電子的軌道課件

第七章原子的殼層結(jié)構(gòu)7.1元素性質(zhì)的周期性

1869年俄國(guó)化學(xué)家門(mén)捷列夫經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究發(fā)現(xiàn)元素的性質(zhì)隨著原子量的遞增而發(fā)生周期性變化，他把當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的63種元素按原子量的遞增順序排成一行，并將性質(zhì)相似的元素排在一個(gè)列中，編成了元素周期表。后又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多新元素，相繼填充到周期表中。目前，最新統(tǒng)計(jì)結(jié)果，共發(fā)現(xiàn)114種元素，1994年底是111種。這114種元素中有92種是天然存在的，其余的是人工制造的。第七章原子的殼層結(jié)構(gòu)7.1元素性質(zhì)的周期性11869年門(mén)捷列夫1869年門(mén)捷列夫2單位：10-12m(pm)單位：10-12m(pm)354

544Ionizationenergiesoftheatoms電離能Ionizationenergiesoftheato5盡管元素性質(zhì)的周期性早在1869年就提出來(lái)了,但人們對(duì)此卻無(wú)法給出一個(gè)滿(mǎn)意的解釋?zhuān)钡?0年后的Bohr時(shí)代，才由Bohr給出了物理解釋。1925年P(guān)auli提出不相容原理，人們這才深刻地認(rèn)識(shí)到，元素性質(zhì)的周期性,是電子組態(tài)周期性的反映。下面我們從討論各”軌道”的電子容量入手,討論電子的填充次序以及能級(jí)相對(duì)高、低的一般規(guī)律。盡管元素性質(zhì)的周期性早在1869年就提出來(lái)了,但人們對(duì)此卻無(wú)6電子的軌道課件7電子的軌道課件87.2原子的電子殼層結(jié)構(gòu)1.描述電子狀態(tài)的兩套量子數(shù)(1)用量子數(shù)描述(無(wú)耦合表象)

如：原子處于強(qiáng)磁場(chǎng)中，電子的自旋-軌道耦合被解脫。電子的軌道、自旋的取向分別對(duì)外磁場(chǎng)量子化。(2)用量子數(shù)描述(耦合表象)

電子的自旋-軌道耦合時(shí)，不再有確定的值。如：原子處于弱磁場(chǎng)中；j-j耦合情形。各參數(shù)的意義見(jiàn)課本P:2037.2原子的電子殼層結(jié)構(gòu)1.描述電子狀態(tài)的兩套量子數(shù)(1)93.殼層和次殼層最多容納電子數(shù)同一個(gè)原子中,不可能有兩個(gè)或兩個(gè)以上的電子處在同一個(gè)狀態(tài)；也就是說(shuō)，不可能有兩個(gè)或兩個(gè)以上的電子具有完全相同的四個(gè)量子數(shù)。2.泡利不相容原理相同主量子數(shù)的電子構(gòu)成一殼層；每一殼層中，不同的分為不同的次殼層。(1)用量子數(shù)描述時(shí)

對(duì)確定的主量子數(shù),共取個(gè)值；對(duì)每一，共個(gè)值，對(duì)每一每一次殼層最多容納電子數(shù)：3.殼層和次殼層最多容納電子數(shù)同一個(gè)原子中,不可能有兩個(gè)或兩10每一殼層最多容納電子數(shù)：(2)用量子數(shù)描述時(shí)

對(duì)確定的主量子數(shù),共取個(gè)值；對(duì)每一，有兩個(gè)值：對(duì)每一每一次殼層最多容納電子數(shù)：每一殼層最多容納電子數(shù)：每一殼層最多容納電子數(shù)：(2)用量11

