原子結(jié)構(gòu)和周期系

關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和周期系第一頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日§1－1道爾頓原子論1．最早的原子概念

公元前五世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家德謨克利特（Democritus）提出：“萬物都是由極小的、硬的、不可穿透的、不可分割的微粒結(jié)合起來的”。這種微粒叫“原子”——意為不可再分的原始粒子。

第二頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日2．基本定律（18世紀(jì)末）

⑴.質(zhì)量守恒定律（1756年俄·化·羅蒙諾索夫）反應(yīng)前后物質(zhì)的總質(zhì)量不變。或“參加化學(xué)反應(yīng)的全部物質(zhì)的質(zhì)量，等于反應(yīng)后的全部產(chǎn)物的質(zhì)量?！保ㄗ⒁猓篍=mc2）⑵.定比（組成）定律：（1779年·法·化·普魯斯特）一種純凈的化合物不論來源如何，各組份元素的質(zhì)量都有一定的比例。如H2O，氫和氧的質(zhì)量比總是1:8。⑶.倍比定律：（1803年·英·道爾頓）當(dāng)甲、乙兩種元素相互化合生成兩種或兩種以上化合物時，則在這些化合物中，與同一質(zhì)量甲元素相化合的乙元素的質(zhì)量互成簡單整數(shù)比。第三頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日3．道爾頓原子論要點：（1803Dalton）

⑴.一切物質(zhì)由稱為原子的不可再分割，不可毀滅的最小微粒構(gòu)成；⑵.同種原子完全相同（質(zhì)量、形狀、性質(zhì)），不同種原子則不同；⑶.每一種物質(zhì)都由它自己的原子組成，單質(zhì)由簡單原子組成，化合物由復(fù)雜原子（由不同元素的原子結(jié)合而成，今天稱“分子”）組成。該理論應(yīng)用了近一個世紀(jì)。

第四頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日4．湯姆遜原子模型（浸入模型18981903）

當(dāng)人們由陰極射線發(fā)現(xiàn)電子帶電荷后，湯姆遜發(fā)現(xiàn)：用什么金屬做陰極，電子的荷質(zhì)比[（1.759×1011庫/千克）e/m]是不變的。因此，他確認(rèn)，所有電子都是相同的微粒，所有的物質(zhì)均含有電子。根據(jù)所有原子都有電子的認(rèn)識，1898年湯提出一原子模型，把當(dāng)時已知的原子的組份都顯示出來。幾年后，經(jīng)反復(fù)推敲，他提出，電子浸于“均勻分布的正電性球體”的原子模型。進而，他又提出電子以同心殼層排布以及各種原子的電子排布不同。

湯姆遜的原子模型還沒有來得及仔細加工，就被盧瑟夫（E·Rutherford.英）及其學(xué)生的一系列實驗所推翻。

第五頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日5．帶核的原子模型（盧瑟夫E·Rutherford.1911）

電子是原子的一個組成部分，且電子帶負電荷已很清楚。而整個原子是中性的，這說明還存在帶正電的部分。這部分結(jié)構(gòu)如何呢？發(fā)展原子結(jié)構(gòu)的又一個重大的突破來自1911年盧瑟夫的實驗室。

他讓從釙發(fā)出的α粒子經(jīng)過一個狹縫射向一張非常薄的金屬片，如金箔。α粒子打其會有何現(xiàn)象？實驗者們從前后左右每一個側(cè)面各個角度進行？用熒光屏探測α粒子方向改變（散射）的程度。第六頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日第七頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日他們發(fā)現(xiàn)：絕大多數(shù)α粒子通過金箔時，方向不變，即直線前進，只有少數(shù)發(fā)生輕微偏折（約萬分之一），不可思議的是，更有個別α粒子以90度或更大的角度偏折回來?！坝檬謽屜蛞黄〖埰_火，子彈竟然反射回來擊中了自己！”解釋：大多數(shù)α粒子穿過原子本身，至于少數(shù)激烈偏轉(zhuǎn)的α粒子，必定是α粒子與原子中帶電部分相互作用而引起的，但這帶電部分未必是電子，因為α粒子的質(zhì)量比電子約大7400倍，故α粒子與電子碰撞時，不能使α粒子運動的方向明顯改變，即不可能引起很大的偏轉(zhuǎn)。結(jié)論：每一個原子都含有一個非常小的、密實的、帶有全部正電荷的核。上述個別α粒子的較大偏折，就是由一個金屬原子的帶正電荷的很小核引起的。且算出了核的半徑小于3×10－12厘米。

第八頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日盧瑟夫原子模型

⑴．正電荷密集在一個很小的、堅實的叫做原子核的區(qū)域內(nèi)，核外有若干電子圍繞核作變速軌跡運動。實驗測得原子核很小，直徑數(shù)量級約為10-13cm。約為原子直徑（10-8cm）的萬分之一。核與電子間十分敞空。并存電場把核與電子束縛在一起，形成相對穩(wěn)定的原子。⑵．原子核所帶的正電量與核外電子所帶的負電總量相等，整個原子呈電中性。⑶．由于電子質(zhì)量很小，所以原子的質(zhì)量幾乎全部集中在核上。這個帶核的原子模型也稱為行星式模型或“小太陽系”原子模型?！祟愓J(rèn)識微觀世界的一個重要里程碑。

第九頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日§1－2．相對原子質(zhì)量(原子量)2－1元素、原子序素和元素符號

1.元素

英國化學(xué)家波義耳于1661年提出：一切物質(zhì)由元素組成，元素是不能再分的最簡單的物質(zhì)，它的種類比較多。元素是原子核里質(zhì)子數(shù)（核電荷數(shù)）相同的一類原子的總稱?！举|(zhì)：質(zhì)子數(shù)！同種原子的原子核中，所含的質(zhì)子數(shù)目是一樣的，但中子數(shù)可以不同。由同種元素組成的物質(zhì)稱單質(zhì)：O2、Fe、C由不同種元素組成的物質(zhì)叫化合物：H2O、NaOHO16、O17、O18為同一元素，但卻是不同的原子。

第十頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日2.原子序數(shù)

按元素的核電荷數(shù)進行排序，所得的序號叫原子序數(shù)。

3.元素符號

2－2核素、同位素和同位素豐度

1．核素：

具有一定數(shù)目的質(zhì)子數(shù)和一定數(shù)目的中子的一種原子稱為核素。

如：12C：碳—12核素；13C：碳—13核素。多核素元素：具有多種核素的元素稱多核素元素。單一核素元素：

具有一種核素的元素稱單一核素元素。

2311Na第十一頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日2．同位素——質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的

