原子結(jié)構(gòu)與元素周期性

原子結(jié)構(gòu)與元素周期性第一頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第6章原子結(jié)構(gòu)與元素周期性6.1原子結(jié)構(gòu)的近代概念6.2核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的近代描述6.3☆原子核外的電子層結(jié)構(gòu)6.4☆元素性質(zhì)的周期性規(guī)律第二頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五6.1原子結(jié)構(gòu)的近代概念第三頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五認(rèn)識(shí)史回顧---古原子學(xué)說(shuō)(公元前5世紀(jì)，希臘哲學(xué)家）---原子論（19世紀(jì)，道爾頓）---棗糕模型（19世紀(jì)末，湯姆遜）---“行星系式”原子模型（盧瑟福）但對(duì)氫原子光譜為什么是不連續(xù)光譜，原子為什么依然是原子等問(wèn)題沒(méi)法解釋。第四頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.Bohr原子模型（1）光和電磁輻射紅橙黃綠青藍(lán)

紫第五頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五光和電磁輻射可見(jiàn)光譜(連續(xù)光譜)第六頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五氫原子光譜是不連續(xù)的線狀光譜第七頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五玻爾(N.Bohr)

丹麥物理學(xué)家，1913年玻爾任曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)助教，創(chuàng)立了原子結(jié)構(gòu)理論，為20世紀(jì)原子物理學(xué)開辟了道路。1916年任哥本哈根大學(xué)物理學(xué)教授，1917年當(dāng)選為丹麥皇家科學(xué)院院士。1921年，在玻爾的倡議下成立了哥本哈根大學(xué)理論物理學(xué)研究所。玻爾領(lǐng)導(dǎo)這一研究所先后達(dá)40年之久。

1922年玻爾榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1923年接受英國(guó)曼徹斯特大學(xué)和劍橋大學(xué)名譽(yù)博士學(xué)位。1937年5、6月間，玻爾曾經(jīng)到過(guò)我國(guó)訪問(wèn)和講學(xué)。1939年任丹麥皇家科學(xué)院院長(zhǎng)。第二次世界大戰(zhàn)開始，丹麥被德國(guó)法西斯占領(lǐng)。1943年玻爾為躲避納粹的迫害，逃往瑞典。1944年玻爾在美國(guó)參加了和原子彈有關(guān)的理論研究。1947年丹麥政府為了表彰玻爾的功績(jī)，封他為“騎象勛爵”。1952年玻爾倡議建立歐洲原子核研究中心(CERN)，并且自任主席。1955年他參加創(chuàng)建北歐理論原子物理學(xué)研究所，擔(dān)任管委會(huì)主任。同年丹麥成立原子能委員會(huì)，玻爾被任命為主席。

第八頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五Bohr原子模型的要點(diǎn)