各殼層可以容納的最多電子數(shù)56殼層名稱(chēng)最多電子數(shù)2n2支殼層最多電子數(shù)2(2+1)1234KLMNOP2818325072001012301234501201234sspspdspdfspdfghspdfg2262610261014261014182610141832各殼層可以容納的最多電子數(shù)56殼層名稱(chēng)12電子的軌道課件13殼層中電子的數(shù)目主量子數(shù)n和角量子數(shù)l構(gòu)成了電子殼層泡利不相容原理殼層中電子的數(shù)目主量子數(shù)n和角量子數(shù)l構(gòu)成了電子殼層泡利不相14支殼層(nl)容納電子數(shù)目殼層n上容納電子數(shù)目1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p64f145d106s26p6元素周期表的填充次序不單由n決定支殼層(nl)容納電子數(shù)目殼層n上容納電子數(shù)目1s22s2215ElectronDistributionsIntoShellsfortheFirstThreePeriodsElectronDistributionsIntoSh16電子殼層的能量次序(n+l)值越大能量越高，相同時(shí)n較大能量越高能量最低原理4s與3d能量的比較總結(jié)能量最低原理電子殼層的能量次序(n+l)值越大能量越高，相同時(shí)n較大能量17電子的軌道課件18①上述次序只是外層電子能級(jí)的次序，因而是逐一填充電子的次序，這不能理解為內(nèi)層電子能級(jí)的次序。②存在違反的特殊情況，這是由于原子內(nèi)部相互作用的復(fù)雜性所致，如鑭系收縮效應(yīng)。①上述次序只是外層電子能級(jí)的次序，因而是逐一填充電子的次序，19原子在正常狀態(tài)時(shí)，(基態(tài))每個(gè)電子在不違背泡利不相容原理的前提下，總是盡先占有能量最低的狀態(tài)。4.能量最低原理原子中各狀態(tài)能量高低次序

同一主殼層中（n相同而不同）E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)當(dāng)n，都不相同時(shí)，（n+0.7）值大的能級(jí)較高（n+0.7）值小的能級(jí)較低（當(dāng)n>3）電子能級(jí)排列大致順序：原子在正常狀態(tài)時(shí)，(基態(tài))每個(gè)電子在不違背泡利不相容原理的前20電子的軌道課件21電子的軌道課件22原子系統(tǒng)處于正常態(tài)時(shí)，每個(gè)電子總是盡先占據(jù)能量最低的能級(jí)。原子內(nèi)電子按一定殼層排列總結(jié)即原子排布順序：原子系統(tǒng)處于正常態(tài)時(shí)，每個(gè)電子總是盡先占據(jù)能量最低的能級(jí)。原23原子能級(jí)與原子序數(shù)的關(guān)系方框內(nèi)是

Z

＝20附近的原子能級(jí)次序的放大圖1962年美國(guó)無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)化學(xué)家科頓原子能級(jí)與原子序數(shù)的關(guān)系方框內(nèi)是

Z

＝20附近的原子能247.3元素周期表的形成1s11s2第一周期H

原子處于基態(tài)時(shí)，核外電子的排布情況He7.3元素周期表的形成1s11s2第一周期原子處于基態(tài)時(shí)，25第二周期3.Li4.Be5.B6.C7.N8.O9.F10.Ne1s22s11s22s21s22s22p11s2s2p1s22s22p21s22s22p31s22s22p41s22s22p51s22s22p6第二周期3.Li1s22s11s22s21s26電子的軌道課件2711.Na1s22p63s112.Mg1s22p63s2

