原子結(jié)構(gòu)與元素周期律課件3魯科版

第五章原子結(jié)構(gòu)與元素周期律第一節(jié)原子核外電子的運動狀態(tài)第二節(jié)原子中電子的排布第三節(jié)原子核外電子排布與元素周期律第四節(jié)元素性質(zhì)的周期性第五章原子結(jié)構(gòu)與元素周期律第一節(jié)原子核外電子的第一節(jié)原子核外電子的運動狀態(tài)1.早期原子結(jié)構(gòu)模型的建立2.電子的波粒二象性3.波函數(shù)與原子軌道4.概率密度與電子云5.四個量子數(shù)6.多電子原子軌道能級第一節(jié)原子核外電子的運動狀態(tài)1.早期原子結(jié)構(gòu)模型的建立1.早期原子軌道模型的建立1)公元前約四百年,古希臘Democritus提出萬物由”原子”產(chǎn)生.”Atum”

不可分割,主要是臆測.2)十八世紀末,隨著質(zhì)量守恒定律,定組成定律,倍比定律等相應(yīng)確定,Dolton提出了原子論.3)十九世紀,由于法國蓋呂薩克對氣體研究,原子論不能解釋;意大利的阿佛加德羅提出分子概念,從而建立了分子原子論.1.早期原子軌道模型的建立1)公元前約四百年,古希臘Dem4)十九世紀末二十世紀初,隨著電子的發(fā)現(xiàn),質(zhì)子的發(fā)現(xiàn),提出了帶核原子模型..原子由原子核和核外電子組成核位于中心,電子帶一個負電原子核=中子+質(zhì)子整個原子呈電中性但是,沒有說明電子在核外做何種運動.4)十九世紀末二十世紀初,隨著電子的發(fā)現(xiàn),質(zhì)子的發(fā)現(xiàn),提出Bohr原子光譜原子在強電場,高溫時發(fā)光,經(jīng)三棱鏡,得到分散光線.如氫原子光譜:Bohr原子光譜原子在強電場,高溫時發(fā)光,經(jīng)三棱鏡,得到分散Bohr理論(1)核外電子只能在有確定半徑和能量的軌道上運動,且不輻射能量;(2)通常保持能量最低------基態(tài)(3)獲能量激發(fā)------激發(fā)態(tài)(4)從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)釋放光能

E:軌道的能量ν：光的頻率

h:Planck常數(shù)Bohr理論E:軌道的能量成功在于:

相同原子發(fā)相同的光譜,不同原子發(fā)不同的光譜,

能很好解釋氫原子的光譜,但不能解釋多電子的原子和氫光譜的精細結(jié)構(gòu).

沒有完全擺脫經(jīng)典力學的束縛.成功在于:2電子的波粒二象性1924年：deBroglieLouis(德布羅意、法)認為：

質(zhì)量為m,運動速度為v的粒子,相應(yīng)的波長為：2電子的波粒二象性1924年：deBroglieL1927年，Davissson（戴維森）和Germer（杰爾曼）應(yīng)用Ni晶體進行電子衍射實驗，證實電子具有波動性。1927年，Davissson（戴維森）和Heisenberg的測不準原理像光子、電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子具有波粒二象性，很難用經(jīng)典力學來描述。Δx·Δp≈hHeisenberg的測不準原理3波函數(shù)與原子軌道1Schr?dinger方程3波函數(shù)與原子軌道1Schr?dinger方程波函數(shù)Ψ是量子力學描述核外電子運動狀態(tài)的數(shù)學函數(shù)式，其解的形式包含三個常量n,l,m.n主量子數(shù)，l角量子數(shù)，m磁量子數(shù)，取值為整數(shù)。例如：n=1,l=0,m=0時的波函數(shù)為Ψ100（x,y,z).