不同原子互稱同位素

穩(wěn)定性同位素，約3000多種；放射性同位素，約3000種左右；人工放射性同位素，約1000多種。同量異位素：核子數(shù)相同而質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)不同的原子（的總稱）。（同量素：質(zhì)量數(shù)相同質(zhì)子數(shù)不同，分屬于不同元素的幾種原子互稱同量素。）3616S與3618Ar，6529Cu與6530Zn。同中素：具有一定中子數(shù)的原子（的總稱）。3.同位素豐度

某元素的各種天然同位素的分?jǐn)?shù)組成（原子百分比）稱為同位素豐度。

第十二頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日2－3原子的質(zhì)量m

原子質(zhì)量——某核素的一個原子的質(zhì)量稱為該核素的原子質(zhì)量，簡稱原子質(zhì)量。由于構(gòu)成原子的質(zhì)子、中子和電子質(zhì)量均很小，因而一個原子的質(zhì)量很?。嘿|(zhì)子的靜止質(zhì)量為1.672649×10-24g

中子的靜止質(zhì)量為1.674954×10-24g

電子的靜止質(zhì)量為9.109537×10-28g

一個原子的質(zhì)量不等于構(gòu)成它的質(zhì)子和中子的質(zhì)量的簡單加和（電子的質(zhì)量太小可忽略不計）。差值被稱為質(zhì)量虧損，等于核子結(jié)合成原子釋放出來的能量—結(jié)合能。第十三頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日原子質(zhì)量的單位μ

1973年國際計量局規(guī)定一個12C核素原子質(zhì)量的1/12為“統(tǒng)一的原子質(zhì)量單位”。用“μ”表示。μ＝1.6605655×10-27Kg

則12C的原子質(zhì)量等于12μ(12×1.6605655×10-27Kg)

平均原子質(zhì)量可以通過質(zhì)譜儀所測定的各核素的原子質(zhì)量及其在自然界的豐度而計算出來。如氧元素有三種同位素：核素原子質(zhì)量豐度

16O15.994915u99.759％

17O16.999133u0.037％

18O17.99916u0.204％故氧的平均原子質(zhì)量為：

＝15.994915u×99.759％＋16.999133u×0.037％+17.99916u×0.204％＝15.9994u

第十四頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日§1－3．原子的起源和演化(自學(xué))

§1－4．原子結(jié)構(gòu)的玻爾行星模型

4－1氫原子光譜

連續(xù)光譜(continuousspectrum)第十五頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日連續(xù)光譜(continuousspectrum)-彩虹第十六頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日

電磁波連續(xù)光譜第十七頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日氫原子光譜（原子發(fā)射光譜）(linespectrum)在高能條件下，原子受到激發(fā)，也可發(fā)光。高能量：火焰、電弧、高壓電等。原子發(fā)射的光只具有某些特定的波長，用棱鏡分開后，得到了不連續(xù)的線狀光譜。是由原子本身產(chǎn)生的，故叫原子光譜。

裝有低壓氫H2(g)的放電管，高壓放電

發(fā)出紫外光和可見光→三棱鏡→不連續(xù)的線狀光譜第十八頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日

連續(xù)光譜和原子發(fā)射光譜（從上到下）氫、氦、鋰、鈉、鋇、汞、氖的發(fā)射光譜第十九頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日氫原子光譜

譜線HαHβHγHδHε

編號（n）1

23

45波長／nm656.279486.133434.048410.175397.0091883年，巴耳末經(jīng)過研究得出經(jīng)驗方程：

…………（1-1）

第二十頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日從紫外區(qū)到紅外區(qū)有多條分立的具有特征頻率的譜線，這些譜線均可用里德堡（Rydberg）公式表示：

里德堡常數(shù)：ＲH＝1.09677×107m－1

且：n2＞n1ＲHｃ＝３.289×1015S－1

光速：c＝2.9988×108m·S－1

巴耳末系：n1＝2n2＝3、4、5……可見光區(qū)的五條譜線賴曼系:n1＝1n2＝2、3、4……派興系：n1＝3n2＝4、5、6…………（1-2）

……（1-2’

）

第二十一頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日經(jīng)典電磁理論不能解釋氫原子光譜對于n1、n2

的意義，里德堡無法給予解釋。至此，經(jīng)典理論在原子結(jié)構(gòu)問題上遇到了不可克服的困難。⑴．首先，經(jīng)典理論不能建立一個穩(wěn)定的原子模型。如果一個電子的力學(xué)行為象行星的話，根據(jù)經(jīng)典電動力學(xué)，電子環(huán)繞原子核的運動是加速運動，因而不斷以輻射的方式發(fā)射出能量，電子運動軌道的曲率半徑也就不斷減小，電子最后將螺旋式地墜入原子核。⑵．此外，加速電子所產(chǎn)生的輻射，其頻率是連續(xù)分布的，這與原子光譜是分立的譜線的事實不符。⑶．不能解釋里德堡公式反映的光譜的規(guī)律性。事實說不能依據(jù)經(jīng)典理論來建立原子模型。

第二十二頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日4－2．玻爾理論（丹麥物理學(xué)家Beall1913）理論基礎(chǔ)：光子學(xué)說（A.Einstein1908）帶核的原子模型（盧瑟夫E·Rutherford.1911）量子論（M.Plack1900）第二十三頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日4－2．玻爾理論（Beall1913）

普朗克（Plank）“量子論”：為了解決“黑體輻射”問題。Plank在1900年首先引進了“量子”概念?！叭魏我惠椛湮矬w（原子）不能連續(xù)吸收或發(fā)射能量，而是以一不連續(xù)的量一份一份地吸收或者發(fā)射輻射能。每一份不連續(xù)的量稱為量子?！蹦澄锢砹空麛?shù)倍變化，則說它不連續(xù)、“量子化”。在微觀世界中：核電荷、電子數(shù)、是量子化變化的。

Plank的假設(shè)動搖了經(jīng)典理論的基礎(chǔ)，遭到經(jīng)典論者的猛烈攻擊。此關(guān)鍵時刻，愛因斯坦站出來支持了他，提出：

E＝ｈνＥ—光子能量

ν—頻率

ｈ—普朗克常數(shù)：6.625×10－34J·S-1第二十四頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日玻爾理論要點：