13.Al1s22p63s23p1

14.Si1s22p63s23p2

15.P1s22p63s23p3

16.S1s22p63s23p4

17.Cl1s22p63s23p5

18.Ar1s22p63s23p6因?yàn)?d空著,所以第三周期只有8個(gè)元素而不是18個(gè)元素第三周期11.Na1s22p63s1因?yàn)?d空著,所以第三周28電子的軌道課件29第四周期從K開(kāi)始填充4s.因?yàn)槟芗?jí)交錯(cuò)現(xiàn)象,E4s<E3d<E4p所以K開(kāi)始了第四個(gè)主殼層的填充,也就開(kāi)始了第四周期。4s:K，Ca3d:Sc-----Zn(21-30號(hào)元素）過(guò)渡元素。4p:Ga-----Kr(31-36號(hào)元素）接下來(lái)填5s次殼層,第四周期結(jié)束。(18個(gè)元素)第四周期從K開(kāi)始填充4s.因?yàn)槟芗?jí)交錯(cuò)現(xiàn)象,E4s30電子的軌道課件31第五周期5s:Rb,Sr(鍶）4d:Y-----Cd(39-48號(hào)元素）過(guò)渡元素。5p:In-----Xe(49-54號(hào)元素）接下來(lái)填6s次殼層,第五周期結(jié)束。(18個(gè)元素)第五周期5s:Rb,Sr(鍶）4d:Y32電子的軌道課件33第六周期6s:Cs,Ba5d:填1個(gè)電子，La(57號(hào)元素）稀土元素。4f:Ce(鈰）-----Lu(58-71號(hào)元素）鑭系，稀土元素接下來(lái)填7s次殼層,第六周期結(jié)束。第七周期開(kāi)始。。。(32個(gè)元素)5d:72-80號(hào)元素（9個(gè)）6p:81-86號(hào)元素（6個(gè)）第六周期6s:Cs,Ba5d:填1個(gè)電34電子的軌道課件35電子的軌道課件36電子的軌道課件37電子填充的外次殼層決定了元素的物理、化學(xué)性質(zhì)的相似性本節(jié)小結(jié)：元素的同期性反映了電子組態(tài)的周期性，而電子組態(tài)的周期性則體現(xiàn)了泡利原理和能量最小原理，從而將元素的化學(xué)性在原子的領(lǐng)域中“物理化”了。研究未填滿(mǎn)的最外殼層的若干同科價(jià)電子將是多電子原子光譜的研究重點(diǎn)電子填充的外次殼層決定了元素的物理、化學(xué)性質(zhì)的相似性本節(jié)小結(jié)387.4原子基態(tài)光譜項(xiàng)的確定（復(fù)習(xí)）考慮：L-S耦合；泡利原理；能量最低原理；洪特定則1.滿(mǎn)殼層和滿(mǎn)次殼層角動(dòng)量均為零描述原子狀態(tài)（光譜項(xiàng)）的角動(dòng)量只取決于未填滿(mǎn)的次殼層中的電子總角動(dòng)量。2.確定原子基態(tài)光譜項(xiàng)的簡(jiǎn)易方法(1)由泡利原理和能量最低原理求一定電子組態(tài)的最大S。(2)求上述情況上的最大L。(3)由半數(shù)法則確定J。(4)按2s+1LJ確定基態(tài)原子態(tài)（光譜項(xiàng)）。大于或者等于半滿(mǎn)，J=L+S小于半滿(mǎn)，J=L-S7.4原子基態(tài)光譜項(xiàng)的確定（復(fù)習(xí)）考慮：L-S耦合；泡利39總結(jié)總結(jié)40電子的軌道課件41電子的軌道課件42電子的軌道課件43其它元素的原子態(tài)都有可按上述方法求得。例：Si（硅）基態(tài)電子組態(tài)是3P2,是兩個(gè)同科P電子，填充方式為：m:+10-1由此可知這樣便求出了最大S和最大的L（按洪特定則要求）

再由半數(shù)法則確定J=L-S=0,所以硅（Si）的基態(tài)

為L(zhǎng)=1,S=1,J=0，可得，3p0是它的基態(tài)的原子態(tài)。講作業(yè)題其它元素的原子態(tài)都有可按上述方法求得。例：44電子的軌道課件45電子的軌道課件46電子的軌道課件47

泡利WolfgangPauli

奧地利人1900-1958獲1945年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)TheNobelPrizeinPhysics1945forthediscoveryoftheExclusionPrinciple,alsocalledthePauliPrinciple泡利WolfgangPauli獲1945年諾貝爾物理學(xué)48第七章原子的殼層結(jié)構(gòu)重點(diǎn)章節(jié)電子的排布基態(tài)電子組態(tài)的確定第七章原子的殼層結(jié)構(gòu)重點(diǎn)章節(jié)電子的排布基態(tài)電子組態(tài)的確定49第七章原子的殼層結(jié)構(gòu)7.1元素性質(zhì)的周期性

1869年俄國(guó)化學(xué)家門(mén)捷列夫經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究發(fā)現(xiàn)元素的性質(zhì)隨著原子量的遞增而發(fā)生周期性變化，他把當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的63種元素按原子量的遞增順序排成一行，并將性質(zhì)相似的元素排在一個(gè)列中，編成了元素周期表。后又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多新元素，相繼填充到周期表中。目前，最新統(tǒng)計(jì)結(jié)果，共發(fā)現(xiàn)114種元素，1994年底是111種。這114種元素中有92種是天然存在的，其余的是人工制造的。第七章原子的殼層結(jié)構(gòu)7.1元素性質(zhì)的周期性501869年門(mén)捷列夫1869年門(mén)捷列夫51單位：10-12m(pm)單位：10-12m(pm)5254

