現基化重-第五章

作

業(yè)預習至P118~119—3、5、71P127第5章

原子結構和元素周期系答

疑

周二中午 11：50

~

13：20A

教三樓教師休息室三個量子數n,l,

m

確定一個原子軌道:波函數n

l

m21,0,0=1s2,0,0=2s2,1,0=2pz3,2,0=3dz2即1s軌道即2s軌道即2pz軌道n=1,

l=0,

m=0n=2,

l=1,

m=0n=2,

l=0,

m=0n=3,

l=2,

m=0即3dz2軌道d

2zd

xzd

yz

dxyd

2

2x

yn,

l

相同的原子軌道稱為等價軌道，或簡并軌道l

=1時

m

=

0,1,

－

1

三個簡并軌道px

py

pzl

=2時m

=

0,1,-1,2

,-2

五個簡并軌道3nl亞層m軌道數101s012012s2p0+1，

0，

－113403s0+1，

0，

－

1+2，+1，0，

－

1，

－

21313p3923d504s0+1，0，

－

1+2，+1，0，

－1，

－2+3，+2，+1，0，

－1,

－2,

－

314124p4d351634f7n,l,

m

三個量子數確定一個原子軌道44核外電子的運動狀態(tài)軌道運動n,l,m自旋運動msn,l,m,ms5由四個量子數n、l、m、ms

可以描述核外電子的運動狀態(tài)(d)

自旋量子數ms(1)

取值(2)

自旋方向用“↑”或“↓”表示22

1

和

167四個量子數的取值與物理意義nlmms取值正整數0

~

n－1－l·

0+·

l±1/2描述距離(電子層)形狀(電子亞層)原子軌道伸展方向電子自旋方向能量決定影響無關無關5.2.3

原子軌道和電子云的角度分布圖角度分布圖：Y

(,)

(r,

,)

R(r)

Y

(,)原子軌道波函數n,l,m對化學鍵的形成和分子構型的研究很重要。8原子軌道電子云

2角度分布圖例如：畫出pz

原子軌道角度分布圖：4πpzY

3

cos①9將不同

值代入，得0°30°

60°cosYpz90°

120°

150°

180°－0.866

－1.00Ypz1.00

0.866

0.5000.489

0.423

0.2440

－0.5000

－0.244－0.423

－0.4891.

原子軌道角度分布圖波函數角度部分Y

(

,

)隨

、

變化所作的圖象x10z

將所得曲線繞z軸旋轉360°，即得pz原子軌道的角度分布圖。②從坐標原點出發(fā)，引出方向為(

)的直線，取其長度為Y值，將所有直線的端點聯(lián)起來；形狀正負(3)值極值方向(4)節(jié)面，在此平面上Y

=0Ysxs,

p,d

原子軌道的角度分布剖面圖zYdx2

y2Ydz2yxxzyxYpzYpxxYpxzzyYdxyYdyzYdxzxyxzzy軌道的“節(jié)面”？對p軌道,電子概率為零的區(qū)域是個平面,稱之為節(jié)面。px軌道的節(jié)面是yz

平面,py

軌道和pz軌道的節(jié)面分別是xz

平面和xy

平面。1213關于原子軌道角度分布圖的幾點說明：s亞層、p亞層、d亞層等原子軌道的形狀與取向不因主量子數n的變化而變化圖中“+、－”號僅表示作圖時函數值的正負，類似于波峰與波谷，并非所帶的電荷。要掌握各原子軌道的對稱位置及“+、－”號規(guī)律，記住各圖形和相關原子軌道的對應關系。ys,

p,

d

電子云的角度分布剖面圖注意：極值方向節(jié)面，在此平面上Y

2

=02Yp

y2Yp

x2Yp

z2xyYd2xzYd2yzYd2Ydz2Yd

222x

y2Y

s2.

電子云角度分布圖將

2

的角度部分Y2(、

)隨

、

變化所作的圖象Y

(、

)Y2

(、

)圖形胖瘦圖形符號有正負均為正應用化學鍵的形成與分子的空間構型15原子軌道和電子云的角度分布圖比較16第5章原子結構和元素周期系玻爾理論原子的量子力學模型多電子原子結構與周期系原子結構和元素性質的關系物理學家和化學家鮑林學識淵博，在自然科學的各個領域都有建樹。1954年獲對化學獎。1962年因致力于反和前

的核試驗而獲得。鮑林是世界上迄今為止唯一兩次單獨獲得

獎的科學家。鮑

林175.3.1

多電子原子的能級鮑林近似能級圖鮑林根據光譜實驗結果總結出多電子原子中各軌道能級次序，并按能級的高低順序繪成近似能級圖表示軌道能量的高低；劃分能級組鮑林近似能級圖18能量相近的軌道劃為一組，用方框表示。19每個圓圈代表一個原子軌道。各原子軌道是按能量由低到高的順序排列的，而非按各軌道離核的遠近排列。在一些能級組中，相同能級組所包含的軌道和同一主量子數所包含的軌道不一樣。規(guī)律l不同(3)

不同

不同能級交錯:Ens

<

Enp

<

End不同

相同

n大時E大n(1)

相同能級(2)E1s

<

E2s

<

E3s:主量子數n相同，l越大，其能量E越高6n

4時，Ens

E(n-1)d

Enpn

6時，Ens

E(n-2)f

E(n-1)d

Enpn值大的亞層的能量反而比n值小的亞層的能量低的現象2.

能級

與能級交錯多電子原子中各軌道的能量與主量子數n和角量子數l有關21為什么會有能級交錯現象？可用

效應解釋224.