電子在某一定態(tài)軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，既不吸收也不輻射能量。核外電子只能在一些有確定半徑和能量的軌道上運(yùn)動(dòng)，這些軌道的能量狀態(tài)不隨時(shí)間而變，稱為定態(tài)軌道。1.定態(tài)軌道概念第九頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.軌道能級(jí)的概念不同的定態(tài)軌道能量不同。離原子核越近的能量越低。軌道的這些不同的能量狀態(tài)，稱為能級(jí)。氫原子軌道能級(jí)示意圖第十頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五核外軌道的能量公式RH是常量，2.18×10-18J；n為主量子數(shù)。Z是核電荷數(shù)。通常，電子處在離核最近的軌道(n=1)上，能量最低——基態(tài)；原子獲得能量后，電子被激發(fā)到高能量軌道上，原子處于激發(fā)態(tài)第十一頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五氫原子軌道能級(jí)示意圖第十二頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電子從基態(tài)到激發(fā)態(tài)時(shí)吸收光能，電子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)釋放光能，光的頻率取決于軌道間的能量差。△E=hν軌道間的能量差是量子化的（即是不連續(xù)的）因此氫原子光譜是不連續(xù)的線狀光譜。（3）能級(jí)間的躍遷第十三頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五玻爾理論的優(yōu)點(diǎn)：成功地解釋了氫原子和類氫原子的光譜，獲得了1922年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。玻爾理論的缺陷：①?zèng)]有擺脫經(jīng)典力學(xué)的束縛；②不能解釋多電子原子的光譜；③不能說(shuō)明氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)；④不能解釋原子形成分子的化學(xué)鍵本質(zhì)第十四頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.電子的波粒二象性光具有波粒二象性（波動(dòng)性和粒子性）。1924年，德布羅意（deBroglieLV）預(yù)言所有的微觀粒子（原子、電子等）都具有波粒二象性德布羅意關(guān)系式λ=hmv普朗克常數(shù)德布羅意第十五頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五1927年，Davissson和Germer應(yīng)用Ni晶體進(jìn)行電子衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)電子具有波動(dòng)性。 C.DavissonandL.Germar1927，美國(guó)第十六頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電子衍射實(shí)驗(yàn):第十七頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第十八頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第十九頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五1927年,海森堡提出的測(cè)不準(zhǔn)原理能說(shuō)明電子這種微觀粒子的統(tǒng)計(jì)性運(yùn)動(dòng)規(guī)律3.測(cè)不準(zhǔn)原理測(cè)不準(zhǔn)原理:對(duì)于具有波粒二象性的微粒而言,不可能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定它們?cè)谀乘查g的位置和速度(或動(dòng)量).原子核外電子運(yùn)動(dòng)沒(méi)有確定的軌道,而是具有按概率分布的統(tǒng)計(jì)規(guī)律.第二十頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五6.2核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的近代描述第二十一頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五1926年薛定諤提出了描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的基本方程：薛定諤方程:薜定諤方程-電子運(yùn)動(dòng)的波動(dòng)方程式如果微觀粒子是原子核外電子，相應(yīng)的薜定諤方程就是電子波動(dòng)方程第二十二頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五薛定諤，E．(1887～1961)奧地利理論物理學(xué)家，是波動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人第二十三頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五式中:稱為波函數(shù);是該方程的解。

薛定諤方程:E為原子的總能量;V為原子核對(duì)電子的吸引能;m為電子的質(zhì)量;h為普朗克常數(shù);

x、y、z為電子的空間坐標(biāo).第二十四頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五波函數(shù)是空間直角坐標(biāo)x、y、z的函數(shù)=（x，y，z）對(duì)于一個(gè)指定的原子體系，波函數(shù)是描述原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)表示式。解一個(gè)指定的原子體系（如氫原子體系）的薜定諤方程，可以得到一系列的波函數(shù)，和一系列相應(yīng)的能量值。例如波函數(shù)

1s相應(yīng)的能量值第二十五頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五薜定諤方程的解即波函數(shù)

不止一個(gè)，而是有許多個(gè)，其中有些是合理的，有些是不合理的。每一個(gè)合理的解代表電子的一種可能運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（定態(tài)），與其對(duì)應(yīng)的能量為該定態(tài)的能級(jí)。例如基態(tài)氫原子的電子能態(tài)為：第二十六頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可用波函數(shù)和其相應(yīng)的能量來(lái)描述。在數(shù)學(xué)上，函數(shù)都有相應(yīng)的空間圖象。波函數(shù)的空間圖象可理解為電子的空間運(yùn)動(dòng)范圍。波函數(shù)的空間圖象稱為原子軌道。波函數(shù)是原子軌道的數(shù)學(xué)表示式。波函數(shù)與原子軌道常作為同義詞使用。第二十七頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五解薛定諤方程式時(shí),為方便起見(jiàn),將直角坐標(biāo)(x,y,z)變換為球極坐標(biāo)(r,,):(x,y,z)(r,,)=R(r)·()·()=R(r)·Y(,).徑向波函數(shù)角度波函數(shù)第二十八頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.量子數(shù)解薜定諤方程時(shí)可得到許多個(gè)波函數(shù)。每個(gè)波函數(shù)都包含有三個(gè)常數(shù)，稱為三個(gè)量子數(shù)，分別用n，l，m表示。不同的波函數(shù)三個(gè)量子數(shù)的值不同。這三個(gè)量子數(shù)只有按一定規(guī)則取值和組合時(shí)，相應(yīng)的波函數(shù)和能量值才是合理的，才代表了電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。原子核外的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可用四個(gè)量子數(shù)（n，l，m再加上另一量子數(shù)ms）進(jìn)行描述。第二十九頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五四個(gè)量子數(shù)①主量子數(shù)n

