第四章-原子結(jié)構(gòu)及元素周期性課件

學(xué)習(xí)要求1.了解微觀粒子運(yùn)動(dòng)的特殊性及原子軌道、波函數(shù)、概率、概率密度、電子云的概念，了解原子軌道和電子云的角度分布特征;2.掌握描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的四個(gè)量子數(shù)的物理意義、取值規(guī)律和合理組合。3.掌握原子核外電子排布規(guī)律，并根據(jù)電子排布式判斷元素在周期表中的位置及有關(guān)性質(zhì)。4.了解原子半徑、有效核電荷、電離能、電子親和能和電負(fù)性的概念，并掌握其遞變規(guī)律。

12/4/20221長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院學(xué)習(xí)要求1.了解微觀粒子運(yùn)動(dòng)的特殊性及原子軌道、波函數(shù)、概率本章內(nèi)容第一節(jié)氫原子光譜和玻爾理論第二節(jié)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)特征第三節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述第四節(jié)多電子原子結(jié)構(gòu)第五節(jié)元素的電離能、電子親和能和電負(fù)性12/4/20222長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院本章內(nèi)容第一節(jié)氫原子光譜和玻爾理論12/1/20222長(zhǎng)4.1氫原子光譜和玻爾理論4.1.1氫原子光譜12/4/20223長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.1氫原子光譜和玻爾理論4.1.1氫原子光譜12/14.1.1氫原子光譜結(jié)論：

(1)氫原子光譜是不連續(xù)的線狀光譜，具有量子化的特征。

(2)從長(zhǎng)波到短波，譜線間的距離越來(lái)越小，且譜線具有確定的位置，具有明顯的規(guī)律性。12/4/20224長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.1.1氫原子光譜結(jié)論：12/1/20224長(zhǎng)江大學(xué)化4.1.2玻爾理論1、理論要點(diǎn)：

①核外電子運(yùn)動(dòng)取一定的軌道，在此軌道上運(yùn)動(dòng)的電子既不吸收能量也不放出能量；②在不同軌道上運(yùn)動(dòng)的電子具有不同的能量，其能量只能取某些由量子化條件決定的正整數(shù)值；③電子在不同的軌道上躍遷時(shí)，吸收或放出能量。12/4/20225長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.1.2玻爾理論1、理論要點(diǎn)：12/1/20225長(zhǎng)江2、波爾理論的應(yīng)用（對(duì)氫原子光譜的解釋）

①氫原子在正?；蚍€(wěn)定狀態(tài)時(shí)，電子在n=1的軌道上運(yùn)動(dòng)，稱為基態(tài)E=13.6eV或2.179×10-18J,其半徑為52.9pm，稱為玻爾半徑。

4.1.2玻爾理論

12/4/20226長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院2、波爾理論的應(yīng)用（對(duì)氫原子光譜的解釋）4.1.2玻爾理4.1.2玻爾理論②對(duì)于氫原子，當(dāng)激發(fā)到高能態(tài)E2的電子躍回到較低能態(tài)E1時(shí)所放出的能量以光的形式表現(xiàn)出來(lái)。E2－E1＝h

n2>n1且n1=2，n2=３，４，５，６……12/4/20227長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.1.2玻爾理論②對(duì)于氫原子，當(dāng)激發(fā)到高能態(tài)E2的電子4.1.2玻爾理論3、優(yōu)點(diǎn)

沖破了經(jīng)典物理中能量連續(xù)變化的束縛，用量子化解釋了經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解決的原子結(jié)構(gòu)和氫光譜的關(guān)系，指出原子結(jié)構(gòu)具有量子化的特性。4、缺陷由于沒(méi)有考慮電子運(yùn)動(dòng)的另一重要特性——波粒二象性，使電子在原子核外的運(yùn)動(dòng)采取了宏觀物體的固定軌道，致使玻爾理論在解釋多電子原子的光譜和光譜線在磁場(chǎng)中的分裂，譜線的強(qiáng)度等實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，遇到了難以解決的困難。12/4/20228長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.1.2玻爾理論3、優(yōu)點(diǎn)

沖破了經(jīng)典物理中能量連4.2

微觀粒子的運(yùn)動(dòng)特征4.2.1

波粒二象性

1.光的波粒二象性

由E=mc2和E=hv,可得

c=λv

光的波粒二象性可表示為：mc=E/c=λv/c

即P=h/λ光具有動(dòng)量和波長(zhǎng)，也即光具有波粒二象性。12/4/20229長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.2微觀粒子的運(yùn)動(dòng)特征4.2.1波粒二象性光具有動(dòng)量和4.2.1

波粒二象性2.

德布羅依波

具有質(zhì)量為m的微觀粒子，運(yùn)動(dòng)速度為v，其相應(yīng)的波長(zhǎng)為。這種實(shí)物微粒具有的波稱為德布羅依波（也叫物質(zhì)波）。12/4/202210長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.2.1波粒二象性2.德布羅依波12/1/2022104.2.2量子化玻爾模型：

(1)氫原子中，電子可以處于多種穩(wěn)定的能量狀態(tài)（基態(tài)和激發(fā)態(tài)）；En=E0/n2(2)n越大，表示電子離核越遠(yuǎn)，能量就越高；

(3)電子發(fā)生躍遷時(shí)，才會(huì)放出或吸收能量。即，

能量是量子化的，不連續(xù)的，由此產(chǎn)生的原子光譜必然是分離的，不連續(xù)的。12/4/202211長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.2.2量子化玻爾模型：12/1/202211長(zhǎng)江大學(xué)化海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理：電子在核外空間所處的位置與電子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量?jī)烧卟荒芡瑫r(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定，二者誤差的乘積為一定值h，即△x·△p≈hv

（△x－粒子位置的不準(zhǔn)量；△p－粒子動(dòng)量的不準(zhǔn)值）

結(jié)論：a、粒子位置的測(cè)定準(zhǔn)確度越大，則相應(yīng)的動(dòng)量的測(cè)定正確度越小，反之亦然。

b、微觀粒子運(yùn)動(dòng)與宏觀物體的運(yùn)動(dòng)不同，沒(méi)有確定的一成不變的固定軌道，軌道一詞在微觀世界中根本就不存在。

4.2.3測(cè)不準(zhǔn)原理12/4/202212長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理：4.2.3測(cè)不準(zhǔn)原理12/1/202211926年，奧地利物理學(xué)家薛定諤（Schr?dinger）提出了微觀粒子運(yùn)動(dòng)的波動(dòng)方程，即薛定諤方程：其中，為波動(dòng)函數(shù)，是空間坐標(biāo)x、y、z的函數(shù)。E為核外電子總能量，V為核外電子的勢(shì)能，h為普朗克常數(shù)，m為電子的質(zhì)量。4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述4.3.1薛定諤方程12/4/202213長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院1926年，奧地利物理學(xué)家薛定諤（Schr?dinger）提4.3.2波函數(shù)(

)與電子云(ll2

)1、波函數(shù)是描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的函數(shù)，也稱為原子軌道。沒(méi)有明確的物理意義。