借用經(jīng)典力學軌道的概念，波函數(shù)就稱為原子軌道函數(shù)，簡稱原子軌道。波函數(shù)Ψ是量子力學描述核外電子運動狀態(tài)的數(shù)學直角坐標(x,y,z)與球坐標的轉(zhuǎn)換

直角坐標(x,y,z)與球坐標的轉(zhuǎn)換經(jīng)過這樣的轉(zhuǎn)化，波函數(shù)就可以用徑向分布函數(shù)和角度分布函數(shù)來表示。

經(jīng)過這樣的轉(zhuǎn)化，波函數(shù)就可以用徑向分布函數(shù)和原子結(jié)構(gòu)與元素周期律課件3魯科版原子結(jié)構(gòu)與元素周期律課件3魯科版原子結(jié)構(gòu)與元素周期律課件3魯科版33d態(tài):n=3,l=2,m=0,n=3,l=2,m=033d態(tài):n=3,l=2,m=0,n=3,l=2n=3,l=2n=3,l=2n=3,l=2n=3,l=2n=3,l=2n=3,l=2n=3,l=2n=3,l=23波函數(shù)的物理意義Ψ：描述原子核外電子運動的方式Ψ2:原子核外發(fā)現(xiàn)電子的幾率密度3波函數(shù)的物理意義Ψ：描述原子核外電子運動的方式Ψ22四個量子數(shù)(1)主量子數(shù)nn=1,2,3,……(2)角量子數(shù)

(3)磁量子數(shù)

m

(4)自旋量子數(shù)

ms2四個量子數(shù)(1)主量子數(shù)n(3)磁量子數(shù)主量子數(shù)n（層）１與電子能量有關(guān)，表示電子離核的平均距離，n越大表示離核越遠。取值從1開始。２不同的n值，對應(yīng)于不同的電子殼層：１２３４５……..

KLMNO……...主量子數(shù)n（層）角量子數(shù)(亞層)1與角動量有關(guān)，對于多電子原子，

l

也與n有關(guān)，取值從0到n-1。2l的取值0，1，2，3……n-1

s,p,d,f…...

球啞鈴花瓣花瓣形形形形3表示同一層內(nèi)，電子的能量的差別角量子數(shù)(亞層)磁量子數(shù)m1與角動量的取向有關(guān)，取值不同表示不同的空間伸展方向；一個值代表一個方向。2m可取0，±1,±2……±l（2l+1）等價軌道（簡并軌道）4如：n=3l=2時m=0，±1,±2,表示第三電子層上p亞層有5個空間伸展方向不同的d軌道.磁量子數(shù)m量子數(shù),電子層,電子亞層之間的關(guān)系

每個電子層最多

容納的電子數(shù)

主量子數(shù)n1234

電子層KLMN

角量子數(shù)

l0123電子亞層spdf

每個亞層中軌道數(shù)目1357每個亞層最多容納電子數(shù)26101413572610142818量子數(shù),電子層,電子亞層之間的關(guān)系每個電子層最多1小結(jié):量子數(shù)與電子云的關(guān)系(1)n:決定電子云的大小(2)l:描述電子云的形狀(3)m:

描述電子云的伸展方向小結(jié):量子數(shù)與電子云的關(guān)系(1)n:決定電子云的大小軌道:與氫原子類似,其電子運動狀態(tài)可描述為1s,2s,2px,2py,2pz,3s……能量:與氫原子不同,能量不僅與n有關(guān),也與l有關(guān);在外加場的作用下,還與m有關(guān)5多電子原子軌道能級軌道:與氫原子類似,其電子運動狀態(tài)可描5多電子原子軌道1Pauling近似能級圖1Pauling近似能級圖說明1.這是多原子的核外電子排布式的依據(jù)。2.n相同l不同：E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)3.l相同n不同：E(1s)<E(2s)<E(3s)……

4.原子軌道的能級交錯現(xiàn)象，由于屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)兩因素來說明。

