習(xí)題-普化課件第四章第一節(jié)

PAGEPAGE5123231911年英國(guó)科學(xué)家盧瑟福（Rutherford，D.1749-1819）進(jìn)行了著的粒子散射實(shí) 粒子在金箔上的散射發(fā)現(xiàn)大多數(shù)粒子未偏轉(zhuǎn)一部分粒子偏轉(zhuǎn)

結(jié)論：由此提出了原子的有核模型。PAGEPAGE6量子化特微觀粒子運(yùn)動(dòng)遵循量子力學(xué)規(guī)律，與經(jīng)典運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同的重要特征是“量子化 zed）”“量子化”是指微觀粒子的運(yùn)動(dòng)以及運(yùn)動(dòng)過(guò)程量子化”這一重要概念是普朗克Plk）0年首先。他根據(jù)黑體輻射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，提出是量子化的這一大膽假說(shuō)。這是與傳統(tǒng)的物、，是科學(xué)發(fā)展史上具有劃時(shí)代意義的里程碑之一。能量子，簡(jiǎn)稱能量子與輻射的頻率成正比：的一個(gè)很好的。出電磁波，而輻射的電磁波波長(zhǎng)應(yīng)不斷逐漸增長(zhǎng)。據(jù)此推斷，分立的線光譜。波爾原子模型要點(diǎn)：盧瑟福模型＋量子化條1、原子中電子運(yùn)動(dòng)的軌道是不連續(xù)的，基激發(fā)以核為圓心的不同半基激發(fā)2、在波爾軌道上運(yùn)動(dòng)的電子處于相對(duì)穩(wěn)的狀態(tài)，不會(huì)主動(dòng)輻射出能量5、放出或吸收的能量，若以光輻射的形轉(zhuǎn)移，則光的頻率ν=（E2-PaschenPaschen線系infrared紅外BalmerSeries,visible可見;Lyman線系,ultraviolet紫外可可見紫外紅外波爾模型的成功與局限（）20世紀(jì)初，愛因斯坦Eistein）的光子理論（veclelism），傳統(tǒng)被認(rèn)為是波動(dòng)的光也具有微粒的特性：光在時(shí)的、衍等現(xiàn)象，表現(xiàn)出光的波 性；而光與實(shí)物相互作 e

時(shí)所發(fā)生的現(xiàn)象，如光1924年德布羅依（deBroglie）受光具有波粒二象對(duì)于質(zhì)量為m、以速度v運(yùn)動(dòng)著的微觀粒子，不h 6.61034J

(9.11031kg)(1.0106ms1

這一推斷在1927電子衍射 射線、中子射線、原子射線等通都符合德布羅依關(guān)系式。物質(zhì)量速度/cm·s-波動(dòng)慢速電9.1×10-1.2×10-顯快速電9.1×10-1.2×10-顯a粒6.6×10-1.0×10-顯1g小6.6×10-不明壘1.1×10-不明地3.3×10-不明二、原子結(jié)發(fā)射的，行進(jìn)的火車，運(yùn)動(dòng)的星球……按海森堡測(cè)原理，微觀粒子在指定時(shí)刻的空間位置和能量x·p≈ 位置誤差動(dòng)量誤2

2

2

(E

V)

y2

z2 h2（4-函數(shù)Ψ（x，y，z）。薛定諤用Ψ（x，y，（x，y，z）應(yīng)該服從、遵循某種波動(dòng)的規(guī)律即符合波動(dòng)方程式的要求。故稱為波函數(shù)薛定諤方程是現(xiàn)代量子力學(xué)及原子結(jié)構(gòu)理論理性是靠大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)來(lái)證明的。Ψ稱為波函數(shù)(wavefunction)。它是空間坐標(biāo)（x、y、z）Ψ＝Ψ（x、y、z）；也可用球坐標(biāo)（r、、）Ψ＝Ψ（r、、）zzθoryφxX=r·sinθ·cosφY=r·sinθ·sinφZ(yǔ)=r·cosθ

er/通常地把這種描述原子中的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的波函數(shù)稱為原子軌道(atomicorbital)。應(yīng)該特別強(qiáng)調(diào) EZ22.179 En