2、ll2

代表在單位體積內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個(gè)電子的概率，稱為概率密度。

3、用點(diǎn)的疏密來(lái)表示ll2

值的大小，就得到電子云圖。即電子云是概率密度的形象化描述。4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述yxb12/4/202214長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.3.2波函數(shù)()與電子云(ll2)4.31、主量子數(shù)

n表示核外的電子層數(shù)并確定電子到核的平均距離決定電子能量高低的主要因素確定單電子原子的電子運(yùn)動(dòng)的能量n

的取值：n=1，2，3，4，…求解H原子薛定諤方程得到：每一個(gè)對(duì)應(yīng)原子軌道中電子的能量只與n有關(guān)：n的值越大，電子能級(jí)就越高。En=(–1312/n2)kJ·mol-1對(duì)應(yīng)于電子層K，L，M，N,···4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述4.3.3四個(gè)量子數(shù)12/4/202215長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院1、主量子數(shù)n表示核外的電子層數(shù)并確定電子到核的平均距離注意：

n相同的電子在同樣的空間范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)構(gòu)成一層→電子層；氫原子核外電子的能量?jī)H僅取決于n;規(guī)律：n值越大，電子離核越遠(yuǎn)，能量越高n值越小，電子離核越近，能量越低一般情況下E1<E2<E3<E4<…En4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述12/4/202216長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院注意：4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述12/1/202216長(zhǎng)2、角量子數(shù)ll的取值：l=0，1，2，3，···，(n–1)s、p、d、f軌道。附圖原子軌道形狀確定原子軌道（波函數(shù)）的形狀；4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述12/4/202217長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院2、角量子數(shù)ll的取值：l=0，1，2，3，···，對(duì)于多電子原子，與n共同確定原子軌道的能量。注意：

n,l相同的電子屬于同一能級(jí)；n,l

任一不同的電子能量高低不等。規(guī)律：n相同，l

越大能量越高:E2s<E2p

E3s<E3p<E3d

E4s<E4p<E4d<E4f

總之，一般情況下Ens<Enp<End<Enf

4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述12/4/202218長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院對(duì)于多電子原子，與n共同確定原子軌道的能量。注意：4.33、磁量子數(shù)mm的取值:m=0，±1，±2，···，±l，共可取2l+1個(gè)值確定原子軌道的空間取向，與E無(wú)關(guān)；p軌道,m=-1,0,+1,有三個(gè)伸展方向圖原子軌道伸展方向4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述12/4/202219長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院3、磁量子數(shù)mm的取值:m=0，±1，d軌道,m=-2,-1,0,+1,+2有五個(gè)伸展方向圖原子軌道伸展方向4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述12/4/202220長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院d軌道,m=-2,-1,0,+1,+2有五個(gè)伸展方向圖注意：每亞層中最多可能有的軌道數(shù)=2l+1

每層中最多可能有的軌道數(shù)=n2

三個(gè)量子數(shù)n,l,m

決定一個(gè)原子軌道，不能完全決定電子的一種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述12/4/202221長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院注意：4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述12/1/202221長(zhǎng)ms的取值:+1/2和-1/2，也常形象地表示為和。4、自旋量子數(shù)ms意義：電子可以有兩種不同的自旋方向。對(duì)原子中的電子來(lái)說(shuō)，下列各組量子數(shù)中不可能存在的是

A.3,1,0,1/2

B.3,1,-1,-1/2

C.2,2,0,-1/2

D.1,0,0,0注意：

*四個(gè)量子數(shù)才能表示一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；

*每個(gè)軌道上僅有自旋方向相反的電子存在討論：4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述12/4/202222長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院ms的取值:+1/2和-1/2，也常形象地表示為和nlmms

相互關(guān)系及軌道表示12/4/202223長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院nlmms相互關(guān)系及軌道表示12/1/2022三個(gè)量子數(shù)組合有一定規(guī)則

n→l→m

，ms不受限制;三個(gè)量子數(shù)（n,l,m）決定一個(gè)原子軌道;四個(gè)量子數(shù)決定核外電子的(完備)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài);n，l相同的電子屬同一亞層，同一能級(jí)中能量相同的原子軌道稱簡(jiǎn)并(等價(jià))軌道，形同方向不同，如：3px,3py,3pz;四個(gè)量子數(shù)小結(jié)每層中：軌道數(shù)=n2,能級(jí)數(shù)=n，最多容納電子數(shù)=2n2

(最多狀態(tài)數(shù)=2n2)，且一個(gè)軌道中不可能有四個(gè)量子數(shù)完全相同的兩個(gè)電子存在。12/4/202224長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院三個(gè)量子數(shù)組合有一定規(guī)則n→l→m，ms不受限制;四4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述4.3.4波函數(shù)的角度分布圖波函數(shù)角度部分Y(θ,φ)在三維坐標(biāo)上的圖像稱為原子軌道的角度分布，圖像中的正、負(fù)號(hào)是函數(shù)值的符號(hào)。4.3.5電子云的角度分布圖波函數(shù)角度部分Y(θ,φ)的平方lYl2隨θ、φ角度部分變化的圖形，反映出電子在核外空間不同角度概率密度的大小。12/4/202225長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述4.3.4波函數(shù)的角度分布注意：這些圖象僅是函數(shù)的圖形，不表示原子軌道或電子云的實(shí)際形狀。12/4/202226長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院注意：這些圖象僅是函數(shù)的圖形，不表示原子軌道或電子云的實(shí)際形★酷似波函數(shù)的角度分布圖，形狀較”瘦”★但是,葉瓣不再有“+”、“-”之分★要求牢記：◎s,p,d電子云的形狀；◎s,p,d電子云在空間的伸展方向。電子云和波函數(shù)的角度分布圖比較：4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述12/4/202227長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院★酷似波函數(shù)的角度分布圖，形狀較”瘦”電子云和波函數(shù)的角4.3.5電子云的徑向分布圖4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述反映電子在核外空間出現(xiàn)的概率離核的遠(yuǎn)近。3s2sD(r)r3sD(r)r3p3d12/4/202228長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.3.5電子云的徑向分布圖4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描小結(jié)用量子力學(xué)方法描寫核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的要點(diǎn)可歸納如下：

(1)電子在原子中運(yùn)動(dòng)服從薛定諤方程，沒(méi)有固定的軌跡，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由波函數(shù)來(lái)描述。ll2

是電子幾率密度分布函數(shù)，波函數(shù)角度分布圖突出表示了軌道函數(shù)極值方向和正負(fù)號(hào)。12/4/202229長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院小結(jié)用量子力學(xué)方法描寫核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的要點(diǎn)可歸納