玻爾在Plank量子力學(xué)的基礎(chǔ)上，提出了玻爾理論。要點如下：⑴．行星模型：玻爾假定，氫原子核外的電子是處在一定的線性軌道上繞核運行的，正如太陽系中的行星繞太陽運行一樣。⑵．定態(tài)假設(shè)：電子取一定穩(wěn)定軌道繞核運動。在此軌道上運動的電子即不放出能量也不吸收能量。處于一定軌道上的電子，能量一定，“定態(tài)”；電子處于最低能量的軌跡上叫“基態(tài)”，處于能量校高的軌道上稱“激發(fā)態(tài)”。第二十五頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日⑶．量子化條件

電子所處軌道不是任意的，是不連續(xù)的，而是滿足量子化條件，角動量（L＝mvr）等于整數(shù)倍。()n＝1，2，3，4，5，…圓形軌道時：

m—電子質(zhì)量

v—電子速度

r—軌道半徑

h—普朗克常數(shù)

第二十六頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日加上其它條件，可求出氫原子核外軌道的能量公式：

(ev)或：（J）

r＝52.9pmn＝1、2、3…正整數(shù)當(dāng)氫原子處于基態(tài)時：n＝1：E1＝－2.179×10－18J－13.6evr＝52.9pm稱玻爾半徑。n＝2:E2＝－2.179×10－18/22＝－5.488×10－19J－3.4evn＝3:E3＝－2.179×10－18/32＝－2.421×10－19J－1.51ev第二十七頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日⑷．頻率規(guī)則

當(dāng)一個電子從一個軌道跳到另一個軌道中去時，該躍遷就伴隨著吸收或放出一定的能量，這個能量數(shù)值等于兩個軌道之間的能量差。基態(tài)

激發(fā)態(tài)

激發(fā)態(tài)

基態(tài)

E2－E1＝ΔE＝ｈν如由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時發(fā)射的光子頻率為：

第二十八頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日∴

…里德堡方程的一種形式。

其中：R＇＝－2.179×10－18J(－13.6ev)又∵

∴

第二十九頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日即得里德堡方程:

ＲHｃ＝3.289×1015周波／秒

玻爾理論可以完滿地解釋氫原子光譜，指出里德堡公式中n1、n2代表了電子的不同能級，稱量子數(shù)。電子處于n＝1的能級上時，為基態(tài)，是最穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)電子受到激發(fā)后，躍遷到n值較大的軌道上，n≥2、3、4…為不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)，當(dāng)電子跳回到能量較低的軌跡上來時，放出單色光hν:

ΔE＝En初－En末＝hν第三十頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日

當(dāng)時尚未發(fā)現(xiàn)紫外光區(qū)有譜線，玻爾依自己的理論預(yù)言到：“如令n1＝１…我們得到線系…它在紫外區(qū)…它未被觀察到，但它的存在是可以推測到的?！辈査A(yù)言的這一紫外線系在1915年為賴曼發(fā)現(xiàn)，從而使這一理論成功。

n1=1，n2＝2、3、4…紫外光區(qū),為拉曼系。

n1=2，n2＝3、4、5…可見光區(qū)，為巴爾麥系。

n1=3，n2＝4、5、6…紅外光區(qū)，為帕邢系。

n1=4，n2＝5、6、7…遠紅外光區(qū)，為布拉開系

n1=5，n2＝6、7、8…遠紅外光區(qū)，為普芬德系

n值越大，電子離核越遠，所處能級越高。玻爾理論的最大貢獻，在于提出了能級的概念，他為此而獲得了諾貝爾獎，他還通過對氫原子結(jié)構(gòu)、氫光譜、類氫離子（Li2＋、He＋）的成功解釋，使“量子”概念深入人心。第三十一頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日氫原子光譜第三十二頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日氫原子光譜與能量第三十三頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日玻爾理論缺點：⑴．對多電子體系（原子）無能為力，對僅有兩個電子的He光譜解釋也誤差較大，對復(fù)雜體系的計算結(jié)果誤差之大，令人難以容忍。⑵．對氫光譜中每一條光譜的精細結(jié)構(gòu)無法解釋。最終導(dǎo)致了該理論的失敗。主要原因：沒有完全脫離經(jīng)典物理學(xué)的觀點，雖然引入了一些量子化條件，但仍然把微觀粒子看作是經(jīng)典力學(xué)中的質(zhì)點，從而把經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律用在微觀粒子上。直到1924年，deBroglie揭示了微觀粒子具有根本不同于宏觀質(zhì)點的性質(zhì)—波粒二象性后，一個完整的描述微觀粒子運動規(guī)律的理論—量子力學(xué)才逐步建立起來。第三十四頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日§1－5．氫原子結(jié)構(gòu)（核外電子運動）的量子力學(xué)模型

微觀體系屬性主要有兩個方面：⑴．具有波粒二象性；⑵．滿足測不準(zhǔn)原理。5－1波粒二象性物理上詳盡地描述了宏觀物體。如行星、子彈、球類等。其運動表現(xiàn)出：具有體積、質(zhì)量、運動軌道等，體現(xiàn)了粒子性—物體的特有性質(zhì)。而聲波、電磁波，可用波長、頻率、周期等性質(zhì)來描述，體現(xiàn)了波動性—波的特有性質(zhì)。經(jīng)典物理學(xué)視其彼此獨立。隨科學(xué)發(fā)展，發(fā)現(xiàn)對微觀體系，波粒之間的界限很模糊，無論是光子、還是電子，皆會呈現(xiàn)出波粒二象性。

“在不同條件下可分別表現(xiàn)出波動性和粒子性的現(xiàn)象，稱為波粒二象性?！辈６笮允俏⒂^粒子的基本屬性之一。

第三十五頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日光：波粒二象性

A：粒子性：主要表現(xiàn)在光可產(chǎn)生光電效應(yīng)

把光看作是微粒（光子）時則可解釋：hν能量子（光子）撞擊金屬時，把能量轉(zhuǎn)移給電子，一部分克服電子與金屬的吸引能，另一部分轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮拥膭幽埽?/p>

hν＝ε＋1/2mv2

光子能量吸引能電子動能當(dāng)把

ε＝hν0

時：

hν＝hν0＋1/2mv2光子的動量(P=mc)與波長成反比：

B:波動性：光可產(chǎn)生干涉。光還可發(fā)生衍射（繞射），可繞過小于波長的障礙物和光柵。

第三十六頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日5－2．德布羅意（deBroglie）關(guān)系式