③磁量子數(shù)m

④自旋量子數(shù)ms②副量子數(shù)（角量子數(shù)）l第三十頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五KLMNOPn值決定了電子在核外出現(xiàn)概率最大的區(qū)域離核的遠(yuǎn)近及其能量的高低.①.主量子數(shù)(n)取值限制：只能取非零正整數(shù)n值123456n值代號(hào)n值越小，則該電子層離原子核的平均距離越近，其能級(jí)越低。物理意義：每一個(gè)n值代表一個(gè)電子層.第三十一頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五②.角量子數(shù)(l)l值0123spdf例如，當(dāng)n=3時(shí)，l只可取0，1，2這三個(gè)值。取值限制：l

的取值受n值限制,

l可取值為0,1,(n-1)l值代號(hào)物理意義：在指定的電子層，每一個(gè)l值代表一個(gè)電子亞層.例如，在第3電子層（n=3），l只可取0，1，2這三個(gè)值。表示在第3電子層只有三個(gè)電子亞層，即3s亞層、3p亞層、3d亞層。第三十二頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五在第n電子層剛好包含n個(gè)電子亞層。在多電子原子中，對(duì)于同一電子層，l值越小，則該電子亞層的能級(jí)越低。當(dāng)n值相同時(shí),亞層能級(jí)相對(duì)高低為

ns

<np

<nd<nf處于不同電子亞層的原子軌道（即波函數(shù)的空間圖象）的形狀是不相同的。處于同一電子亞層的原子軌道（即波函數(shù)的空間圖象）的形狀則是相同的。l值決定了原子軌道的形狀。第三十三頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五不同電子亞層中的原子軌道和電子云的形狀l值0123s亞層p亞層d亞層f亞層電子亞屋軌道形狀球形啞鈴形花瓣形l值越大，相應(yīng)的原子軌道的形狀越復(fù)雜。

s亞層中的原子軌道和相應(yīng)的電子云稱為

s軌道和s電子云。

p亞層中的原子軌道和相應(yīng)的電子云稱為

p軌道和p電子云。第三十四頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五s軌道的角度分布圖：+第三十五頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五p軌道的角度分布圖其中，藍(lán)色為“＋”號(hào)，紅色為“－”號(hào)。正負(fù)號(hào)以及Y的極大值空間取向?qū)?duì)原子之間能否成鍵及成鍵的方向性起著重要作用。+－+－+－第三十六頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五d軌道的角度分布圖++++++++++其中，淺色為“＋”號(hào)，深色為“－”號(hào)。第三十七頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五f軌道的角度分布圖第三十八頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五③.磁量子數(shù)(m).取值限制:m的取值受l值限制,m可取值為－l0+l共(2l+1)個(gè)值例如，當(dāng)l=2時(shí)，m可?。?，－1，0，1，2等五個(gè)值當(dāng)l值一定時(shí)（即在一定的電子亞層），m可取多少個(gè)值，就表示這個(gè)亞層共有多少個(gè)原子軌道（波函數(shù)）例如，在d亞層（l=2）有5個(gè)原子軌道，這5個(gè)波函數(shù)稱為5個(gè)d軌道。第三十九頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五l值相同m值不同的原子軌道形狀相同，但空間伸展方向不同。磁量子數(shù)m決定原子軌道在空間的伸展方向。同一亞層的原子軌道能量相等,這樣的軌道稱為等價(jià)軌道或簡(jiǎn)并軌道.p亞層（l=1）m可取－1，0，1三個(gè)值.p亞層有三個(gè)原子軌道,其形狀和能量均相同,但空間伸展方向不同.第四十頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五量子數(shù),電子層,電子亞層、原子軌道數(shù)之間的關(guān)系主量子數(shù)n1234電子層KLMN

角量子數(shù)l0010120123電子亞層1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f磁量子數(shù)m0000000000±1±1±1±1±1±1±2±2±2±3每個(gè)亞層中軌道數(shù)目1131351357每個(gè)電子層軌道數(shù)目n214916第四十一頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五④.自旋量子數(shù)(ms)電子的自旋可有兩個(gè)相反的方向,所以自旋量子數(shù)只有2個(gè)值,+1/2,-1/2.通常用“↑”“↓”表示自旋相反的兩電子互相吸引.三個(gè)量子數(shù)n、l、m取的合理組合決定了一個(gè)原子軌道.描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)還需第四個(gè)量子數(shù)第四十二頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五每個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)需用4個(gè)量子數(shù)n、l、m以及ms來(lái)描述,缺一不可.解:m=+1,0,-1例題:補(bǔ)足下列缺少的量子數(shù):n=3,l=1,m=?,ms=-1/2.例如n=2,l=1,m=-1,ms=+1/2.指的是第2電子層的p亞層中的一個(gè)原子軌道上自旋方向以(+1/2)為特征的那個(gè)電子.第四十三頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五波函數(shù)（原子軌道）的空間圖像表示了原子核外電子運(yùn)動(dòng)的空間范圍,(不同于宏觀物體的運(yùn)動(dòng)軌道).前面給出波函數(shù)的圖像均為角度波函數(shù)Y