(2)電子在核外的分布狀態(tài)是與確定的能量相聯(lián)系的，而能量是量子化的。在氫原子中能量由n

確定，在多電子原子中還與l

有關(guān)。

(3)四個(gè)量子數(shù)規(guī)定了原子中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。四個(gè)量子數(shù)的取值范圍為：n=1,2,3,…正整數(shù)；l=0,1,2,…(n-1)；m=0,±1,±2,…±l；ms=±1/2。小結(jié)12/4/202230長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院(2)電子在核外的分布狀態(tài)是與確定的能量相聯(lián)系的，而4.4多電子原子結(jié)構(gòu)１、氫原子的能級(jí)特點(diǎn)：

a、核電荷Z＝１，原子核外只有一個(gè)電子

b、電子只受到原子核的作用12/4/202231長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.4多電子原子結(jié)構(gòu)１、氫原子的能級(jí)12/1/202234.4多電子原子的能級(jí)２、多電子原子的能級(jí)在多電子原子中，電子不僅受原子核的吸引，而且它們彼此之間也存在著相互排斥作用。（１）屏蔽效應(yīng)其它電子對(duì)某一選定電子的排斥作用實(shí)際上就是削弱了原子核對(duì)該電子的吸引作用，因此原子核作用于該電子的正電荷變成Z*=Z－σ，我們把Z*稱之為有效核電荷，σ叫做屏蔽常數(shù)，上述作用稱之為屏蔽效應(yīng)。12/4/202232長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.4多電子原子的能級(jí)２、多電子原子的能級(jí)12/1/2

a、將原子中的電子按內(nèi)外次序分組:(1s)；(2s2p)；(3s3p)；(3d)；(4s4p)；(4d)；(4f)；(5s5p)；(5d)；(5f)；（6s，6p）等；b、外層電子對(duì)內(nèi)層電子沒(méi)有屏蔽作用，σ=0；c、同一組，σ=0.35(但1s,σ=0.30)；d、（n-1）組對(duì)（ns，np）的=0.85，對(duì)nd或nf的

σ=1.00；e、更內(nèi)層的各組=1.00。（n-2,n-3,n-4…;對(duì)n組）（2）屏蔽常數(shù)的計(jì)算方法（Slater規(guī)則）4.4多電子原子的能級(jí)12/4/202233長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院a、將原子中的電子按內(nèi)外次序分組:(1s)；(2s2p)為什么2s價(jià)電子比2p

價(jià)電子受到較小的屏蔽?QuestionSolution

2s電子云徑向分布曲線除主峰外,還有一個(gè)距核更近的小峰.這暗示,部分電子云鉆至離核更近的空間,從而部分回避了其他電子的屏蔽.12/4/202234長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院為什么2s價(jià)電子比2p價(jià)電子受到較小的屏蔽?4.4多電子原子的能級(jí)（3）多電子原子的能級(jí)（4）鉆穿效應(yīng)由于電子的角量子數(shù)不同，軌道電子云的徑向分布不同，電子鉆到核附近的幾率不同，因而能量不同的現(xiàn)象，稱為電子云的鉆穿效應(yīng)。鉆穿效應(yīng)反映了選定電子回避其它電子對(duì)其屏蔽的能力。12/4/202235長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.4多電子原子的能級(jí)（3）多電子原子的能級(jí)（4）鉆穿效（1）角量子數(shù)相同，主量子數(shù)不同時(shí)的能級(jí)順序①

l=0時(shí)，即1s、2s、3s、4s、5s、6s……之間的能級(jí)順序E(1s)＜E(2s)＜E(3s)＜E(4s)＜E(5s)＜E(6s)②l=1、2、3時(shí)，同理可得E(2p)＜E(3p)＜E(4p)＜E(5p)＜E(6p)……E(3d)＜E(4d)＜E(5d)＜E(6d)……E(4f)＜E(5f)＜E(6f)……能級(jí)順序的理論推導(dǎo)12/4/202236長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院（1）角量子數(shù)相同，主量子數(shù)不同時(shí)的能級(jí)順序E(1s)＜（2）主量子數(shù)相同，角量子數(shù)不同時(shí)的能級(jí)順序①n=2時(shí)，E(2s)＜E(2p)

②n=3、4時(shí)，同理可得

E(3s)＜E(3p)＜E(3d)E(4s)＜E(4p)＜E(4d)＜E(4f)能級(jí)順序的理論推導(dǎo)12/4/202237長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院（2）主量子數(shù)相同，角量子數(shù)不同時(shí)的能級(jí)順序能級(jí)順序的理論推（3）主量子數(shù)n和角量子數(shù)l都不相同時(shí)的能級(jí)順序由前述知：E(1s)＜E(2s)＜E(3s)……E(2s)＜E(2p)但E(3s)和E(2p)之間的關(guān)系呢？能級(jí)順序的理論推導(dǎo)E(1s)＜E(2s)＜E(2p)＜E(3s)＜E(3p)＜E(4s)＜E(3d)＜E(4p)＜E(5s)＜E(4d)＜E(5p)＜E(6s)＜E(4f)＜E(5d)＜E(6p)＜E(7s)＜E(5f)＜E(5d)＜E(6p)能級(jí)交錯(cuò)12/4/202238長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院（3）主量子數(shù)n和角量子數(shù)l都不相同時(shí)的能級(jí)順序能級(jí)順序的理3、近似能級(jí)圖

4.4多電子原子的能級(jí)12/4/202239長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院3、近似能級(jí)圖4.4多電子原子的能級(jí)12/1/2022特點(diǎn)：

a、相鄰兩個(gè)能級(jí)組之間的能量相差較大；

b、組內(nèi)能級(jí)之間的能量相差較小。4.4多電子原子的能級(jí)用(n+0.7l)值衡量軌道能量的高低。4、徐光憲規(guī)則(n+0.7l)值首位數(shù)相同的能級(jí)為同一能級(jí)組,是劃分周期的依據(jù)。12/4/202240長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院特點(diǎn)：4.4多電子原子的能級(jí)用(n+0.7l)值衡量軌4.5核外電子排布的規(guī)律

1、能量最低原理電子在原子軌道上的分布，要盡可能地使電子占據(jù)能量最低的軌道。亦即按近似能級(jí)圖的順序依次填充電子，這就是能量最低原理。

2、保里不相容原理同一個(gè)原子中不可能存在4個(gè)量子數(shù)完全相同的電子。12/4/202241長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.5核外電子排布的規(guī)律1、能量最低原理12/1/24.5核外電子排布的規(guī)律3、洪特規(guī)則在簡(jiǎn)并軌道上分布的電子，盡可能分占磁量子數(shù)不同的軌道，且自旋方向平行，即以半充滿，全充滿和全空狀態(tài)最為穩(wěn)定。12/4/202242長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.5核外電子排布的規(guī)律3、洪特規(guī)則12/1/20224

根據(jù)Hund’srule,下列三種排布中哪一種是氮原子的實(shí)際電子組態(tài)?Question12/4/202243長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院根據(jù)Hund’srule,下列三種排布中哪一種是4.6