1924年，deBroglie

在光有波粒二象性的啟示下，大膽提出了微觀粒子也具有波粒二象性的假說。他認(rèn)為在對光的研究上，重視了光的波動性而忽略了微粒性。但對實體的研究上，則過分重視了粒子性而忽略了波動性。對質(zhì)量為m、運動速度為v的粒子，其波長λ可以由下式求出：

∵

動量

p＝mv∴

（A）deBroglie關(guān)系式當(dāng)粒子為電子時，λ是電子的波長，表明波動性，左邊是電子的動量p，代表粒子性，通過h把電子的粒子性和波動性定量地聯(lián)系起來了—電子的波粒二象性。

第三十七頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日例：分別求：

①質(zhì)量10g、以800m.s-1飛行的子彈的運動波長；

②質(zhì)量9.11×10-31Kg、以106m.s-1運動的電子所產(chǎn)生的波長。

解：①

λ子彈＝h/(mv)

＝6.63×10－34/(0.01×800)

＝8.29×10－35

（m）

②

λ電子＝h/(mv)

＝6.63×10－34/(9.11×10－31×106)

＝7.28×10－10

（m）＝728（pm）

德布羅意假說的正確性，在1927年為戴維森（Davisson）和革爾麥（Germer）所做的電子衍射實驗所證實。當(dāng)一束已知能量的電子穿過金屬箔或晶體粉末時，得到了與x射線相似的衍射圖樣。

第三十八頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日感光屏幕薄晶體片電子槍

電子衍射實驗示意圖用電子槍發(fā)射高速電子通過薄晶體片射擊感光熒屏，得到明暗相間的環(huán)紋，類似于光波的衍射環(huán)紋。從而證明了微觀粒子均具有波粒二象性。電子束衍射環(huán)紋第三十九頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日實物顆粒的質(zhì)量、速度與波長的關(guān)系實物質(zhì)量m/kg速度v/(m.s-1)波長λ/pm1V電壓加速的電子9.1×10-315.9×1051200100V電壓加速電子9.1×10-315.9×1061201000V電壓加速的電子9.1×10-311.9×1073710000V電壓加速電子9.1×10-315.9×10712He原子（300K）6.6×10-271.4×10372Xe原子（300K）2.3×10-252.4×10212壘球2.0×10-1301.1×10-22槍彈1.0×10-21.0×1036.6×10-23第四十頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日電子衍射實驗

早期電子衍射照片（金箔）第四十一頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日5－3．不確定（測不準(zhǔn)）原理（1927德·物·Heisenberg）

測不準(zhǔn)原理：對微觀體系粒子，不能同時而又準(zhǔn)確地測量其位置和速度：

Δx·Δp≥hΔx·Δp≈h

…

…測不準(zhǔn)關(guān)系式Δx—x方向上位置偏差（不準(zhǔn)量）Δp—x方向上動量偏差（不準(zhǔn)量）h—Planck常數(shù)6.625×10－34J·S-1

當(dāng)Δx→0時，位置測準(zhǔn)確時，Δpx很大，速度測不準(zhǔn)；當(dāng)Δp→0時，速度測準(zhǔn)確時，Δx很大，位置測不準(zhǔn)。這樣，對于像電子這樣的微觀體系，則不能用經(jīng)典的“軌道”來描述。對于宏觀物體，測不準(zhǔn)關(guān)系照樣適用，只是實際上起不了什么作用。第四十二頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日5－4．核外電子運動狀態(tài)的描述

由于微觀體系具有波粒二象性和滿足測不準(zhǔn)原理，所以，經(jīng)典力學(xué)運動軌道的概念在微觀世界中也就不復(fù)存在了。1925年以來，海森堡、薛定諤創(chuàng)立了“量子力學(xué)”（波動力學(xué)），完全擺脫了經(jīng)典物理學(xué)的束縛。

奧地利物理學(xué)家.Schr?dinger第四十三頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日一．波函數(shù)和四個量子數(shù)

1．波函數(shù)（ψ）

電子具有波粒二象性，描述電子運動的波可用三維波。對于核外運動的電子，1926年奧地利物理學(xué)家薛定諤提出了一個將電子波動性和其能量聯(lián)系起來的方程式：

m－質(zhì)量（粒子、電子）

V－勢能

E－粒子總能量（動＋勢）方程意義：在原子體系中，任一電子在勢能為V的勢場中（原子體系）運動，運動狀態(tài)可由薛定諤方程描述，此方程的每一個合理解代表了該電子的一個運動狀態(tài)，與ψ解相聯(lián)系的能量E，代表了該電子處于這種運動狀態(tài)時的能量。

第四十四頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日

將三維直角坐標(biāo)系變換成球坐標(biāo)系，然后求解之。rOP的長度（0—）OP與z軸的夾角（0—）OP在xoy平面內(nèi)的投影

OP′

與x軸的夾角（0—

2）P為空間一點

根據(jù)

r，，的定義，有

x=rsincos

y=rsinsin

z=rcosr2=x2+y2+z2

將直角坐標(biāo)三變量x，y，z變換成球坐標(biāo)三變量r，，。yzxoPP′r第四十五頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日解上述偏微分方程，可得：空間波函數(shù)徑向部分角度部分

ψ1.E1,ψ2.E2,……ψn.En合理解滿足：單值：在空間任一處（x,y,z）ψ只有一個值；連續(xù)：ψ隨x.y.z的變化是連續(xù)的，而不是間斷的；有限：在空間任一處（x,y,z）ψ的值是確定的；歸一化：即電子出現(xiàn)的總幾率100％。為了得到電子運動狀態(tài)合理的解，必須引入只能取某些整數(shù)值的三個參數(shù)，稱它們?yōu)榱孔訑?shù)。第四十六頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日2．四個量子數(shù)

電子在核外運動不任意，只能取一定的運動狀態(tài)，為了確定這一定的運動狀態(tài)，需要引入四個量子數(shù)，換句話說，四個量子數(shù)的一組值，才可確定某一個運動狀態(tài)，亦即一條原子軌道。反過來，一條原子軌道可用四個量子數(shù)來確定。四個量子數(shù)：nlmms

主量子數(shù)角量子數(shù)磁量子數(shù)

自旋量子數(shù)