說明1.這是多原子的核外電子排布式的依據(jù)。屏蔽效應(yīng)多電子原子受到原子核和其他電子的相互作用，使核電荷對外層電子的引力減弱。稱為屏蔽效應(yīng)。Slater提出經(jīng)驗規(guī)則：Z*=Z–σ（Z*有效核電荷）1）外層電子對內(nèi)層無屏蔽作用，σ=0。2）同組中每一個其他電子對被屏蔽電子的σ=0.35，（1s，σ=0.3）屏蔽效應(yīng)多電子原子受到原子核和其他電子的相互作用，使核電荷對3)(n-1)電子層中每個電子對n層被屏蔽的s、p電子的σ=0.85；（n-2）層以及更內(nèi)層的電子對n層的σ為1.004)如被屏蔽電子為（nd)或（nf）組中電子，同組中其他電子對被屏蔽的σ為0.35,內(nèi)組電子對被屏蔽電子的σ為1.00例;鉀原子的電子層結(jié)構(gòu)1s22s22p63s23p64s1

而不是1s22s22p63s23p63d1,即4s能級低于3d，試從有效核電荷說明之。3)(n-1)電子層中每個電子對n層被屏蔽的s、p電子的解：假定填入的1個電子是在4s;Z*=Z–σ=19-(0.85x8+1.00x10)=2.20

假如填入的1個電子是在3d;Z*=Z–σ=19-1.00x18=1.00結(jié)果：核對4s電子有效核電荷大于3d,即4s能級低于3d，所以鉀原子的最后1個電子應(yīng)填充在4s軌道上。解：假定填入的1個電子是在4s;鉆穿效應(yīng)外層電子在某種程度上滲透入內(nèi)部空間，出現(xiàn)在原子核附近，避開其余電子的屏蔽。當n一定，l愈小的原子軌道的電子，穿過內(nèi)層到核附近的幾率就大，避開其余電子的屏蔽也較好，而感受有效核電荷也較多。因而軌道能量也較低。即：4s<3d<4p.鉆穿效應(yīng)外層電子在某種程度上滲透入內(nèi)部空間，出第二節(jié)核外電子排布(1)最低能量原理電子在核外排列應(yīng)盡先分布在低能級軌道上,使整個原子系統(tǒng)能量最低。(2)Pauli不相容原理每個原子軌道中最多容納兩個自旋式相反的電子。(3)Hund規(guī)則在n和

m相同的軌道上,分布電子,將盡可能得分布m值不同的軌道,且自旋相同。第二節(jié)核外電子排布(1)最低能量原理N:Hund特例當軌道處于全滿,半滿.全空時,原子較穩(wěn)定26號Fe:1s22s22p63s23p63d64s2N:Hund特例26號Fe:1s22s22p63s2第三節(jié)原子核外電子排布與

元素周期律

1.元素周期表是按原子結(jié)構(gòu)排列的。2.原子序數(shù)=原子核電荷數(shù)=核外電子數(shù)3.周期數(shù)=電子層數(shù)=能級組數(shù)4.元素性質(zhì)周期性是由于原子隨著原子序數(shù)的增大，周期地重復著近似的電子層結(jié)構(gòu)的緣故。5.主族元素所填的電子是在最外層的s軌道和p軌道；若是在此外層即d軌道則是過度元素（副族元素）；若是在外數(shù)第三層的f軌道上，則稱為內(nèi)過渡元素。第三節(jié)原子核外電子排布與

元素周期律

1.元素周期表是按6.元素周期表分為s、p、d、f四區(qū)。7.同族元素中，電子層結(jié)構(gòu)相似，所以性質(zhì)相似。8.元素的性質(zhì)，決定于它的結(jié)構(gòu)，通過原子結(jié)構(gòu)才能從本質(zhì)上了解元素的性質(zhì)。元素的性質(zhì)主要有原子得失電子難易以及能夠使用多少電子去成鍵兩方面。6.元素周期表分為s、p、d、f四區(qū)。第四節(jié)元素性質(zhì)的周期性1原子半徑(1)共價半徑(2)金屬半徑(3)vanderWaals半徑主族元素：從左到右r減小從上到下r增大過渡元素：從左到右r緩慢減小