電子排布式與電子構(gòu)型例寫出Z=24的鉻元素的電子排布式解：原子序數(shù)為24，其中1s,2s,2p,3s,3p共5個(gè)能級(jí)9個(gè)軌道排布了18個(gè)電子。不考慮洪特規(guī)則時(shí)，排列方式應(yīng)是1s22s22p63s23p63d44s2，考慮補(bǔ)充規(guī)則時(shí)，則為1s22s22p63s23p63d54s1實(shí)驗(yàn)證實(shí)，后者是正確結(jié)果思考：29號(hào)元素的電子排布式如何？1s22s22p63s23p63d104s112/4/202244長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.6電子排布式與電子構(gòu)型例寫出Z=24的鉻元素的電子例寫出26Fe原子的核外電子分布式和特征電子構(gòu)型以及Fe3+離子的特征電子構(gòu)型。解：原子序數(shù)為26，因此核外電子排列方式應(yīng)是1s22s22p63s23p63d64s2外層電子構(gòu)型則是：3d64s2Fe3+離子的外層電子構(gòu)型則是： 3s23p63d54.6

電子排布式與電子構(gòu)型1、第四周期

K(19)，Ca(20)，Cr(24)，Cu(29)2、第五周期

Rb(37),Sr(38),Mo(42),Ag(47)3、第六周期

Cs(55),Ba(56),La(57),Gd(64),Lu(71)原子

能級(jí)排列序列

光譜實(shí)驗(yàn)序列

Cr

Mo

Cu

Ag

Au

[Ar]3d

44s

2

[Kr]4d

45s

2

[Ar]3d

94s

2

[Kr]4d

95s

2

[Xe]4f

145d

96s

2

[Ar]3d

54s

1

[Kr]4d

55s

1

[Ar]3d

104s

1

[Kr]4d

105s

1

[Xe]4f14

5d106s

1

12/4/202245長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院例寫出26Fe原子的核外電子分布式和特征電子構(gòu)型以及Fe3元素周期表中原子結(jié)構(gòu)規(guī)律及特例分析4、第五周期例外的元素

Nb(41),Ru(44),Rh(45),Pd(46)5、第六周期例外的元素

Ce(58),W(74),Pt(78)原因：5s和4d之間的能級(jí)差較小，存在電子間的相互激發(fā)較多。結(jié)論：不能拿客觀事實(shí)去適應(yīng)原理，它只能說(shuō)明我們的原理還不夠完善，有待改進(jìn)。

12/4/202246長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院元素周期表中原子結(jié)構(gòu)規(guī)律及特例分析4、第五周期例外的元素1211Na12Mg19K20Ca21Sc22Ti1H2He3Li4Be10Ne37Rb38Sr55Cs56Ba87Fr88Ra39Y40Zr71Lu72Hf103Lr104Rf23V41Nb73Ta105Db24Cr42Mo74W106Sg25Mn26Fe43Tc44Ru75Re76Os107Bh108Hs27Co45Rh77Ir109Mt28Ni46Pd78Pt29Cu47Ag79Au30Zn48Cd80Hg31Ga49In81Tl5B13Al32Ge50Sn82Pb6C14Si33As51Sb83Bi7N15P34Se52Te84Po8O16S35Br53I85At9F17Cl36Kr54Xe86Rn18Ar57La58Ce59Pr60Nd61Pm62Sm63Eu64Gd65Tb66Dy67Ho68Er69Tm70Yb89Ac90Th91Pa92U93Np94Pu95Am96Cm97Bk98Cf99Es100Fm101Md102No非金屬元素堿金屬元素堿土金屬元素d區(qū)金屬元素過(guò)渡元素鹵素過(guò)渡元素p區(qū)元素f區(qū)金屬ds區(qū)金屬元素周期表S區(qū)12/4/202247長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院1112192021221234103738555687884.7原子結(jié)構(gòu)與元素周期律

1、周期數(shù)=原子的電子層數(shù)n2、能級(jí)組與各周期所含元素的個(gè)數(shù)12/4/202248長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.7原子結(jié)構(gòu)與元素周期律1、周期數(shù)=原子的電4.7原子結(jié)構(gòu)與元素周期律

3、能級(jí)交錯(cuò)與各層所能容納最多電子數(shù)

a、四個(gè)量子數(shù)的要求

2n2b、能級(jí)交錯(cuò)的要求最外層不超過(guò)8個(gè)電子；次外層不超過(guò)18個(gè)電子；倒數(shù)第三層不超過(guò)32個(gè)電子。4、主族與副族

a、主族元素的族數(shù)=原子最外層的電子數(shù)特點(diǎn)：次外層的電子數(shù)為8或1812/4/202249長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.7原子結(jié)構(gòu)與元素周期律3、能級(jí)交錯(cuò)與各層所能容納最4.7原子結(jié)構(gòu)與元素周期律b、副族元素：主族元素以外的其它元素特點(diǎn)：8<次外層的電子數(shù)<18

族數(shù)=(n-1)d+ns的電子數(shù)（第Ⅷ族外）c、ⅠB、ⅡB副族元素的特點(diǎn)族數(shù)=最外層的電子數(shù)d、第Ⅷ族的特點(diǎn)12/4/202250長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.7原子結(jié)構(gòu)與元素周期律b、副族元素：主族元素以外的其4.7原子結(jié)構(gòu)與元素周期律

5、元素的分區(qū)

s區(qū)ns1-2p區(qū)ns2np1-6過(guò)渡元素

d區(qū)（n-1)d1-9ns1-2ds區(qū)(n-1)d10ns1-2

f區(qū)(n-2)f1-14(n-1)d0-1ns2：內(nèi)過(guò)渡元素過(guò)渡元素

12/4/202251長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.7原子結(jié)構(gòu)與元素周期律5、元素的分區(qū)過(guò)渡元素124.8原子半徑變化的周期性1、同一主族從上到下，原子半徑逐漸增大原因：隨著電子層數(shù)的增多，原子核對(duì)核外電子的吸引逐漸減小。

2、在短周期中從左到右原子半徑逐漸減小原因：隨著核電荷數(shù)的增多，原子核對(duì)核外電子的吸引能力逐漸增強(qiáng)。12/4/202252長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.8原子半徑變化的周期性1、同一主族從上到下，原子半4.8原子半徑變化的周期性3、鑭系收縮鑭系元素的原子半徑和離子半徑隨著原子序數(shù)的增加而逐漸減小的現(xiàn)象稱為鑭系收縮。

4、鑭系收縮的結(jié)果

ⅣBZr和HfⅤBNb和TaⅥBMo和W

每對(duì)原子的原子半徑和離子半徑較接近，化學(xué)性質(zhì)也十分相似，造成這三對(duì)元素在分離上十分困難。12/4/202253長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.8原子半徑變化的周期性3、鑭系收縮每對(duì)原子的4.9電離能I（又稱電離勢(shì)）1、第一電離能I1

氣態(tài)原子失去一個(gè)電子，生成十l價(jià)的氣態(tài)陽(yáng)離子所需要的能量。2、第二電離能I2

從十1價(jià)的氣態(tài)陽(yáng)離子再失去一個(gè)電子，生成十2價(jià)的氣態(tài)陽(yáng)離子時(shí)，所需要的能量。例如：Na(g)→Na++e△H=I1>0Mg+(g)→Mg2+(g)+e△H=I2>0Na(s)→Na+(g)+2e△H=△H升華+I1Mg(s)→Mg2+(g)+2e△H=△H升華+I1+I2

12/4/202254長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.9電離能I（又稱電離勢(shì)）1、第一電離能I112/1/3、各級(jí)電離能的順序