↓↓

合理解Schr方程所必須引入

實驗,理論的需要量子數(shù)是表征微觀粒子運動狀態(tài)的一些特定數(shù)字，只能不連續(xù)地、跳躍式的變化。第四十七頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日⑴．主量子數(shù)n：①表示電子出現(xiàn)幾率最大地方離核的遠近；②是決定電子能量狀態(tài)的主要因素。取值：n＝１、２、３、４、５、６、７……正整數(shù)符號：Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｑ……代表電子層n值越大，則代表電子在離核較遠的地方出現(xiàn)幾率大；n值越小，則代表電子在離核較近的地方出現(xiàn)幾率大。n值越大，則表示電子所處狀態(tài)的能量越高，反之則反。③代表電子層：n不同，代表了不同的電子層。

對氫原子，電子的能量完全由n決定：

或n＝１能量最低…“基態(tài)”；ｎ＞１能量較高…“激發(fā)態(tài)”。

第四十八頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日⑵．角量子數(shù)ｌ（副量子數(shù)）

①確定原子軌道的形狀（描述電子在空間某角度的幾率分布或確定電子云的形狀）②并和主量子數(shù)ｎ一起決定電子的能量（多電子體系中）。

③決定電子角動量的大小，角動量越大，ｌ越大。④確定電子亞層：

當(dāng)ｎ值一定時，ｌ只能取小于ｎ的正整數(shù)：共?。顐€值：ｌ＝０、１、２、３、４……（ｎ－1）光學(xué)能級符號：

ｓ、ｐ、ｄ、ｆ、ｇ……n取值

l取值

亞層能級

n＝1

n＝2

n＝3

l＝01s態(tài)

l＝02s態(tài)

l＝12p態(tài)

l＝03s態(tài)

l＝13p態(tài)

l＝23d態(tài)

1個能級

2個能級

3個能級

第四十九頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日⑶．磁量子數(shù)m

①磁量子數(shù)m決定原子軌道在空間的取向

②在外磁場或電場作用下，也參與決定能量。某種形狀的原子軌道，可以在空間有不同的伸展方向，從而得到幾個空間不同的原子軌道。這是根據(jù)線狀光譜在磁場中還可分裂，顯示出微小的能量差別所得出的結(jié)果。m的取值受l的限制：

m＝０，±１，±２……±l共可?。瞝＋1個值。

lm

空間運動狀態(tài)數(shù)

00

ｓ軌道，一種

1＋10－1

ｐ軌道，三種

2＋2＋10－1－2

ｄ軌道，五種

3＋3＋2＋10－1－2－3

ｆ軌道，七種

第五十頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日4f，m應(yīng)有七個值，即有7種取向，7個軌道。“等價軌道”或“簡并軌道”：n、l相同，m不同的軌道?！昂啿⒍取保?p：3個軌道，簡并度為3；簡并軌道的多少3d：5個軌道，簡并度為5；

4f：7個軌道，簡并度為7…第n電子層上共有n2個軌道。這三個量子數(shù)n、l、m可以決定電子所處的軌道。

第五十一頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日⑷．自旋量子數(shù)ms通過進行原子光譜的實驗,發(fā)現(xiàn)在強磁場存在下,大多數(shù)譜線由兩條靠得很近的譜線組成的,說明核外電子除了取一定的空間運動狀態(tài)外,本身還有自旋,故需引入這第四個量子數(shù)ms。取值：ms：＋1／2，－1／2

符號：↑↓

代表電子只有兩種自旋方向，即順時針和逆時針方向。由于四個量子數(shù)決定一個電子的運動狀態(tài)，當(dāng)前三個量子數(shù)一樣時，第四個量子數(shù)必然不同。所以，每個軌道只能容納兩個自旋方向相反的電子。故每一電子層上可容納的電子數(shù)最多為2n2

。

第五十二頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日例1：1s電子的量子數(shù)各為多少？解：1s：n＝１ｌ＝０ｍ＝０ｍs＝±1／2

例２：n＝２ｌ＝？ｍ＝±1ｍs＝－1／2解：n＝２，ｌ＝０、1,而只有ｌ＝1時，才有ｍ＝±1。四個量子數(shù)可以完全決定一個電子在核外的運動狀態(tài)。

第五十三頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日二．波函數(shù)的徑向部分和角度部分

徑向部分

角度部分

例：當(dāng)n=1、l=0、ｍ=０:

當(dāng)n＝２,l

＝１、ｍ＝０（規(guī)定為ｚ軸方向）和ｍ＝１時：

常數(shù)C

R(r)Y(θ、φ)

第五十四頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日1．波函數(shù)角度部分圖示

波函數(shù)的角度部分圖示又稱原子軌道的角度分布圖。波函數(shù)角度部分的形式，不但決定原子軌道的形狀，而且對成鍵的方向性起決定作用，需特別注意。把波函數(shù)的角度部分用圖形表示出來，稱為角度分布圖。

有正負之分。波函數(shù)的角度部分圖與主量子數(shù)無關(guān)。

Y2pz＝C·cosθ

第五十五頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日Z

/°coscos2

01.001.00150.970.93300.870.75450.710.50600.500.25900.000.00120－0.500.25135－0.710.50150－0.870.75165－0.970.93180－1.001.00波函數(shù)的角度分布圖第五十六頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日s、p軌道的角度分布圖z+xszx+px－zy－+pyzpz－x+第五十七頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日yxdxyzxdxzzydyzzxdz2yxdx2-y2d軌道角度分布圖第五十八頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日三．幾率密度和電子云

1．電子運動的統(tǒng)計解釋

解薛定諤方程可得描述電子運動的波函數(shù),每一個ψi、Ei表示了電子的一個“定態(tài)”，即一個“軌道”。

第五十九頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日三．幾率密度和電子云

1．電子運動的統(tǒng)計解釋

電子運動測不準(zhǔn)，故電子在何處運動無多大意義。幾率密度：|ψ|2，幾率：ω

電子波動性只有通過其微粒性的統(tǒng)計結(jié)果來得到說明:

dω=|ψ|2dτ

電子云—|ψ|2的大小表示電子在核外空間（r,,）處出現(xiàn)的幾率密度，可以形象地用一些小黑點在核外空間分布的疏密程度來表示，這種圖形稱為“電子云”。

“電子云是電子在核外空間出現(xiàn)幾率密度分布的形象化表示。”