5453Ionizationenergiesoftheatoms電離能Ionizationenergiesoftheato54盡管元素性質(zhì)的周期性早在1869年就提出來(lái)了,但人們對(duì)此卻無(wú)法給出一個(gè)滿(mǎn)意的解釋?zhuān)钡?0年后的Bohr時(shí)代，才由Bohr給出了物理解釋。1925年P(guān)auli提出不相容原理，人們這才深刻地認(rèn)識(shí)到，元素性質(zhì)的周期性,是電子組態(tài)周期性的反映。下面我們從討論各”軌道”的電子容量入手,討論電子的填充次序以及能級(jí)相對(duì)高、低的一般規(guī)律。盡管元素性質(zhì)的周期性早在1869年就提出來(lái)了,但人們對(duì)此卻無(wú)55電子的軌道課件56電子的軌道課件577.2原子的電子殼層結(jié)構(gòu)1.描述電子狀態(tài)的兩套量子數(shù)(1)用量子數(shù)描述(無(wú)耦合表象)

如：原子處于強(qiáng)磁場(chǎng)中，電子的自旋-軌道耦合被解脫。電子的軌道、自旋的取向分別對(duì)外磁場(chǎng)量子化。(2)用量子數(shù)描述(耦合表象)

電子的自旋-軌道耦合時(shí)，不再有確定的值。如：原子處于弱磁場(chǎng)中；j-j耦合情形。各參數(shù)的意義見(jiàn)課本P:2037.2原子的電子殼層結(jié)構(gòu)1.描述電子狀態(tài)的兩套量子數(shù)(1)583.殼層和次殼層最多容納電子數(shù)同一個(gè)原子中,不可能有兩個(gè)或兩個(gè)以上的電子處在同一個(gè)狀態(tài)；也就是說(shuō)，不可能有兩個(gè)或兩個(gè)以上的電子具有完全相同的四個(gè)量子數(shù)。2.泡利不相容原理相同主量子數(shù)的電子構(gòu)成一殼層；每一殼層中，不同的分為不同的次殼層。(1)用量子數(shù)描述時(shí)

對(duì)確定的主量子數(shù),共取個(gè)值；對(duì)每一，共個(gè)值，對(duì)每一每一次殼層最多容納電子數(shù)：3.殼層和次殼層最多容納電子數(shù)同一個(gè)原子中,不可能有兩個(gè)或兩59每一殼層最多容納電子數(shù)：(2)用量子數(shù)描述時(shí)

對(duì)確定的主量子數(shù),共取個(gè)值；對(duì)每一，有兩個(gè)值：對(duì)每一每一次殼層最多容納電子數(shù)：每一殼層最多容納電子數(shù)：每一殼層最多容納電子數(shù)：(2)用量60

各殼層可以容納的最多電子數(shù)56殼層名稱(chēng)最多電子數(shù)2n2支殼層最多電子數(shù)2(2+1)1234KLMNOP2818325072001012301234501201234sspspdspdfspdfghspdfg2262610261014261014182610141832各殼層可以容納的最多電子數(shù)56殼層名稱(chēng)61電子的軌道課件62殼層中電子的數(shù)目主量子數(shù)n和角量子數(shù)l構(gòu)成了電子殼層泡利不相容原理殼層中電子的數(shù)目主量子數(shù)n和角量子數(shù)l構(gòu)成了電子殼層泡利不相63支殼層(nl)容納電子數(shù)目殼層n上容納電子數(shù)目1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p64f145d106s26p6元素周期表的填充次序不單由n決定支殼層(nl)容納電子數(shù)目殼層n上容納電子數(shù)目1s22s2264ElectronDistributionsIntoShellsfortheFirstThreePeriodsElectronDistributionsIntoSh65電子殼層的能量次序(n+l)值越大能量越高，相同時(shí)n較大能量越高能量最低原理4s與3d能量的比較總結(jié)能量最低原理電子殼層的能量次序(n+l)值越大能量越高，相同時(shí)n較大能量66電子的軌道課件67①上述次序只是外層電子能級(jí)的次序，因而是逐一填充電子的次序，這不能理解為內(nèi)層電子能級(jí)的次序。②存在違反的特殊情況，這是由于原子內(nèi)部相互作用的復(fù)雜性所致，如鑭系收縮效應(yīng)。①上述次序只是外層電子能級(jí)的次序，因而是逐一填充電子的次序，68原子在正常狀態(tài)時(shí)，(基態(tài))每個(gè)電子在不違背泡利不相容原理的前提下，總是盡先占有能量最低的狀態(tài)。4.能量最低原理原子中各狀態(tài)能量高低次序