I1<I2<I3

原因：離子的電荷正值越來(lái)越大，半徑越來(lái)越小，核對(duì)外層電子的吸引力越來(lái)越強(qiáng)，所以失去電子越來(lái)越困難。

4、電離能的周期性同一周期從左到右，隨著電荷數(shù)的增加，原子半徑逐漸減小，核對(duì)電子的吸引越來(lái)越大，因此失去一個(gè)電子越來(lái)越困難，即I1逐漸增大。

4.9電離能I（又稱電離勢(shì)）12/4/202255長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院3、各級(jí)電離能的順序4.9電離能I（又稱電離勢(shì)）12/討論：a、同一周期第ⅢA元素的第一電離能比ⅡA、ⅣA的低，ns2np1失去一個(gè)電子時(shí)，p軌道為全空狀態(tài)，穩(wěn)定；b、同一周期第ⅥA元素的第一電離能比ⅤA、ⅦA的低，ns2np4失去一個(gè)電子，p軌道為半充滿狀態(tài)，穩(wěn)定；c、同一周期第ⅤA元素的第一電離能比ⅣA、ⅥA的高，ns2np3為穩(wěn)定狀態(tài)，失去一個(gè)電子造成

ns2np2，不如半充滿穩(wěn)定；d、同一周期第ⅡB元素的第一電離能比左鄰右舍高，nd10ns2為d電子全充滿狀態(tài)，穩(wěn)定。4.9電離能I（又稱電離勢(shì)）12/4/202256長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院討論：4.9電離能I（又稱電離勢(shì)）12/1/2022564.10

電子親和能EA（電子親和勢(shì)）1、第一電子親合能處于基態(tài)的氣態(tài)原子，獲得一個(gè)電子，生成－l價(jià)的氣態(tài)陰離子所放出的能量，稱為該原子的第一電子親合能（勢(shì)）。常用符號(hào)EA1表示。2、第二電子親合能從－1價(jià)的氣態(tài)陰離子再獲得一個(gè)電子，生成－2價(jià)的氣態(tài)陰離子時(shí)，所需要的能量稱為第二電子親合能。常用符號(hào)EA2表示。

12/4/202257長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.10電子親和能EA（電子親和勢(shì)）1、第一電子親合能1

S(g)＋e→S－(g)；△H=EA1S－(g)＋e→S2－(g)；△H=EA2S(s)＋2e→S2－(g)；△H=△HS，升華＋EA1＋EA2

4.10電子親和能EA（電子親和勢(shì)）12/4/202258長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.10電子親和能EA（電子親和勢(shì)）12/1/204.11電負(fù)性（）1、元素間相互化合時(shí)，原子對(duì)電子吸引能力的大小，稱為該元素的電負(fù)性。討論：a、元素的非金屬性越強(qiáng)，其電負(fù)性就越大，最大者為F=4.0b、元素的金屬性越強(qiáng)，其電負(fù)性就越小，最小者為Cs=0.72、電負(fù)性的三種標(biāo)度

a、鮑林電負(fù)性

b、密立根電負(fù)性

c、阿萊-羅周電負(fù)性12/4/202259長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.11電負(fù)性（）1、元素間相互化合時(shí)，原子對(duì)電子吸學(xué)習(xí)要求1.了解微觀粒子運(yùn)動(dòng)的特殊性及原子軌道、波函數(shù)、概率、概率密度、電子云的概念，了解原子軌道和電子云的角度分布特征;2.掌握描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的四個(gè)量子數(shù)的物理意義、取值規(guī)律和合理組合。3.掌握原子核外電子排布規(guī)律，并根據(jù)電子排布式判斷元素在周期表中的位置及有關(guān)性質(zhì)。4.了解原子半徑、有效核電荷、電離能、電子親和能和電負(fù)性的概念，并掌握其遞變規(guī)律。

12/4/202260長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院學(xué)習(xí)要求1.了解微觀粒子運(yùn)動(dòng)的特殊性及原子軌道、波函數(shù)、概率本章內(nèi)容第一節(jié)氫原子光譜和玻爾理論第二節(jié)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)特征第三節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述第四節(jié)多電子原子結(jié)構(gòu)第五節(jié)元素的電離能、電子親和能和電負(fù)性12/4/202261長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院本章內(nèi)容第一節(jié)氫原子光譜和玻爾理論12/1/20222長(zhǎng)4.1氫原子光譜和玻爾理論4.1.1氫原子光譜12/4/202262長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.1氫原子光譜和玻爾理論4.1.1氫原子光譜12/14.1.1氫原子光譜結(jié)論：

(1)氫原子光譜是不連續(xù)的線狀光譜，具有量子化的特征。

(2)從長(zhǎng)波到短波，譜線間的距離越來(lái)越小，且譜線具有確定的位置，具有明顯的規(guī)律性。12/4/202263長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.1.1氫原子光譜結(jié)論：12/1/20224長(zhǎng)江大學(xué)化4.1.2玻爾理論1、理論要點(diǎn)：

①核外電子運(yùn)動(dòng)取一定的軌道，在此軌道上運(yùn)動(dòng)的電子既不吸收能量也不放出能量；②在不同軌道上運(yùn)動(dòng)的電子具有不同的能量，其能量只能取某些由量子化條件決定的正整數(shù)值；③電子在不同的軌道上躍遷時(shí)，吸收或放出能量。12/4/202264長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.1.2玻爾理論1、理論要點(diǎn)：12/1/20225長(zhǎng)江2、波爾理論的應(yīng)用（對(duì)氫原子光譜的解釋）

①氫原子在正常或穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，電子在n=1的軌道上運(yùn)動(dòng)，稱為基態(tài)E=13.6eV或2.179×10-18J,其半徑為52.9pm，稱為玻爾半徑。

4.1.2玻爾理論

12/4/202265長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院2、波爾理論的應(yīng)用（對(duì)氫原子光譜的解釋）4.1.2玻爾理4.1.2玻爾理論②對(duì)于氫原子，當(dāng)激發(fā)到高能態(tài)E2的電子躍回到較低能態(tài)E1時(shí)所放出的能量以光的形式表現(xiàn)出來(lái)。E2－E1＝h

n2>n1且n1=2，n2=３，４，５，６……12/4/202266長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.1.2玻爾理論②對(duì)于氫原子，當(dāng)激發(fā)到高能態(tài)E2的電子4.1.2玻爾理論3、優(yōu)點(diǎn)

沖破了經(jīng)典物理中能量連續(xù)變化的束縛，用量子化解釋了經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解決的原子結(jié)構(gòu)和氫光譜的關(guān)系，指出原子結(jié)構(gòu)具有量子化的特性。4、缺陷由于沒(méi)有考慮電子運(yùn)動(dòng)的另一重要特性——波粒二象性，使電子在原子核外的運(yùn)動(dòng)采取了宏觀物體的固定軌道，致使玻爾理論在解釋多電子原子的光譜和光譜線在磁場(chǎng)中的分裂，譜線的強(qiáng)度等實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，遇到了難以解決的困難。12/4/202267長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.1.2玻爾理論3、優(yōu)點(diǎn)

沖破了經(jīng)典物理中能量連4.2

微觀粒子的運(yùn)動(dòng)特征4.2.1

波粒二象性

1.光的波粒二象性

由E=mc2和E=hv,可得

c=λv

光的波粒二象性可表示為：mc=E/c=λv/c

即P=h/λ光具有動(dòng)量和波長(zhǎng)，也即光具有波粒二象性。12/4/202268長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.2微觀粒子的運(yùn)動(dòng)特征4.2.1波粒二象性光具有動(dòng)量和4.2.1

波粒二象性2.