第六十頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日三．幾率密度和電子云

2．電子云的角度分布和徑向分布

⑴.電子云的角度分布當(dāng)Y2(θ、φ)——對θ、φ作圖時，則得到電子云角度分布圖，可表示同一球面上各點幾率密度的相對大小。與原子軌道的角度分布圖Y不同，Y2都是正號，沒有負量。它并非電子云的實際形狀，因為電子云為：第六十一頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日電子云的角度分布第六十二頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日第六十三頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日⑵.幾率的徑向分布

指電子在原子核外距離為r的一薄層球殼中出現(xiàn)的幾率隨半徑r變化時的分布情況。常用徑向分布函數(shù)D(r)來描述：

D(r)＝4r2R2(r)D(r)的物理意義：D(r)dτ代表在半徑r＋dr的兩個球殼夾層內(nèi)找到電子的幾率。第六十四頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日最大幾率峰：

1s：r＝a0＝53pm離核近

2s：r＞a0

離核遠

峰數(shù)＝n－l第六十五頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日§1－6.基態(tài)原子電子組態(tài)（電子排布）6—1．構(gòu)造原理一．屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)

1．屏蔽效應(yīng)

每個在核外運動的、處于一定能極軌道上的電子均有一定的能量，其每個電子具有的能量可由下式來確定：

Z*——有效核電荷。對單電子的體系，如氫原子：H：Z*＝Z＝1，相應(yīng)的能量為：即：

第六十六頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日1．屏蔽效應(yīng)

對多電子原子，Z*＜Z。例如：Li原子：Z＝3.1s2.2s1

屏蔽效應(yīng)——(在多電子體系中)，由于電子間的相互排斥作用，使得原子核對外層電子吸引力減弱的作用，叫做屏蔽效應(yīng)。

Z*＝（Z－σ）σ——屏蔽常數(shù)，即電子作用低消的那一部分核電荷。對Li2s1.σ＝2×0.85＝1.7Z*＝（3－1.7）＝1.3

。σ的大小，即不但與n有關(guān)，也與l有關(guān)，所以我們前面說過，電子的能量或原子軌道的能量由n和l共同決定。屏蔽常數(shù)可由原子光譜實驗數(shù)據(jù)總結(jié)出來。第六十七頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日1．屏蔽效應(yīng)

估算σ的斯萊特(Slater.J.C)規(guī)則：①.將電子按內(nèi)外次序分組：1s；2s,2p；3s,3p；3d；4s,4p；4d；4f；5s,5p；5d,5f等。②.外層電子對內(nèi)層電子沒有屏蔽作用，各組σ＝0。③.同一組，σ＝0.35(但1s,σ＝0.3)。④.(n-1)組對ns、np的σ＝0.85；對nd、nf的σ＝1.00。⑤.更內(nèi)各族σ＝1.00。第六十八頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日1．屏蔽效應(yīng)

⑴．n不同，l相同時，n越大，E越高：

EK＜EL＜EM＜EN…

如：

E1s＜E2s＜E3s＜E4s…E2p＜E3p＜E4p＜E5p…這是因為n越大，電子離核平均距離越遠，其它電子對它的屏蔽作用越大，即σ越大，E負值越小。⑵．n相同，l不同時，l越大，E越高：

Ens＜Enp＜End＜Enf…如n＝3：

E3s＜E3p＜E3d…主量子數(shù)n相同時，電子離核平均距離相同，為何能量不同呢？這與電子的鉆穿效應(yīng)有關(guān)。第六十九頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日2．鉆穿效應(yīng)（穿透效應(yīng)）3個峰2個峰1個峰鉆穿效應(yīng)實質(zhì)上是討論s、p、d、f等的經(jīng)向分布不同而引起的能量效應(yīng)。

第七十頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日2．鉆穿效應(yīng)（穿透效應(yīng)）穿透性——外層電子通過內(nèi)層電子的屏蔽而接近于原子核，使原子核對該電子的引力加強作用稱為穿透性.鉆穿效應(yīng)——由于角量子數(shù)l不同，幾率經(jīng)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，稱為鉆穿效應(yīng)。⑴．解釋n同，l不同時軌道能量的高低。如上討論。⑵．解釋n、l不同時軌道能級交錯的現(xiàn)象。

事實：E4s＜E3d

第四周期K、Ca等。

E6s＜E4f＜E5d

等等。第七十一頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日二．構(gòu)造原理圖

隨核電荷數(shù)增加，大多數(shù)元素的電中性基態(tài)原子的電子按特定順序填入核外電子運動軌道，叫作構(gòu)造原理（aufbauprinciple）。

Pauling原子軌道近似能級圖能級圖按能量高低排列。能級組之間的能量差大，能級組內(nèi)能量差小。能量相同的稱簡并（等價）軌道，p軌道三重簡并，d軌道5重簡并；f軌道7重簡并；角量子數(shù)相同，主量子數(shù)越大，能量越高；主量子數(shù)相同，角量子數(shù)越大，能量越高（能級分裂）；主量子數(shù)和角量子數(shù)不同，能量次序復(fù)雜（能量交錯）E4s<E3d<E4P；E5s<E4d<E5p；E6s<E4f<E5d<E6p第七十二頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日Pauling近似能級圖第七十三頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日徐光憲

（n＋0.7l）規(guī)則：

其（n＋0.7l）值越大，軌道能量越高，反之則反。

能級組——把能量接近的能級分為一組，稱為“能級組”。各能級組的整數(shù)部分值相同，且此值為幾，則稱為第幾能級組?？煞譃?個能級組。

ns.(n-2)f.(n-1)d.np注意：⑴.原子已填充后，能級與上不同。已填充后，中性原子“能級交錯”現(xiàn)象不復(fù)存在。即恢復(fù)正常。如26Fe.1s22s22p63s23p63d64s2

填充時：E3d＞E4s填充后：E3d＜E4s

當(dāng)Fe變?yōu)殡x子時，先失去4s電子，而非3d電子。⑵.對多電子原子來說，處于較深的內(nèi)層電子也不存在“能級交錯”現(xiàn)象。

第七十四頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日

IA-IIAIIIA-VIIIAIIIB-VIIIBLa系周期

IB-IIBAc系76543214f1s2s3s4s5s6s7s2p3p4p5p6p7p6d5d4d3d5f核

外

電

子

填

充

順

序

圖第七十五頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日電子填充順序示意圖第七十六頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日三、核外電子排布規(guī)則1．能量最低原理電子在原子軌道時的分布盡可能使體系的能量為最低。能量越低越穩(wěn)定。2．鮑利(Pauli,W.奧地利)不相容原理多電子體系中兩個電子不能具有完全相同的一組量子數(shù)(n、l、m、ms)。換言之，每個原子軌道中至多只能容納兩個電子；而且，這兩個電子自旋方向必須相反。按照鮑利原理，在同一原子中每一組n、l、m、ms值所確定的狀態(tài)，只能容納一個電子。故對于給定的電子層(n)，可以容納的最多電子數(shù)為：令：n＝1、2、3、4…則得2、8、18、32…這就是核外電子殼層K、L、M、N…所可能容納的電子數(shù)。