18ll與原子軌道的空間形狀有關(guān)l值不同，軌道形狀

l的取值

n個(gè)取值。通常按光譜學(xué)，分別用s、p、d

它表示在同一角量子數(shù)l下，電子亞層在空間可能采例如l=0，m=0，在空間只有一種取向，只有一個(gè)道：s軌道l=1，m=0、1，在空間有三種取向，表p亞層有三個(gè)軌道：px，py，pzl=2，m=0、±1產(chǎn) l、m簡(jiǎn)并軌道m(xù)s：表征自旋角動(dòng)量在外磁場(chǎng)msms=±1/2四個(gè)量子數(shù)與各電子層可能存在的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)列于下表數(shù)K12L2s 8M3s3p N4s4p4d n）只是和的函數(shù)，與r1式。例如，當(dāng)，lm=0時(shí)，對(duì)應(yīng)的原子的1s1

raae130raae13

Y1s

)

)

1er

)

e/130130

1a 1a0Pz軌道角度分布示意Pz軌道角度分布示意Y2Pz3=3度分Y2Pz3=3 圖4-4但Ψ2(r、、)卻是與電子在坐標(biāo)為(r、、)的位置附dP＝Ψ2(r、、)?dτ(r、、)，Ψ2(r、、)＝dPdτ(r、、是可以計(jì)算的密度的大小，則Ψ2Ψ2小的地cloud）得圖像稱為電子云的角度分布圖（angulardistributing–chart圖4- 各種原子軌道的電子云示意圖[Ψ2(r,θ,φ)=R2(r)·Y2(θ,φ)之一:之一:電子云徑向密度分布曲(藍(lán)色曲線縱坐標(biāo):★離核越近,電子出現(xiàn)的概率度(單位體積內(nèi)的概率)越大(這種曲線酷似波函數(shù)分布線[Ψ2(r,θ,φ)=R2(r)·Y2(θ,φ)之二:★縱坐標(biāo)4πr2R4πr2R2曲線是4πr2曲線和R2曲線r=53pm處出現(xiàn)極大值表明電子在距核53pm的單位厚度球★氫原子的玻爾半徑圖4-6s、p、d電子云角度分布圖（平面投影Y(、) 核外電子的排鮑利不相容原理（Pauliexclusionprinciple）：在能量最低原理（thelowestenergyprinciple）：在洪特規(guī)則（Hundrule）：在能量相同的原子軌道，原子內(nèi)電子間的相互作用，通常歸結(jié)為效應(yīng)和鉆(1)效應(yīng)（shielding子的吸引作用，這種效應(yīng)稱為效應(yīng)。σ常數(shù)（shieldingconstant）。Z*有效核電荷①外層電子對(duì)內(nèi)層電子的常數(shù)σ為零②同層電子間的常數(shù)σ=0.35；但對(duì)第一層電子③第（n-1）層電子對(duì)第n層電子的常數(shù)為（n-2）層及其以內(nèi)各層電子對(duì)第n層電子的⑤原子內(nèi)所有電子對(duì)指定電子的 σ總＝Σσi應(yīng)該,同一電子層中不同的電子亞層（即n相同，l不同）的電子的作用，嚴(yán)格說(shuō)來(lái)是有差別的。但個(gè)3p電子受到的作用為：同層（第三層）電子