德布羅依波

具有質(zhì)量為m的微觀粒子，運(yùn)動(dòng)速度為v，其相應(yīng)的波長(zhǎng)為。這種實(shí)物微粒具有的波稱為德布羅依波（也叫物質(zhì)波）。12/4/202269長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.2.1波粒二象性2.德布羅依波12/1/2022104.2.2量子化玻爾模型：

(1)氫原子中，電子可以處于多種穩(wěn)定的能量狀態(tài)（基態(tài)和激發(fā)態(tài)）；En=E0/n2(2)n越大，表示電子離核越遠(yuǎn)，能量就越高；

(3)電子發(fā)生躍遷時(shí)，才會(huì)放出或吸收能量。即，

能量是量子化的，不連續(xù)的，由此產(chǎn)生的原子光譜必然是分離的，不連續(xù)的。12/4/202270長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.2.2量子化玻爾模型：12/1/202211長(zhǎng)江大學(xué)化海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理：電子在核外空間所處的位置與電子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量?jī)烧卟荒芡瑫r(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定，二者誤差的乘積為一定值h，即△x·△p≈hv

（△x－粒子位置的不準(zhǔn)量；△p－粒子動(dòng)量的不準(zhǔn)值）

結(jié)論：a、粒子位置的測(cè)定準(zhǔn)確度越大，則相應(yīng)的動(dòng)量的測(cè)定正確度越小，反之亦然。

b、微觀粒子運(yùn)動(dòng)與宏觀物體的運(yùn)動(dòng)不同，沒(méi)有確定的一成不變的固定軌道，軌道一詞在微觀世界中根本就不存在。

4.2.3測(cè)不準(zhǔn)原理12/4/202271長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理：4.2.3測(cè)不準(zhǔn)原理12/1/202211926年，奧地利物理學(xué)家薛定諤（Schr?dinger）提出了微觀粒子運(yùn)動(dòng)的波動(dòng)方程，即薛定諤方程：其中，為波動(dòng)函數(shù)，是空間坐標(biāo)x、y、z的函數(shù)。E為核外電子總能量，V為核外電子的勢(shì)能，h為普朗克常數(shù)，m為電子的質(zhì)量。4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述4.3.1薛定諤方程12/4/202272長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院1926年，奧地利物理學(xué)家薛定諤（Schr?dinger）提4.3.2波函數(shù)(

)與電子云(ll2

)1、波函數(shù)是描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的函數(shù)，也稱為原子軌道。沒(méi)有明確的物理意義。

2、ll2

代表在單位體積內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個(gè)電子的概率，稱為概率密度。

3、用點(diǎn)的疏密來(lái)表示ll2

值的大小，就得到電子云圖。即電子云是概率密度的形象化描述。4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述yxb12/4/202273長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.3.2波函數(shù)()與電子云(ll2)4.31、主量子數(shù)

n表示核外的電子層數(shù)并確定電子到核的平均距離決定電子能量高低的主要因素確定單電子原子的電子運(yùn)動(dòng)的能量n

的取值：n=1，2，3，4，…求解H原子薛定諤方程得到：每一個(gè)對(duì)應(yīng)原子軌道中電子的能量只與n有關(guān)：n的值越大，電子能級(jí)就越高。En=(–1312/n2)kJ·mol-1對(duì)應(yīng)于電子層K，L，M，N,···4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述4.3.3四個(gè)量子數(shù)12/4/202274長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院1、主量子數(shù)n表示核外的電子層數(shù)并確定電子到核的平均距離注意：

n相同的電子在同樣的空間范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)構(gòu)成一層→電子層；氫原子核外電子的能量?jī)H僅取決于n;規(guī)律：n值越大，電子離核越遠(yuǎn)，能量越高n值越小，電子離核越近，能量越低一般情況下E1<E2<E3<E4<…En4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述12/4/202275長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院注意：4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述12/1/202216長(zhǎng)2、角量子數(shù)ll的取值：l=0，1，2，3，···，(n–1)s、p、d、f軌道。附圖原子軌道形狀確定原子軌道（波函數(shù)）的形狀；4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述12/4/202276長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院2、角量子數(shù)ll的取值：l=0，1，2，3，···，對(duì)于多電子原子，與n共同確定原子軌道的能量。注意：

n,l相同的電子屬于同一能級(jí)；n,l

任一不同的電子能量高低不等。規(guī)律：n相同，l

越大能量越高:E2s<E2p

E3s<E3p<E3d

E4s<E4p<E4d<E4f

總之，一般情況下Ens<Enp<End<Enf

4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述12/4/202277長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院對(duì)于多電子原子，與n共同確定原子軌道的能量。注意：4.33、磁量子數(shù)mm的取值:m=0，±1，±2，···，±l，共可取2l+1個(gè)值確定原子軌道的空間取向，與E無(wú)關(guān)；p軌道,m=-1,0,+1,有三個(gè)伸展方向圖原子軌道伸展方向4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述12/4/202278長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院3、磁量子數(shù)mm的取值:m=0，±1，d軌道,m=-2,-1,0,+1,+2有五個(gè)伸展方向圖原子軌道伸展方向4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述12/4/202279長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院d軌道,m=-2,-1,0,+1,+2有五個(gè)伸展方向圖注意：每亞層中最多可能有的軌道數(shù)=2l+1

每層中最多可能有的軌道數(shù)=n2

三個(gè)量子數(shù)n,l,m

決定一個(gè)原子軌道，不能完全決定電子的一種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述12/4/202280長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院注意：4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述12/1/202221長(zhǎng)ms的取值:+1/2和-1/2，也常形象地表示為和。4、自旋量子數(shù)ms意義：電子可以有兩種不同的自旋方向。對(duì)原子中的電子來(lái)說(shuō)，下列各組量子數(shù)中不可能存在的是

A.3,1,0,1/2

B.3,1,-1,-1/2

C.2,2,0,-1/2

D.1,0,0,0注意：

*四個(gè)量子數(shù)才能表示一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；

*每個(gè)軌道上僅有自旋方向相反的電子存在討論：4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述12/4/202281長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院ms的取值:+1/2和-1/2，也常形象地表示為和nlmms

相互關(guān)系及軌道表示12/4/202282長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院nlmms相互關(guān)系及軌道表示12/1/2022三個(gè)量子數(shù)組合有一定規(guī)則

n→l→m

，ms不受限制;三個(gè)量子數(shù)（n,l,m）決定一個(gè)原子軌道;四個(gè)量子數(shù)決定核外電子的(完備)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài);n，l相同的電子屬同一亞層，同一能級(jí)中能量相同的原子軌道稱簡(jiǎn)并(等價(jià))軌道，形同方向不同，如：3px,3py,3pz;四個(gè)量子數(shù)小結(jié)每層中：軌道數(shù)=n2,能級(jí)數(shù)=n，最多容納電子數(shù)=2n2