從上到下r略有增大鑭系收縮第四節(jié)元素性質(zhì)的周期性1原子半徑(1)共價半主族元素主族元素

元素的原子半徑變化元素的原子半徑變化2電離能E(g)==E+(g)+e-I

1E+(g)==E2+(g)+e-I

2（1）主族元素同周期從左到右I1增大同族從上到下I1減小（2）過渡元素

I

1變化不大總趨勢：從左到右

I1

略有增加

2電離能E(g)==E+(g)+e-電離能變化電離能變化3電子親和能

X(g)+e-==X-(g)

X-(g)+e-==X2-(g)O-(g)

+e-==O2-(g)A2=-780kJ.mol-13電子親和能X(g)+e-==X-電子親和能變化電子親和能變化電負性變化電負性變化有了堅定的意志，就等于給雙腳添了一對翅膀。一個人的價值在于他的才華，而不在他的衣飾。生活就像海洋，只有意志堅強的人，才能到達彼岸。讀一切好的書，就是和許多高尚的人說話。最聰明的人是最不愿浪費時間的人。有了堅定的意志，就等于給雙腳添了一對翅膀。第五章原子結(jié)構(gòu)與元素周期律第一節(jié)原子核外電子的運動狀態(tài)第二節(jié)原子中電子的排布第三節(jié)原子核外電子排布與元素周期律第四節(jié)元素性質(zhì)的周期性第五章原子結(jié)構(gòu)與元素周期律第一節(jié)原子核外電子的第一節(jié)原子核外電子的運動狀態(tài)1.早期原子結(jié)構(gòu)模型的建立2.電子的波粒二象性3.波函數(shù)與原子軌道4.概率密度與電子云5.四個量子數(shù)6.多電子原子軌道能級第一節(jié)原子核外電子的運動狀態(tài)1.早期原子結(jié)構(gòu)模型的建立1.早期原子軌道模型的建立1)公元前約四百年,古希臘Democritus提出萬物由”原子”產(chǎn)生.”Atum”

不可分割,主要是臆測.2)十八世紀末,隨著質(zhì)量守恒定律,定組成定律,倍比定律等相應(yīng)確定,Dolton提出了原子論.3)十九世紀,由于法國蓋呂薩克對氣體研究,原子論不能解釋;意大利的阿佛加德羅提出分子概念,從而建立了分子原子論.1.早期原子軌道模型的建立1)公元前約四百年,古希臘Dem4)十九世紀末二十世紀初,隨著電子的發(fā)現(xiàn),質(zhì)子的發(fā)現(xiàn),提出了帶核原子模型..原子由原子核和核外電子組成核位于中心,電子帶一個負電原子核=中子+質(zhì)子整個原子呈電中性但是,沒有說明電子在核外做何種運動.4)十九世紀末二十世紀初,隨著電子的發(fā)現(xiàn),質(zhì)子的發(fā)現(xiàn),提出Bohr原子光譜原子在強電場,高溫時發(fā)光,經(jīng)三棱鏡,得到分散光線.如氫原子光譜:Bohr原子光譜原子在強電場,高溫時發(fā)光,經(jīng)三棱鏡,得到分散Bohr理論(1)核外電子只能在有確定半徑和能量的軌道上運動,且不輻射能量;(2)通常保持能量最低------基態(tài)(3)獲能量激發(fā)------激發(fā)態(tài)(4)從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)釋放光能

E:軌道的能量ν：光的頻率

h:Planck常數(shù)Bohr理論E:軌道的能量成功在于:

相同原子發(fā)相同的光譜,不同原子發(fā)不同的光譜,

能很好解釋氫原子的光譜,但不能解釋多電子的原子和氫光譜的精細結(jié)構(gòu).