710.35

(n-1)層（第二層）電子

80.85

(n-2)層以內(nèi)（第一層）電子

21.00

總的作用為

2.106.80

作用在Cl原子的一個(gè)3p電子上的有效核電荷為z*

z

17

當(dāng)n相同時(shí)，l值越大的電子，受到其同層電子的作用越大：ns＞np＞nd＞nf，所以EnsEnpEnd<Enf

鉆穿效應(yīng)（penetration層電子能夠避開其他電的而鉆到內(nèi)，在離相同、l不同時(shí)，ls，sp＞d＞f。受到電子的減受核的引增，s＜p＜d＜f。(3)近似能級(jí)圖（energylevel由于效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)的作用，在多電子原子中，角量子數(shù)l有關(guān)。著名化學(xué)家鮑林（L.Pauling）若n不同而l相同，則n越大，能級(jí)越高：E1s＜E2s＜則l越大，能級(jí)越高：EnsEnpEndEnf，這是鉆 則l越大，能級(jí)反而高。其結(jié)果導(dǎo)致出現(xiàn)E4s＜E3d、圖4-9應(yīng)該，按能級(jí)的高低，電子的填充順序雖然是4s多電多電子原子中電子進(jìn)入軌道的能級(jí)順序電子電子由最低能量的1s軌道依次填入，每個(gè)軌道最多只填入2個(gè)電子r

“

1s22s22p63s2364s23d4價(jià)電子——1s22s22p63s23p63d2 Examples:寫出所給元素的電子分布(按能級(jí))22Ti26Fe

1s22s22p63s23p64s21s2 3p64s2Sn 1s2 3d10 5s2 ⑴原子的電子分布遵守三原則，按能級(jí)高低順序，再按電子層(n)歸并。如 1s22s22p63s23p63d2⑵原子的“外層電子構(gòu)型”如22Ti1s22s22p63s2 3d2原子實(shí) 外層電子構(gòu)電子分布式可寫為：[Ar]3d2 核外電子排7N

1s22s22p63s23p63d2

1s22s22p63s2

（a)

3d14s

(b)

(c)

3d104s1圖4-10原子的電子排布原子原子失電子變成按規(guī)則，失電子的先后次序是：np>ns>(n-1)d>(n-26Fe26Fe 4 3電子構(gòu)電子實(shí)2ns28(9-ns2np6ns2np6(n-1)s2(n-1)p6(n-1)d10解:35Br-:[Ar]3d104s24p6—8電子型；型周期的劃分和軌道能級(jí)組的關(guān)周期的劃分和軌道能級(jí)組的關(guān)周期 原序元數(shù)最高能級(jí)最大電容 1- 3- 11- 19- 37- 55- 87-未288 第一能級(jí) 第二能級(jí) 第三能級(jí) 第四能級(jí) 第五能級(jí) 第六能級(jí) 第七能級(jí)288周期數(shù)＝元素電子層數(shù)＝元素?cái)?shù)目＝相應(yīng)能級(jí)組中原子軌道的最大電子容 族族周期表把元素分為16--7個(gè)主族（A族），1個(gè)0族(ⅧA)7個(gè)副族主族元素主族元素原子價(jià)層電子數(shù)＝族數(shù)副族不一6s1—5d1——4f114——5d10————7s1—6d1——5f114——6d27(tobe周能組能級(jí)組內(nèi)周能組能級(jí)組內(nèi)各子軌元素?cái)?shù)112222s8333s8444s3d555s4d666s4f5d777s5f6d26（未完

p區(qū)ds：(n－1)d10ns1- (Pd：4d10無(wú)s電子f區(qū) s區(qū)：包括ⅠA，ⅡA族元素，其價(jià)層電子構(gòu)型為ds區(qū)：包括ⅠB，ⅡB兩族元素，其價(jià)層電子構(gòu)型為（n-1)d10ns1-2。該區(qū)元素亦屬過(guò)渡金屬元素，化合f區(qū)：包括鑭系第57號(hào)到71號(hào)元素和錒系第89號(hào)到103號(hào)元素，價(jià)層電子構(gòu)型為(n-2)f0-14(n-1)d1-2ns2。四、元素性質(zhì)的周期共價(jià)半徑華半徑同一周期中各元素原子半徑自左至右縮小。因?yàn)橥?周期起，在ⅠB，ⅡB族（ds區(qū)）元素附近，部填滿電子，對(duì)最外層電子的作用較強(qiáng)，使核對(duì)第4 第5 Nb 過(guò)渡元素中每族元素的原子半徑，從該族的第一個(gè)每個(gè)周期中第一個(gè)元素的電離能