(最多狀態(tài)數(shù)=2n2)，且一個(gè)軌道中不可能有四個(gè)量子數(shù)完全相同的兩個(gè)電子存在。12/4/202283長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院三個(gè)量子數(shù)組合有一定規(guī)則n→l→m，ms不受限制;四4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述4.3.4波函數(shù)的角度分布圖波函數(shù)角度部分Y(θ,φ)在三維坐標(biāo)上的圖像稱為原子軌道的角度分布，圖像中的正、負(fù)號(hào)是函數(shù)值的符號(hào)。4.3.5電子云的角度分布圖波函數(shù)角度部分Y(θ,φ)的平方lYl2隨θ、φ角度部分變化的圖形，反映出電子在核外空間不同角度概率密度的大小。12/4/202284長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述4.3.4波函數(shù)的角度分布注意：這些圖象僅是函數(shù)的圖形，不表示原子軌道或電子云的實(shí)際形狀。12/4/202285長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院注意：這些圖象僅是函數(shù)的圖形，不表示原子軌道或電子云的實(shí)際形★酷似波函數(shù)的角度分布圖，形狀較”瘦”★但是,葉瓣不再有“+”、“-”之分★要求牢記：◎s,p,d電子云的形狀；◎s,p,d電子云在空間的伸展方向。電子云和波函數(shù)的角度分布圖比較：4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述12/4/202286長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院★酷似波函數(shù)的角度分布圖，形狀較”瘦”電子云和波函數(shù)的角4.3.5電子云的徑向分布圖4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述反映電子在核外空間出現(xiàn)的概率離核的遠(yuǎn)近。3s2sD(r)r3sD(r)r3p3d12/4/202287長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.3.5電子云的徑向分布圖4.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描小結(jié)用量子力學(xué)方法描寫核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的要點(diǎn)可歸納如下：

(1)電子在原子中運(yùn)動(dòng)服從薛定諤方程，沒(méi)有固定的軌跡，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由波函數(shù)來(lái)描述。ll2

是電子幾率密度分布函數(shù)，波函數(shù)角度分布圖突出表示了軌道函數(shù)極值方向和正負(fù)號(hào)。12/4/202288長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院小結(jié)用量子力學(xué)方法描寫核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的要點(diǎn)可歸納

(2)電子在核外的分布狀態(tài)是與確定的能量相聯(lián)系的，而能量是量子化的。在氫原子中能量由n

確定，在多電子原子中還與l

有關(guān)。

(3)四個(gè)量子數(shù)規(guī)定了原子中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。四個(gè)量子數(shù)的取值范圍為：n=1,2,3,…正整數(shù)；l=0,1,2,…(n-1)；m=0,±1,±2,…±l；ms=±1/2。小結(jié)12/4/202289長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院(2)電子在核外的分布狀態(tài)是與確定的能量相聯(lián)系的，而4.4多電子原子結(jié)構(gòu)１、氫原子的能級(jí)特點(diǎn)：

a、核電荷Z＝１，原子核外只有一個(gè)電子

b、電子只受到原子核的作用12/4/202290長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.4多電子原子結(jié)構(gòu)１、氫原子的能級(jí)12/1/202234.4多電子原子的能級(jí)２、多電子原子的能級(jí)在多電子原子中，電子不僅受原子核的吸引，而且它們彼此之間也存在著相互排斥作用。（１）屏蔽效應(yīng)其它電子對(duì)某一選定電子的排斥作用實(shí)際上就是削弱了原子核對(duì)該電子的吸引作用，因此原子核作用于該電子的正電荷變成Z*=Z－σ，我們把Z*稱之為有效核電荷，σ叫做屏蔽常數(shù)，上述作用稱之為屏蔽效應(yīng)。12/4/202291長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.4多電子原子的能級(jí)２、多電子原子的能級(jí)12/1/2

a、將原子中的電子按內(nèi)外次序分組:(1s)；(2s2p)；(3s3p)；(3d)；(4s4p)；(4d)；(4f)；(5s5p)；(5d)；(5f)；（6s，6p）等；b、外層電子對(duì)內(nèi)層電子沒(méi)有屏蔽作用，σ=0；c、同一組，σ=0.35(但1s,σ=0.30)；d、（n-1）組對(duì)（ns，np）的=0.85，對(duì)nd或nf的

σ=1.00；e、更內(nèi)層的各組=1.00。（n-2,n-3,n-4…;對(duì)n組）（2）屏蔽常數(shù)的計(jì)算方法（Slater規(guī)則）4.4多電子原子的能級(jí)12/4/202292長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院a、將原子中的電子按內(nèi)外次序分組:(1s)；(2s2p)為什么2s價(jià)電子比2p

價(jià)電子受到較小的屏蔽?QuestionSolution

2s電子云徑向分布曲線除主峰外,還有一個(gè)距核更近的小峰.這暗示,部分電子云鉆至離核更近的空間,從而部分回避了其他電子的屏蔽.12/4/202293長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院為什么2s價(jià)電子比2p價(jià)電子受到較小的屏蔽?4.4多電子原子的能級(jí)（3）多電子原子的能級(jí)（4）鉆穿效應(yīng)由于電子的角量子數(shù)不同，軌道電子云的徑向分布不同，電子鉆到核附近的幾率不同，因而能量不同的現(xiàn)象，稱為電子云的鉆穿效應(yīng)。鉆穿效應(yīng)反映了選定電子回避其它電子對(duì)其屏蔽的能力。12/4/202294長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.4多電子原子的能級(jí)（3）多電子原子的能級(jí)（4）鉆穿效（1）角量子數(shù)相同，主量子數(shù)不同時(shí)的能級(jí)順序①

l=0時(shí)，即1s、2s、3s、4s、5s、6s……之間的能級(jí)順序E(1s)＜E(2s)＜E(3s)＜E(4s)＜E(5s)＜E(6s)②l=1、2、3時(shí)，同理可得E(2p)＜E(3p)＜E(4p)＜E(5p)＜E(6p)……E(3d)＜E(4d)＜E(5d)＜E(6d)……E(4f)＜E(5f)＜E(6f)……能級(jí)順序的理論推導(dǎo)12/4/202295長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院（1）角量子數(shù)相同，主量子數(shù)不同時(shí)的能級(jí)順序E(1s)＜（2）主量子數(shù)相同，角量子數(shù)不同時(shí)的能級(jí)順序①n=2時(shí)，E(2s)＜E(2p)