l,m(,)的空間圖像。波函數(shù)的圖形第四十四頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五將角度波函數(shù)Y

l,m(,)

的大小與角度,的關(guān)系用圖像表示出來(lái),就得到原子軌道角度分布圖.式中K為常數(shù).Ypz=K·cos1.氫原子軌道的角度分布圖例:pz原子軌道的繪制.由薛定諤方程可解得:即角度波函數(shù)Y

l,m(,)的空間圖像。第四十五頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五將不同的代入,可求得相應(yīng)的Y(pz):將所得曲線繞z軸旋轉(zhuǎn)360o,所得圖形就是pz原子軌道角度分布圖.K0.866K0.707K0.5K0-0.5K-0.707K-0.866K-K030456090120135150180(o)

Ypz

(o)Y

pz

Ypz=K·cos第四十六頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五0.472+-yz15°第四十七頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五注意點(diǎn):對(duì)稱軸上出現(xiàn)極值;反對(duì)稱面為節(jié)面(值為0),圖象呈現(xiàn)啞鈴形;Ypz有正值或負(fù)值,但不是正負(fù)電荷;圖象中的方向和正負(fù)對(duì)化學(xué)鍵形成有意義.+－第四十八頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第四十九頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五描述電子在核外出現(xiàn)的概率密度分布所得到的空間圖像.在原子核外某處單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的概率,用|Ψ|2來(lái)表示.(1)概率密度:概率密度與電子云:(2)電子云:第五十頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五

電子出現(xiàn)概率密度大的地方，電子云濃密一些，電子出現(xiàn)概率密度小的地方，電子云稀薄一些

電子云圖象中每一個(gè)小黑點(diǎn)表示電子出現(xiàn)在核外空間中的一次概率，概率密度越大，電子云圖象中的小黑點(diǎn)越密。因此，電子云的正確意義并不是電子真的象云那樣分散，不再是一個(gè)粒子，而只是電子行為統(tǒng)計(jì)結(jié)果的一種形象表示。第五十一頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五基態(tài)氫原子電子云圖像.第五十二頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電子云角度分布圖與原子軌道角度分布圖不同.電子云角度分布圖:|Ψ|2的角度分布部分|Y|2隨角度變化作圖所得到的圖象.1、電子云圖略“瘦”。2、電子云圖無(wú)正負(fù)之分。第五十三頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電子云的角度分布圖第五十四頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電子云的徑向分布函數(shù)D（r）的定義式電子云的徑向分布函數(shù)圖D值越大表明在這個(gè)球殼里電子出現(xiàn)的幾率越大。電子云徑向分布函數(shù)D（r）的物理意義D（r）=4pr2R2離核距離為r的“無(wú)限薄球殼”里電子出現(xiàn)的概率（概率等于概率密度乘體積，這里的體積就是極薄球殼的體積）。R=Rn,l(r)