效應由于電子間的相互作用力,而使核對電子的作用，稱為削弱效應，常數表示。有效核電荷其大小用Z*

=

Z

－

核電荷

常數作用，

，Z*

，電子能量。斯萊脫提出計算

值的經驗規(guī)則，從而可計算Z*+---23核1s2s2p3s3p3d4s4p內層電子對外層電子產生屏蔽作用(主要)同層電子排斥(次要)外層電子對內層電子不產生作用斯萊脫規(guī)則2425多電子原子的能級多電子原子結構與周期系核外電子分布的三個原則周期系中各元素的電子分布原子的電子分布和元素周期系5.3

多電子原子結構與周期系(1)

能量最低原理的軌道，后依次進入能量漸升的軌道對角線規(guī)則電子填充順序圖E1s

<

E2s

<

E3s

<E4sEns

<

Enp<

End

<Enf

電子先進入能量最低<26E3d

E4s√×1s2s2p1s2s2p27(2) Pauli

不相容原理在同一原子中，不可能有四個量子數完全相同的兩個電子，或者說，在一個原子軌道中最多只能容納兩個自旋方向相反的電子費米、海森堡和泡利(1930)1945年，泡利因他在1925年即25歲時發(fā)現的“不相容原理”，獲物理學獎282p2s1s2p2s1s√×即在同一個原子中不可能有兩個電子具有完全相同的4個量子數。2p2s1s2p2s1s2p2s軌道表

1s示式為√××C

Carbon碳1s22s22p2(3) Hund

規(guī)則在等價軌道中，電子盡可能分占不同的軌道，而且自旋方向相同德國理論物理學家31例：24Cr：1s22s22p6

3s23p63d54s1全充滿全空p

6

或

d10

或

f

14半充滿

p3

或

d

5

或

f

7p0

或

d

0

或

f

0規(guī)則補充規(guī)則：等價軌道在全充滿、半充滿或全空的分布方式比較穩(wěn)定3233多電子原子的能級多電子原子結構與周期系核外電子分布的三個原則周期系中各元素的電子分布原子的電子分布和元素周期系5.3

多電子原子結構與周期系(1)

電子排布式（電子結構式或電子構型）——鮑林能級順序24Cr：1s22s22p6

3s23p63d54s11s

2s2p

3s

3p

4s

3d

4p

5s

4d

5p

6s

4f

5d

6p例：24Cr排電子順序1s22s22p6

3s23p64s13d5核與電子所組成的力場發(fā)生變化，4s能級發(fā)生變化，能級不再交錯34規(guī)則(3)

原子實表示式:原子實：內層電子結構與稀有氣體原子結構相同的部分，用[稀有氣體符號]。He

Ne

Ar(2)

(10)

(18)4s

3d

4pKr(36)Xe(54)6s

4f

5d

6pRn(86)1s

2s2p

3s

3p5s

4d

5p24Cr：[Ar]3d54s1(2)

原子軌道表示式——1s

2s

2p

3s

3p4s3d24Cr：35價電子：主族:

最外層電子ns,

np副族:

最外層加(n-1)d鑭系:

最外層加(n-1)d

,(n-2)f思考：29Cu原子的價電子構型為：3d104s1,36還是3d94s2？(4)

價電子構型表示式:24Cr：3d54s1價電子：參與化學鍵形成的電子3d104s137外層電子構型例如：24

Cr1s2

2s2

2p6

3s2

3p6

3d5

4s11s2

2s2

2p6

3s2

3p6

3d324Cr3+3s2

3p6

3d33d54s1電子分布式(1).(2).(3).元素的周期與能級組元素的族元素的分區(qū)3.

原子的電子分布和元素周期系隨原子的核電荷的增加→原子外層電子重復同樣的電子構型→元素性質周期性變化(元素周期律)元素在周期表的位置(周期、區(qū)、族)取決于該元素原子核外電子的分布38元素周期表的發(fā)展歷史1869.3

門捷列夫（Mendeleev

D）將63種元素的性質進行總結和對比，發(fā)現化學元間的本質聯(lián)系——元素的性質隨原子量增加明顯的周期性遞變。39維爾納(Werner)首先倡導的長式周期表。最通用周期表：40一個新的能級組開始填充電子(1)

元素的周期與能級組周期表中每一橫行稱為一周期，共分為7個周期能級組的形成是元素劃分為周期的本質原因1s

2s2p

3s3p

4s3d4p

5s4d5p能級組

1

2

3

4

5周期

1

2

3

4

566741

76s4f5d6p

....核外電子排布出現一個新的電子層周期表中開始了一個新的周期42c)

元素所在的周期數=該元素原子的電子層數=最外層主量子數=相應能級組數1s

2s2p

3s3p

4s3d4p能級組

1

2

3

4周期

1

2

3

456s4f5d6p

....6

76

75s4d5p51s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p

....能級組1234567周期軌道數1234567元素個數8181832未充滿d)

每周期中元素個數對應能級組中原子軌道能容納的電子數43短周期長周期(過渡元素與內過渡元素)短周期44內過渡元素45過渡元素:具有未充滿d電子的元素。（d區(qū)和ds區(qū)的元素）長周期(過渡元素與內過渡元素)內過渡元素:具有未充滿f電子的元素。(鑭系元素：z

=57

~

71)(錒系元素：z

=89

~

103)6(2)

元素的族主族主族46副族副族VIII族族的分類依據原子的電子層結構劃分。副族族數:IB~IIB

族數=ns電子數IIIB~VIIB:最外層電子數+未充滿的次外層d

電子數主族：7個，(IA~VIIA)包含長、短周期的各列族數＝最外層電子總數(ns+np電子數)副族：7個，(IB~VIIB)47僅包含長周期的各列