②n=3、4時(shí)，同理可得

E(3s)＜E(3p)＜E(3d)E(4s)＜E(4p)＜E(4d)＜E(4f)能級(jí)順序的理論推導(dǎo)12/4/202296長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院（2）主量子數(shù)相同，角量子數(shù)不同時(shí)的能級(jí)順序能級(jí)順序的理論推（3）主量子數(shù)n和角量子數(shù)l都不相同時(shí)的能級(jí)順序由前述知：E(1s)＜E(2s)＜E(3s)……E(2s)＜E(2p)但E(3s)和E(2p)之間的關(guān)系呢？能級(jí)順序的理論推導(dǎo)E(1s)＜E(2s)＜E(2p)＜E(3s)＜E(3p)＜E(4s)＜E(3d)＜E(4p)＜E(5s)＜E(4d)＜E(5p)＜E(6s)＜E(4f)＜E(5d)＜E(6p)＜E(7s)＜E(5f)＜E(5d)＜E(6p)能級(jí)交錯(cuò)12/4/202297長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院（3）主量子數(shù)n和角量子數(shù)l都不相同時(shí)的能級(jí)順序能級(jí)順序的理3、近似能級(jí)圖

4.4多電子原子的能級(jí)12/4/202298長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院3、近似能級(jí)圖4.4多電子原子的能級(jí)12/1/2022特點(diǎn)：

a、相鄰兩個(gè)能級(jí)組之間的能量相差較大；

b、組內(nèi)能級(jí)之間的能量相差較小。4.4多電子原子的能級(jí)用(n+0.7l)值衡量軌道能量的高低。4、徐光憲規(guī)則(n+0.7l)值首位數(shù)相同的能級(jí)為同一能級(jí)組,是劃分周期的依據(jù)。12/4/202299長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院特點(diǎn)：4.4多電子原子的能級(jí)用(n+0.7l)值衡量軌4.5核外電子排布的規(guī)律

1、能量最低原理電子在原子軌道上的分布，要盡可能地使電子占據(jù)能量最低的軌道。亦即按近似能級(jí)圖的順序依次填充電子，這就是能量最低原理。

2、保里不相容原理同一個(gè)原子中不可能存在4個(gè)量子數(shù)完全相同的電子。12/4/2022100長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.5核外電子排布的規(guī)律1、能量最低原理12/1/24.5核外電子排布的規(guī)律3、洪特規(guī)則在簡(jiǎn)并軌道上分布的電子，盡可能分占磁量子數(shù)不同的軌道，且自旋方向平行，即以半充滿，全充滿和全空狀態(tài)最為穩(wěn)定。12/4/2022101長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.5核外電子排布的規(guī)律3、洪特規(guī)則12/1/20224

根據(jù)Hund’srule,下列三種排布中哪一種是氮原子的實(shí)際電子組態(tài)?Question12/4/2022102長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院根據(jù)Hund’srule,下列三種排布中哪一種是4.6

電子排布式與電子構(gòu)型例寫出Z=24的鉻元素的電子排布式解：原子序數(shù)為24，其中1s,2s,2p,3s,3p共5個(gè)能級(jí)9個(gè)軌道排布了18個(gè)電子。不考慮洪特規(guī)則時(shí)，排列方式應(yīng)是1s22s22p63s23p63d44s2，考慮補(bǔ)充規(guī)則時(shí)，則為1s22s22p63s23p63d54s1實(shí)驗(yàn)證實(shí)，后者是正確結(jié)果思考：29號(hào)元素的電子排布式如何？1s22s22p63s23p63d104s112/4/2022103長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.6電子排布式與電子構(gòu)型例寫出Z=24的鉻元素的電子例寫出26Fe原子的核外電子分布式和特征電子構(gòu)型以及Fe3+離子的特征電子構(gòu)型。解：原子序數(shù)為26，因此核外電子排列方式應(yīng)是1s22s22p63s23p63d64s2外層電子構(gòu)型則是：3d64s2Fe3+離子的外層電子構(gòu)型則是： 3s23p63d54.6

電子排布式與電子構(gòu)型1、第四周期

K(19)，Ca(20)，Cr(24)，Cu(29)2、第五周期

Rb(37),Sr(38),Mo(42),Ag(47)3、第六周期

Cs(55),Ba(56),La(57),Gd(64),Lu(71)原子

能級(jí)排列序列

光譜實(shí)驗(yàn)序列

Cr

Mo

Cu

Ag

Au

[Ar]3d

44s

2

[Kr]4d

45s

2

[Ar]3d

94s

2

[Kr]4d

95s

2

[Xe]4f

145d

96s

2

[Ar]3d

54s

1

[Kr]4d

55s

1

[Ar]3d

104s

1

[Kr]4d

105s

1

[Xe]4f14

5d106s

1

12/4/2022104長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院例寫出26Fe原子的核外電子分布式和特征電子構(gòu)型以及Fe3元素周期表中原子結(jié)構(gòu)規(guī)律及特例分析4、第五周期例外的元素

Nb(41),Ru(44),Rh(45),Pd(46)5、第六周期例外的元素

Ce(58),W(74),Pt(78)原因：5s和4d之間的能級(jí)差較小，存在電子間的相互激發(fā)較多。結(jié)論：不能拿客觀事實(shí)去適應(yīng)原理，它只能說(shuō)明我們的原理還不夠完善，有待改進(jìn)。

12/4/2022105長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院元素周期表中原子結(jié)構(gòu)規(guī)律及特例分析4、第五周期例外的元素1211Na12Mg19K20Ca21Sc22Ti1H2He3Li4Be10Ne37Rb38Sr55Cs56Ba87Fr88Ra39Y40Zr71Lu72Hf103Lr104Rf23V41Nb73Ta105Db24Cr42Mo74W106Sg25Mn26Fe43Tc44Ru75Re76Os107Bh108Hs27Co45Rh77Ir109Mt28Ni46Pd78Pt29Cu47Ag79Au30Zn48Cd80Hg31Ga49In81Tl5B13Al32Ge50Sn82Pb6C14Si33As51Sb83Bi7N15P34Se52Te84Po8O16S35Br53I85At9F17Cl36Kr54Xe86Rn18Ar57La58Ce59Pr60Nd61Pm62Sm63Eu64Gd65Tb66Dy67Ho68Er69Tm70Yb89Ac90Th91Pa92U93Np94Pu95Am96Cm97Bk98Cf99Es100Fm101Md102No非金屬元素堿金屬元素堿土金屬元素d區(qū)金屬元素過(guò)渡元素鹵素過(guò)渡元素p區(qū)元素f區(qū)金屬ds區(qū)金屬元素周期表S區(qū)12/4/2022106長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院1112192021221234103738555687884.7原子結(jié)構(gòu)與元素周期律

1、周期數(shù)=原子的電子層數(shù)n2、能級(jí)組與各周期所含元素的個(gè)數(shù)12/4/2022107長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院4.7原子結(jié)構(gòu)與元素周期律1、周期數(shù)=原子的電4.7原子結(jié)構(gòu)與元素周期律

3、能級(jí)交錯(cuò)與各層所能容納最多電子數(shù)

a、四個(gè)量子數(shù)的要求

2n2b、能級(jí)交錯(cuò)的要求最外層不超過(guò)8個(gè)電子；次外層不超過(guò)18個(gè)電子；倒數(shù)第三層不超過(guò)32個(gè)電子。4、主族與副族

a、主族元素的族數(shù)=原子最外層的電