沒有完全擺脫經(jīng)典力學的束縛.成功在于:2電子的波粒二象性1924年：deBroglieLouis(德布羅意、法)認為：

質(zhì)量為m,運動速度為v的粒子,相應(yīng)的波長為：2電子的波粒二象性1924年：deBroglieL1927年，Davissson（戴維森）和Germer（杰爾曼）應(yīng)用Ni晶體進行電子衍射實驗，證實電子具有波動性。1927年，Davissson（戴維森）和Heisenberg的測不準原理像光子、電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子具有波粒二象性，很難用經(jīng)典力學來描述。Δx·Δp≈hHeisenberg的測不準原理3波函數(shù)與原子軌道1Schr?dinger方程3波函數(shù)與原子軌道1Schr?dinger方程波函數(shù)Ψ是量子力學描述核外電子運動狀態(tài)的數(shù)學函數(shù)式，其解的形式包含三個常量n,l,m.n主量子數(shù)，l角量子數(shù)，m磁量子數(shù)，取值為整數(shù)。例如：n=1,l=0,m=0時的波函數(shù)為Ψ100（x,y,z).

借用經(jīng)典力學軌道的概念，波函數(shù)就稱為原子軌道函數(shù)，簡稱原子軌道。波函數(shù)Ψ是量子力學描述核外電子運動狀態(tài)的數(shù)學直角坐標(x,y,z)與球坐標的轉(zhuǎn)換

直角坐標(x,y,z)與球坐標的轉(zhuǎn)換經(jīng)過這樣的轉(zhuǎn)化，波函數(shù)就可以用徑向分布函數(shù)和角度分布函數(shù)來表示。

經(jīng)過這樣的轉(zhuǎn)化，波函數(shù)就可以用徑向分布函數(shù)和原子結(jié)構(gòu)與元素周期律課件3魯科版原子結(jié)構(gòu)與元素周期律課件3魯科版原子結(jié)構(gòu)與元素周期律課件3魯科版33d態(tài):n=3,l=2,m=0,n=3,l=2,m=033d態(tài):n=3,l=2,m=0,n=3,l=2n=3,l=2n=3,l=2n=3,l=2n=3,l=2n=3,l=2n=3,l=2n=3,l=2n=3,l=23波函數(shù)的物理意義Ψ：描述原子核外電子運動的方式Ψ2:原子核外發(fā)現(xiàn)電子的幾率密度3波函數(shù)的物理意義Ψ：描述原子核外電子運動的方式Ψ22四個量子數(shù)(1)主量子數(shù)nn=1,2,3,……(2)角量子數(shù)

(3)磁量子數(shù)

m

(4)自旋量子數(shù)

ms2四個量子數(shù)(1)主量子數(shù)n(3)磁量子數(shù)主量子數(shù)n（層）１與電子能量有關(guān)，表示電子離核的平均距離，n越大表示離核越遠。取值從1開始。２不同的n值，對應(yīng)于不同的電子殼層：１２３４５……..

KLMNO……...主量子數(shù)n（層）角量子數(shù)(亞層)1與角動量有關(guān)，對于多電子原子，

l

也與n有關(guān)，取值從0到n-1。2l的取值0，1，2，3……n-1

s,p,d,f…...

球啞鈴花瓣花瓣形形形形3表示同一層內(nèi)，電子的能量的差別角量子數(shù)(亞層)磁量子數(shù)m1與角動量的取向有關(guān)，取值不同表示不同的空間伸展方向；一個值代表一個方向。2m可取0，±1,±2……±l（2l+1）等價軌道（簡并軌道）4如：n=3l=2時m=0，±1,±2,表示第三電子層上p亞層有5個空間伸展方向不同的d軌道.磁量子數(shù)m量子數(shù),電子層,電子亞層之間的關(guān)系

每個電子層最多

容納的電子數(shù)

