shù)n相同時(shí)，電子離核平均距離相同，為何能量不同

43、呢？這與電子的鉆穿效應(yīng)有關(guān)。 第69頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四2鉆穿效應(yīng)（穿透效應(yīng)）3個(gè)峰2個(gè)峰1個(gè)峰鉆穿效應(yīng)實(shí)質(zhì)上是討論s、p、d、f等的經(jīng)向分布不同而引起的能量效應(yīng)。 第70頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四2鉆穿效應(yīng)（穿透效應(yīng)）穿透性外層電子通過內(nèi)層電子的屏蔽而接近于原子核，使原子核對(duì)該電子的引力加強(qiáng)作用稱為穿透性.鉆穿效應(yīng)由于角量子數(shù)l不同，幾率經(jīng)向分布不同，電子鉆到核附近的幾率不同，因而能量不同的現(xiàn)象，稱為鉆穿效應(yīng)。解釋n同，l不同時(shí)軌道能量的高低。如上討論。解釋n、l不同時(shí)軌道能級(jí)交錯(cuò)的現(xiàn)象。 事實(shí)： E4sE3d 第四周期K

44、、Ca等。 E6sE4fE5d 等等。第71頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四二構(gòu)造原理圖 隨核電荷數(shù)增加，大多數(shù)元素的電中性基態(tài)原子的電子按特定順序填入核外電子運(yùn)動(dòng)軌道，叫作構(gòu)造原理（aufbau principle）。 Pauling 原子軌道近似能級(jí)圖能級(jí)圖按能量高低排列。能級(jí)組之間的能量差大，能級(jí)組內(nèi)能量差小。能量相同的稱簡(jiǎn)并（等價(jià)）軌道，p軌道三重簡(jiǎn)并，d軌道5重簡(jiǎn)并；f軌道7重簡(jiǎn)并；角量子數(shù)相同，主量子數(shù)越大，能量越高；主量子數(shù)相同，角量子數(shù)越大，能量越高（能級(jí)分裂）；主量子數(shù)和角量子數(shù)不同，能量次序復(fù)雜（能量交錯(cuò)）E4s E3d E4P； E5s E4d

45、E5p； E6s E4f E5d E6p第72頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四Pauling近似能級(jí)圖第73頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四徐光憲 （n0.7l）規(guī)則 ： 其（n0.7l）值越大，軌道能量越高，反之則反。 能級(jí)組把能量接近的能級(jí)分為一組，稱為“能級(jí)組”。各能級(jí)組的整數(shù)部分值相同，且此值為幾，則稱為第幾能級(jí)組?？煞譃?個(gè)能級(jí)組。 ns.(n-2)f.(n-1)d.np注意：.原子已填充后，能級(jí)與上不同。已填充后，中性原子“能級(jí)交錯(cuò)”現(xiàn)象不復(fù)存在。即恢復(fù)正常。如 26Fe. 1s22s22p63s23p63d64s2 填充時(shí)：E3

46、dE4s 填充后：E3dE4s 當(dāng)Fe變?yōu)殡x子時(shí)，先失去4s電子，而非3d電子。 .對(duì)多電子原子來說，處于較深的內(nèi)層電子也不存在“能級(jí)交錯(cuò)”現(xiàn)象。 第74頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四 IA-IIA IIIA-VIIIA IIIB-VIIIB La系 周期 IB-IIB Ac系76543214f1s2s3s4s5s6s7s2p3p4p5p6p7p6d5d4d3d5f核外電子填充順序圖第75頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四電子填充順序示意圖第76頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四三、核外電子排布規(guī)則1能量最低原理 電子

47、在原子軌道時(shí)的分布盡可能使體系的能量為最低。能量越低越穩(wěn)定。2鮑利(Pauli,W.奧地利)不相容原理 多電子體系中兩個(gè)電子不能具有完全相同的一組量子數(shù)(n、l、m、ms)。換言之，每個(gè)原子軌道中至多只能容納兩個(gè)電子；而且，這兩個(gè)電子自旋方向必須相反。按照鮑利原理，在同一原子中每一組n、l、m、ms值所確定的狀態(tài)，只能容納一個(gè)電子。故對(duì)于給定的電子層(n)，可以容納的最多電子數(shù)為： 令：n1、2、3、4則得2、8、18、32這就是核外電子殼層K、L、M、N所可能容納的電子數(shù)。 第77頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四三、核外電子排布規(guī)則3簡(jiǎn)并軌道原理 洪特規(guī)則（最多軌道

48、原則）：在等價(jià)軌道上（即n、l相同的軌道），電子盡可能分占軌道，且自旋平行。6C、7N恩曉定理：等價(jià)軌道處于全滿（p6、d10、f14）、半滿（p3、d5、f7）、或全空（p0、d0、f0）時(shí)，狀態(tài)（體系）較穩(wěn)定?？山忉?4號(hào)、29元素的電子填充。 洪特規(guī)則和恩曉定理是由光譜數(shù)據(jù)總結(jié)出來的，只有符合簡(jiǎn)并軌道原理，才能使體系能量最低，最穩(wěn)定。所以說，簡(jiǎn)并軌道原理是能量最低原理的補(bǔ)充。 第78頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四62基態(tài)原子電子組態(tài)（電子排布） 原子序數(shù)電子軌道圖元素符號(hào) 英文名稱中文名稱電子結(jié)構(gòu)式 1 H Hydrogen 氫 1s1 2 He Helium