第七十七頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日三、核外電子排布規(guī)則3．簡并軌道原理

⑴．洪特規(guī)則（最多軌道原則）：在等價軌道上（即n、l相同的軌道），電子盡可能分占軌道，且自旋平行。6C、7N⑵．恩曉定理：等價軌道處于全滿（p6、d10、f14）、半滿（p3、d5、f7）、或全空（p0、d0、f0）時，狀態(tài)（體系）較穩(wěn)定?？山忉?4號、29元素的電子填充。洪特規(guī)則和恩曉定理是由光譜數(shù)據(jù)總結(jié)出來的，只有符合簡并軌道原理，才能使體系能量最低，最穩(wěn)定。所以說，簡并軌道原理是能量最低原理的補充。

第七十八頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日6－2．基態(tài)原子電子組態(tài)（電子排布）

原子序數(shù)電子軌道圖元素符號

英文名稱中文名稱電子結(jié)構(gòu)式1 HHydrogen氫1s1

2HeHelium氦 1s2

3LiLithium鋰 1s22s14 BeBeryllium 鈹 1s22s2

5 B Boron 硼 1s22s22p17 N Nitrogen 氮 1s22s22p36 C Carbon 碳 1s22s22p28 O Oxygen 氧 1s22s22p49 F Fluorine 氟 1s22s22p510 Ne Neon 氖 1s22s22p6第七十九頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日11 Na Sodium鈉

1s22s22p63s112 Mg Magnesium鎂1s22s22p63s213 Al Aluminium鋁1s22s22p63s23p114 Si Silicon 硅1s22s22p63s23p215P Phosphorus磷1s22s22p63s23p316S Sulfur 硫1s22s22p63s23p417 Cl Chlorine 氯1s22s22p63s23p518Ar Argon 氬1s22s22p63s23p6原子序數(shù)元素符號英文名稱中文名稱電子結(jié)構(gòu)式第八十頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日

*[Ar]原子實，表示Ar的電子結(jié)構(gòu)式1s22s22p63s23p6。原子實后面是價層電子，即在化學(xué)反應(yīng)中可能發(fā)生變化的電子。

**雖先排4s后排3d，但電子結(jié)構(gòu)式中先寫3d，后寫4s

**21 Sc Scandium 鈧 [Ar]3d14s222 Ti Titanium鈦 [Ar]3d24s223 V Vanadium釩 [Ar]3d34s2

24

Cr

Chromium鉻

[Ar]3d54s1

25 MnManganese錳[Ar]3d54s226 Fe Iron鐵 [Ar]

3d64s227 Co Cobalt 鈷[Ar]

3d74s228 Ni Nickel 鎳 [Ar]

3d84s2

29CuCopper

銅[Ar]

3d104s1

*19 K Potassium 鉀[Ar]4s120 Ca Calcium 鈣 [Ar]4s2

第八十一頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日依構(gòu)造原理，可正確地排出絕大多數(shù)元素的原子核外電子層結(jié)構(gòu)，但也有個別元素與原理不一致的現(xiàn)象，主要是第五周期以后原子能級差別減小的緣故。在學(xué)習(xí)中，應(yīng)抱科學(xué)態(tài)度，承認(rèn)事實，依一般規(guī)律解釋普遍現(xiàn)象，對特殊的、不能拿事實去適應(yīng)原理。幾個反常元素，可用下圖幫助記憶：第八十二頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日§1－7元素周期系

7－1．元素性質(zhì)呈現(xiàn)周期性的原因

1869年，俄國化學(xué)家門捷列夫在總結(jié)對比當(dāng)時已知的60多種元素的性質(zhì)時發(fā)現(xiàn)化學(xué)元素之間的本質(zhì)聯(lián)系：按原子量遞增把化學(xué)元素排成序列，元素的性質(zhì)發(fā)生周期性的遞變。這就是元素周期律的最早表述。

1911年,年輕的英國人莫塞萊在分析元素的特征X射線時發(fā)現(xiàn)，門捷列夫化學(xué)元素周期系中的原子序數(shù)不是人們的主觀賦值，而是原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)。

隨后的原子核外電子排布理論則揭示了核外電子的周期性分層結(jié)構(gòu)。第八十三頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日元素周期律

●隨核內(nèi)質(zhì)子數(shù)的遞增，核外電子呈現(xiàn)周期性的排布，元素性質(zhì)呈現(xiàn)周期性遞變?！裨氐男再|(zhì)隨著核電荷的遞增而呈現(xiàn)周期性的變化。

元素周期律是原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)周期性變化的反映。元素性質(zhì)的周期性來源于原子電子層結(jié)構(gòu)的周期性。主要體現(xiàn)在最外電子層結(jié)構(gòu)的周期性上。而最外電子層的構(gòu)型，又是由核電荷數(shù)和核外電子排布規(guī)律決定的。

第八十四頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日7－2元素周期表

元素周期性

內(nèi)涵極其豐富，其中最基本的是：隨原子序數(shù)遞增，元素周期性地從金屬漸變成非金屬,以稀有氣體結(jié)束，又從金屬漸變成非金屬,以稀有氣體結(jié)束，如此循環(huán)反復(fù)。

自從1869年門捷列夫給出第一張元素周期表的100多年以來，至少已經(jīng)出現(xiàn)700多種不同形式的周期表。人們制作周期表的目的是為研究周期性的方便。研究對象不同，周期表的形式就會不同。第八十五頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日門捷列夫短式周期表7－2元素周期表

H

LiBeBCNOF

NaMgAlSiPSCl

KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBr

RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeI

CsBaLaHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBi

第八十六頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日7－2元素周期表

“長式”周期表——每個周期占一個橫排。它能直觀地看到元素的周期發(fā)展，但不易考察縱列元素（從上到下）的相互關(guān)系，而且由于太長，招致排版和印刷的技術(shù)困難。第八十七頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日7－2元素周期表