同一主殼層中（n相同而不同）E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)當(dāng)n，都不相同時(shí)，（n+0.7）值大的能級(jí)較高（n+0.7）值小的能級(jí)較低（當(dāng)n>3）電子能級(jí)排列大致順序：原子在正常狀態(tài)時(shí)，(基態(tài))每個(gè)電子在不違背泡利不相容原理的前69電子的軌道課件70電子的軌道課件71原子系統(tǒng)處于正常態(tài)時(shí)，每個(gè)電子總是盡先占據(jù)能量最低的能級(jí)。原子內(nèi)電子按一定殼層排列總結(jié)即原子排布順序：原子系統(tǒng)處于正常態(tài)時(shí)，每個(gè)電子總是盡先占據(jù)能量最低的能級(jí)。原72原子能級(jí)與原子序數(shù)的關(guān)系方框內(nèi)是

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＝20附近的原子能級(jí)次序的放大圖1962年美國(guó)無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)化學(xué)家科頓原子能級(jí)與原子序數(shù)的關(guān)系方框內(nèi)是

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＝20附近的原子能737.3元素周期表的形成1s11s2第一周期H

原子處于基態(tài)時(shí)，核外電子的排布情況He7.3元素周期表的形成1s11s2第一周期原子處于基態(tài)時(shí)，74第二周期3.Li4.Be5.B6.C7.N8.O9.F10.Ne1s22s11s22s21s22s22p11s2s2p1s22s22p21s22s22p31s22s22p41s22s22p51s22s22p6第二周期3.Li1s22s11s22s21s75電子的軌道課件7611.Na1s22p63s112.Mg1s22p63s2

13.Al1s22p63s23p1

14.Si1s22p63s23p2

15.P1s22p63s23p3

16.S1s22p63s23p4

17.Cl1s22p63s23p5

18.Ar1s22p63s23p6因?yàn)?d空著,所以第三周期只有8個(gè)元素而不是18個(gè)元素第三周期11.Na1s22p63s1因?yàn)?d空著,所以第三周77電子的軌道課件78第四周期從K開(kāi)始填充4s.因?yàn)槟芗?jí)交錯(cuò)現(xiàn)象,E4s<E3d<E4p所以K開(kāi)始了第四個(gè)主殼層的填充,也就開(kāi)始了第四周期。4s:K，Ca3d:Sc-----Zn(21-30號(hào)元素）過(guò)渡元素。4p:Ga-----Kr(31-36號(hào)元素）接下來(lái)填5s次殼層,第四周期結(jié)束。(18個(gè)元素)第四周期從K開(kāi)始填充4s.因?yàn)槟芗?jí)交錯(cuò)現(xiàn)象,E4s79電子的軌道課件80第五周期5s:Rb,Sr(鍶）4d:Y-----Cd(39-48號(hào)元素）過(guò)渡元素。5p:In-----Xe(49-54號(hào)元素）接下來(lái)填6s次殼層,第五周期結(jié)束。(18個(gè)元素)第五周期5s:Rb,Sr(鍶）4d:Y81電子的軌道課件82第六周期6s:Cs,Ba5d:填1個(gè)電子，La(57號(hào)元素）稀土元素。4f:Ce(鈰）-----Lu(58-71號(hào)元素）鑭系，稀土元素接下來(lái)填7s次殼層,第六周期結(jié)束。第七周期開(kāi)始。。。(32個(gè)元素)5d:72-80號(hào)元素（9個(gè)）6p:81-86號(hào)元素（6個(gè)）第六周期6s:Cs,Ba5d:填1個(gè)電83電子的軌道課件84電子的軌道課件85電子的軌道課件86電子填充的外次殼層決定了元素的物理、化學(xué)性質(zhì)的相似性本節(jié)小結(jié)：元素的同期性反映了電子組態(tài)的周期