49、 氦 1s2 3 Li Lithium 鋰 1s2 2s1 4 Be Beryllium 鈹 1s2 2s2 5 B Boron 硼 1s2 2s22p1 7 NNitrogen氮 1s2 2s22p3 6 CCarbon 碳 1s2 2s22p2 8 OOxygen氧 1s2 2s22p4 9 FFluorine氟 1s2 2s22p5 10 NeNeon氖 1s2 2s22p6第79頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四 11 Na Sodium 鈉 1s2 2s22p63s1 12 Mg Magnesium 鎂 1s2 2s22p63s2 13 Al Aluminiu

50、m 鋁 1s2 2s22p63s23p1 14 Si Silicon 硅 1s2 2s22p63s23p2 15 P Phosphorus 磷 1s2 2s22p63s23p3 16 S Sulfur 硫 1s2 2s22p63s23p4 17 Cl Chlorine 氯 1s2 2s22p63s23p5 18 Ar Argon 氬 1s2 2s22p63s23p6原子序數(shù)元素符號(hào)英文名稱中文名稱電子結(jié)構(gòu)式第80頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四 * Ar 原子實(shí)，表示 Ar 的電子結(jié)構(gòu)式 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 。原子實(shí)后面是價(jià)層電子，即在化學(xué)反應(yīng)中可

51、能發(fā)生變化的電子。 * 雖先排 4s 后排 3d ， 但電子結(jié)構(gòu)式中先寫 3d，后寫 4s * 21 Sc Scandium 鈧 Ar 3d14s2 22 Ti Titanium 鈦 Ar 3d24s2 23 V Vanadium 釩 Ar 3d34s2 24 Cr Chromium 鉻 Ar 3d54s1 25 Mn Manganese 錳 Ar 3d54s2 26 Fe Iron 鐵 Ar 3d64s2 27 Co Cobalt 鈷 Ar 3d74s2 28 Ni Nickel 鎳 Ar 3d84s2 29 Cu Copper 銅 Ar 3d104s1 * 19 K Potassium 鉀

52、 Ar 4s1 20 Ca Calcium 鈣 Ar 4s2 第81頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四依構(gòu)造原理，可正確地排出絕大多數(shù)元素的原子核外電子層結(jié)構(gòu)，但也有個(gè)別元素與原理不一致的現(xiàn)象，主要是第五周期以后原子能級(jí)差別減小的緣故。在學(xué)習(xí)中，應(yīng)抱科學(xué)態(tài)度，承認(rèn)事實(shí)，依一般規(guī)律解釋普遍現(xiàn)象，對(duì)特殊的、不能拿事實(shí)去適應(yīng)原理。幾個(gè)反常元素，可用下圖幫助記憶：第82頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四17 元素周期系 71元素性質(zhì)呈現(xiàn)周期性的原因 1869年，俄國(guó)化學(xué)家門捷列夫在總結(jié)對(duì)比當(dāng)時(shí)已知的60多種元素的性質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)化學(xué)元素之間的本質(zhì)聯(lián)系：按原子量

53、遞增把化學(xué)元素排成序列，元素的性質(zhì)發(fā)生周期性的遞變。這就是元素周期律的最早表述。1911年,年輕的英國(guó)人莫塞萊在分析元素的特征X射線時(shí)發(fā)現(xiàn)，門捷列夫化學(xué)元素周期系中的原子序數(shù)不是人們的主觀賦值，而是原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)。 隨后的原子核外電子排布理論則揭示了核外電子的周期性分層結(jié)構(gòu)。第83頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四元素周期律 隨核內(nèi)質(zhì)子數(shù)的遞增，核外電子呈現(xiàn)周期性的排布，元素性質(zhì)呈現(xiàn)周期性遞變。元素的性質(zhì)隨著核電荷的遞增而呈現(xiàn)周期性的變化。 元素周期律是原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)周期性變化的反映。元素性質(zhì)的周期性來源于原子電子層結(jié)構(gòu)的周期性。主要體現(xiàn)在最外電子層結(jié)構(gòu)的周期性上。而最

54、外電子層的構(gòu)型，又是由核電荷數(shù)和核外電子排布規(guī)律決定的。 第84頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四72 元素周期表 元素周期性 內(nèi)涵極其豐富，其中最基本的是：隨原子序數(shù)遞增，元素周期性地從金屬漸變成非金屬,以稀有氣體結(jié)束，又從金屬漸變成非金屬,以稀有氣體結(jié)束，如此循環(huán)反復(fù)。 自從1869年門捷列夫給出第一張?jiān)刂芷诒淼?00多年以來，至少已經(jīng)出現(xiàn)700多種不同形式的周期表。人們制作周期表的目的是為研究周期性的方便。研究對(duì)象不同，周期表的形式就會(huì)不同。第85頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四門捷列夫短式周期表72 元素周期表 HLiBeBCNOFN