主量子數(shù)n1234

電子層KLMN

角量子數(shù)

l0123電子亞層spdf

每個亞層中軌道數(shù)目1357每個亞層最多容納電子數(shù)26101413572610142818量子數(shù),電子層,電子亞層之間的關(guān)系每個電子層最多1小結(jié):量子數(shù)與電子云的關(guān)系(1)n:決定電子云的大小(2)l:描述電子云的形狀(3)m:

描述電子云的伸展方向小結(jié):量子數(shù)與電子云的關(guān)系(1)n:決定電子云的大小軌道:與氫原子類似,其電子運動狀態(tài)可描述為1s,2s,2px,2py,2pz,3s……能量:與氫原子不同,能量不僅與n有關(guān),也與l有關(guān);在外加場的作用下,還與m有關(guān)5多電子原子軌道能級軌道:與氫原子類似,其電子運動狀態(tài)可描5多電子原子軌道1Pauling近似能級圖1Pauling近似能級圖說明1.這是多原子的核外電子排布式的依據(jù)。2.n相同l不同：E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)3.l相同n不同：E(1s)<E(2s)<E(3s)……

4.原子軌道的能級交錯現(xiàn)象，由于屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)兩因素來說明。

說明1.這是多原子的核外電子排布式的依據(jù)。屏蔽效應(yīng)多電子原子受到原子核和其他電子的相互作用，使核電荷對外層電子的引力減弱。稱為屏蔽效應(yīng)。Slater提出經(jīng)驗規(guī)則：Z*=Z–σ（Z*有效核電荷）1）外層電子對內(nèi)層無屏蔽作用，σ=0。2）同組中每一個其他電子對被屏蔽電子的σ=0.35，（1s，σ=0.3）屏蔽效應(yīng)多電子原子受到原子核和其他電子的相互作用，使核電荷對3)(n-1)電子層中每個電子對n層被屏蔽的s、p電子的σ=0.85；（n-2）層以及更內(nèi)層的電子對n層的σ為1.004)如被屏蔽電子為（nd)或（nf）組中電子，同組中其他電子對被屏蔽的σ為0.35,內(nèi)組電子對被屏蔽電子的σ為1.00例;鉀原子的電子層結(jié)構(gòu)1s22s22p63s23p64s1

而不是1s22s22p63s23p63d1,即4s能級低于3d，試從有效核電荷說明之。3)(n-1)電子層中每個電子對n層被屏蔽的s、p電子的解：假定填入的1個電子是在4s;Z*=Z–σ=19-(0.85x8+1.00x10)=2.20

假如填入的1個電子是在3d;Z*=Z–σ=19-1.00x18=1.00結(jié)果：核對4s電子有效核電荷大于3d,即4s能級低于3d，所以鉀原子的最后1個電子應(yīng)填充在4s軌道上。解：假定填入的1個電子是在4s;鉆穿效應(yīng)外層電子在某種程度上滲透入內(nèi)部空間，出現(xiàn)在原子核附近，避開其余電子的屏蔽。當n一定，l愈小的原子軌道的電子，穿過內(nèi)層到核附近的幾率就大，避開其余電子的屏蔽也較好，而感受有效核電荷也較多。因而軌道能量也較低。即：4s<3d<4p.鉆穿效應(yīng)外層電子在某種程度上滲透入內(nèi)部空間，出第二節(jié)核外電子排布(1)最低能量原理電子在核外排列應(yīng)盡先分布在低能級軌道上,使整個原子系統(tǒng)能量最低。(2)Pauli不相容原理每個原子軌道中最多容納兩個自旋式相反的電子。(3)Hund規(guī)則在n和

m相同的軌道上,分布電子,將盡可能得分布m值不同的軌道,且自旋相同。第二節(jié)核外電子排布(1)最低能量原理N:Hund特例當軌道處于全滿,半滿.全空時,原子較穩(wěn)定26號Fe:1s22s22p63s23p63d64s2N:Hund特例26號Fe:1s22s22p6