寶塔式或滴水鐘式周期表。這種周期表的優(yōu)點是能夠十分清楚地看到元素周期系是如何由于核外電子能級的增多而螺旋性發(fā)展的，但它們的每個橫列不是一個周期，縱列元素的相互關(guān)系也不容易看清。第八十八頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日7－2元素周期表

維爾納長式周期表

維爾納長式周期表:是由諾貝爾獎得主維爾納（AlfredWerner1866-1919）首先倡導(dǎo)的，長式周期表是目前最通用的元素周期表。第八十九頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日第九十頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日7－2元素周期表

一．原子的電子構(gòu)型和周期劃分1．周期——對應(yīng)于能級組

周期數(shù)＝電子層數(shù)＝能級組數(shù)（最高主量子數(shù)n）2．每一周期元素數(shù)目＝每一能級組飽和的電子數(shù)。

周期能級組軌道數(shù)電子最大容量元素種類一1122特短周期二2488短周期三3488短周期四491818長周期五591818長周期六6163232特長周期七7163224未完成周期3．每周期元素的原子，最外層電子數(shù)最多不超過8個，次外層不超過18個。第九十一頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日7－2元素周期表

二．原子的電子構(gòu)型和族的劃分

族——對應(yīng)于最外層或次外層電子構(gòu)型。族分為主族（A）和副族（B）。主族元素：ⅠA、ⅡA～Ⅷ（A）（或零族）

族數(shù)＝最外層電子數(shù)（ns＋np）副族元素：（過渡元素）ⅢB～Ⅷ（B）～ⅡB。情況復(fù)雜，需分別討論：

ⅢB～ⅦB：族數(shù)＝(d＋s)電子數(shù)如：Cr：3d54s1

ⅠB～ⅡB：族數(shù)＝s電子數(shù)如：Cu：3d104s1Zn：3d104s2

Ⅷ（B）：例外，不合上述規(guī)律。第九十二頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日s區(qū)—ns1~2

p區(qū)—ns2np1~6d區(qū)—(n-1)d1~9ns1~2

ds區(qū)—(n-1)d10ns1~2

f區(qū)—(n-2)f1~14(n-1)d0~2ns2三．原子的電子構(gòu)型和元素的分區(qū)第九十三頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日§1－8元素周期性8－1原子半徑建立原子半徑標(biāo)度的三種基本思路

:一．從宏觀物性—固體單質(zhì)的密度著手，換算成1摩爾原子的體積，除以阿伏加德羅常數(shù)，得到一個原子在固態(tài)單質(zhì)中的平均體積，再假設(shè)原子是球體，緊密接觸，不留空隙，就可得到原子半徑。

第九十四頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日8－1原子半徑二．根據(jù)量子力學(xué)理論，由原子的核電荷數(shù)、電子數(shù)、電子運動狀態(tài)等理論概念出發(fā)，給出原子半徑的定義，并進行計算,可得到純理論計算的氣態(tài)的、游離的、基態(tài)的原子半徑。1965年，瓦伯和克羅默定義原子最外層原子軌道最外層電荷密度（即D函數(shù)）最大值所在的球面為原子半徑，用量子力學(xué)方法計算得出一套“軌道半徑”的理論原子半徑。

第九十五頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日8－1原子半徑三．通過測定結(jié)構(gòu)的實驗方法進行計算。測定原子形成各種分子或固體后的核間距。對所得的大量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，并作給予某些理論思考的適當(dāng)修飾，即可得原子半徑。主要由三種：1．共價半徑：由共價分子或原子晶體中原子的核間距計算而得。2．范德華半徑：由共價分子之間的最短距離計算而得。3．金屬半徑：由金屬晶體中原子的最短距離計算而得。共價半徑較小，金屬半徑居中，范德華半徑最大，比較原子的相對大小時，必須采用同一套數(shù)據(jù)。第九十六頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日8－2電離能1、含義：使基態(tài)氣態(tài)原子失去一個電子所需要的能量，叫該原子的第一電離勢。單位：ev，或J。1ev＝1.6×10-19J＝96.49kJ·mol-1.A(g)→A＋(g)＋e－

I1＝ΔE1=E(A＋)－E(A)A＋(g)→A2＋(g)＋e－

I2＝ΔE2=E(A2＋)－E(A+)因為從原子中取走電子均需提供能量，所以電離勢均為正值。且I越大，原子越難失去電子。對同一原子：I1＜I2＜I3＜…∵陽離子中核電荷數(shù)＞核外電子數(shù)∴核對核外電子的吸引力更大，再繼續(xù)失去電子更難。故正電荷越高，Ii越大。這里同時也包含了半徑對Ii的影響。第九十七頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日8－2電離能例1：

Na(g)→Na＋(g)＋e－

I1＝5.139evNa＋(g)→Na2＋(g)＋e－

I2＝47.286ev例2：

Mg(g)→Mg＋(g)＋e－

I1＝7.646ev

Mg＋(g)→Mg2＋(g)＋e－

I2＝15.035evMg2＋(g)→Mg3＋(g)＋e－

I3＝80.143ev例3：

Al(g)→Al＋(g)＋e－

I1＝5.986ev

Al＋(g)→Al2＋(g)＋e－

I2＝18.83evAl2＋(g)→Al3＋(g)＋e－

I3＝28.45evAl3＋(g)→Al4＋(g)＋e－

I4＝119.99evIi值的突躍，是電子分層排布的有力佐證！同層：2～4倍，不同層：＞4倍。第九十八頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日8－2電離能2．影響因素⑴．原子半徑：原子半徑越大，電離勢越小。⑵．核電荷數(shù)：核電荷數(shù)越大，對電子的吸引力越大，I越大。同周期元素具有相同的電子層數(shù)，從左到右，有效核電荷增大，原子半徑減小，和對外層電子的吸引能力加大，越不易失去電子，故I越大（總趨勢）。⑶．電子構(gòu)型：全充滿、半充滿Ii較大。因為全充滿和半充滿的電子構(gòu)型較為穩(wěn)定（相對于相鄰原子）。第九十九頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日8－2電離能3．電離勢的周期性變化元素第一的電離能的周期性變化第一百頁，共一百一十一頁，編輯于2023年，星期日8－2電離能3．電離勢的周期性變化每個周期的第