55、aMgAlSiPSClKCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrRbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeICsBaLaHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBi第86頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四72 元素周期表 “長(zhǎng)式”周期表每個(gè)周期占一個(gè)橫排。它能直觀地看到元素的周期發(fā)展，但不易考察縱列元素（從上到下）的相互關(guān)系，而且由于太長(zhǎng)，招致排版和印刷的技術(shù)困難。第87頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四72 元素周期表 寶塔式或滴水鐘式周期表。這種周期表的優(yōu)點(diǎn)是能夠十分清楚地看到元素周期系是如何由于核

56、外電子能級(jí)的增多而螺旋性發(fā)展的，但它們的每個(gè)橫列不是一個(gè)周期，縱列元素的相互關(guān)系也不容易看清。第88頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四72 元素周期表 維爾納長(zhǎng)式周期表 維爾納長(zhǎng)式周期表:是由諾貝爾獎(jiǎng)得主維爾納（Alfred Werner 1866-1919）首先倡導(dǎo)的，長(zhǎng)式周期表是目前最通用的元素周期表。第89頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四第90頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四72 元素周期表 一原子的電子構(gòu)型和周期劃分1周期對(duì)應(yīng)于能級(jí)組 周期數(shù)電子層數(shù)能級(jí)組數(shù)（最高主量子數(shù)n） 2每一周期元素?cái)?shù)目每一能級(jí)組飽和的

57、電子數(shù)。 周期 能級(jí)組 軌道數(shù) 電子最大容量 元素種類 一 1 1 2 2 特短周期 二 2 4 8 8 短周期 三 3 4 8 8 短周期 四 4 9 18 18 長(zhǎng)周期 五 5 9 18 18 長(zhǎng)周期 六 6 16 32 32 特長(zhǎng)周期 七 7 16 32 24 未完成周期3每周期元素的原子，最外層電子數(shù)最多不超過8個(gè)，次外層不超過18個(gè)。第91頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四72 元素周期表 二原子的電子構(gòu)型和族的劃分 族對(duì)應(yīng)于最外層或次外層電子構(gòu)型。族分為主族（A）和副族（B）。主族元素：A、A（A）（或零族） 族數(shù)最外層電子數(shù)（nsnp）副族元素：（過渡元素

58、）B（B）B。情況復(fù)雜，需分別討論： BB：族數(shù)(ds)電子數(shù) 如：Cr：3d54s1 BB：族數(shù)s電子數(shù) 如：Cu：3d104s1 Zn：3d104s2 （B） ： 例外，不合上述規(guī)律。第92頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四 s 區(qū)ns12 p 區(qū)ns2np16 d 區(qū)(n-1)d19ns12 ds 區(qū)(n-1)d10ns12 f 區(qū)(n-2)f114(n-1)d02ns2三原子的電子構(gòu)型和元素的分區(qū)第93頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四18 元素周期性81 原子半徑建立原子半徑標(biāo)度的三種基本思路 :一從宏觀物性固體單質(zhì)的密度著手，換算成1

59、摩爾原子的體積，除以阿伏加德羅常數(shù)，得到一個(gè)原子在固態(tài)單質(zhì)中的平均體積，再假設(shè)原子是球體，緊密接觸，不留空隙，就可得到原子半徑。 第94頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四81 原子半徑二根據(jù)量子力學(xué)理論，由原子的核電荷數(shù)、電子數(shù)、電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等理論概念出發(fā)，給出原子半徑的定義，并進(jìn)行計(jì)算,可得到純理論計(jì)算的氣態(tài)的、游離的、基態(tài)的原子半徑。1965年，瓦伯和克羅默定義原子最外層原子軌道最外層電荷密度（即D函數(shù)）最大值所在的球面為原子半徑，用量子力學(xué)方法計(jì)算得出一套“軌道半徑”的理論原子半徑。 第95頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四81 原子半徑三

60、通過測(cè)定結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行計(jì)算。測(cè)定原子形成各種分子或固體后的核間距。對(duì)所得的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并作給予某些理論思考的適當(dāng)修飾，即可得原子半徑。主要由三種：1共價(jià)半徑：由共價(jià)分子或原子晶體中原子的核間距計(jì)算而得。2范德華半徑：由共價(jià)分子之間的最短距離計(jì)算而得。3金屬半徑：由金屬晶體中原子的最短距離計(jì)算而得。 共價(jià)半徑較小，金屬半徑居中，范德華半徑最大，比較原子的相對(duì)大小時(shí)，必須采用同一套數(shù)據(jù)。第96頁(yè)，共111頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)44分，星期四82 電離能 1、含義：使基態(tài)氣態(tài)原子失去一個(gè)電子所需要的能量，叫該原子的第一電離勢(shì)。單位：ev ，或J 。1ev1.610-19J96.4