第五十五頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五球形薄球殼夾層示意圖

第五十六頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五氫原子核外電子的D函數(shù)圖象3s3d3p2s2p1s第五十七頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五我們從圖中看到，D（r）圖象是峰形的。峰數(shù)等于相應(yīng)主量子數(shù)n和角量子數(shù)l之差（n–l）電子云n–l值峰數(shù)電子云n–l值峰數(shù)1s1–0=112s2–0=222p2–1=113s3–0=333p3–1=224s4–0=444p4–1=333d3–2=11第五十八頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五最高的峰稱為主峰主峰代表了電子出現(xiàn)概率最大的球殼離核的距離主量子數(shù)n值越小，主峰離核越近。外層電子的次峰可以比內(nèi)層電子的主峰離核更近（鉆穿效應(yīng)）3d與4s軌道的徑向分布圖第五十九頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五6.3原子核外的電子結(jié)構(gòu)第六十頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五多電子原子中原子軌道的能級(jí)高低規(guī)律1、電子層數(shù)不同時(shí)（n不同l相同）1s＜2s＜3s＜4s＜5s＜6s＜7s2p＜3p＜4p＜5p＜6p3d＜4d＜5d＜6d2、同一電子層的不同亞層（n相同l不同）ns＜np＜nd＜nf3、能級(jí)交錯(cuò)例：4s＜3d第六十一頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五屏蔽效應(yīng):多電子原子中,核電荷對(duì)某個(gè)電子的吸引力,因其它電子對(duì)該電子的排斥而被削弱的作用.------式中為屏蔽常數(shù).Z*=Z-通常把電子實(shí)際所受到的核電荷有效吸引的那部分核電荷稱為有效核電荷,以Z*表示.第六十二頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五(2)鉆穿效應(yīng):電子進(jìn)入原子內(nèi)部空間,受到核的較強(qiáng)的吸引作用.一般鉆穿能力順序?yàn)?ns>np>nd>nf外層電子對(duì)內(nèi)層電子無(wú)屏蔽作用同層電子之間0.35(第一層0.30);(n-1)層對(duì)n層為0.85;(n-1)層以內(nèi)的對(duì)n層為1.00.第六十三頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五E3d

>E4s,可能就是4s電子的鉆穿能力較3d電子強(qiáng)的緣故.3d與4s軌道的徑向分布圖第六十四頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.Pauling近似能級(jí)圖:>>>>>ns<np<nd<nf能級(jí)交錯(cuò).圖中可看出:各電子層能級(jí)的相對(duì)高低;第六十五頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第六十六頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五

/baike/pic/item/fcbbb151cb32f09c8d543024.jpg量子化學(xué)家，他在化學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域都有過(guò)重大貢獻(xiàn)。曾兩次榮獲諾貝爾獎(jiǎng)金（1954年化學(xué)獎(jiǎng)，1962年和平獎(jiǎng),他是唯一一個(gè)單獨(dú)兩次獲諾貝爾獎(jiǎng)的人），有很高的國(guó)際聲譽(yù)。

1901年2月18日，鮑林出生在美國(guó)俄勒岡州波特蘭市.1917年，鮑林以優(yōu)異的成績(jī)考入俄勒岡州農(nóng)學(xué)院化學(xué)工程系，他希望通過(guò)學(xué)習(xí)大學(xué)化學(xué)最終實(shí)現(xiàn)自己的理想。1922年，鮑林以優(yōu)異的成績(jī)大學(xué)畢業(yè)，同時(shí)，考取了加州理工學(xué)院的研究生，導(dǎo)師是著名化學(xué)家諾伊斯。學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)

1.價(jià)鍵理論鮑林自1930年代開始致力于化學(xué)鍵的研究，1939年出版了在化學(xué)史上有劃時(shí)代意義的《化學(xué)鍵的本質(zhì)》一書。這部書徹底改變了人們對(duì)化學(xué)鍵的認(rèn)識(shí)，將其從直觀的、臆想的概念升華為定量的和理性的高度.2.電負(fù)性鮑林在研究化學(xué)鍵鍵能的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于同核雙原子分子，化學(xué)鍵的鍵能會(huì)隨著原子序數(shù)的變化而發(fā)生變化，為了半定量或定性描述各種化學(xué)鍵的鍵能以及其變化趨勢(shì)，鮑林于1932年首先提出了用以描述原子核對(duì)電子吸引能力的電負(fù)性概念，并且提出了定量衡量原子電負(fù)性的計(jì)算公式。3.共振論

4.生物大分子結(jié)構(gòu)和功能1930年代中期，隨著加州理工學(xué)院加強(qiáng)其再在生物學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，鮑林得以接觸一批生物學(xué)大師，期間鮑林對(duì)他原本沒(méi)有興趣的生物大分子結(jié)構(gòu)研究產(chǎn)生了興趣。鮑林在生物大分子領(lǐng)域最初的工作是對(duì)血紅蛋白結(jié)構(gòu)的確定，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)首先證實(shí)，在得氧和失氧狀態(tài)下，血紅蛋白的結(jié)構(gòu)是不同的第六十七頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五我國(guó)著名化學(xué)家北京大學(xué)徐光憲教授，根據(jù)光譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)基態(tài)多電子原子軌道的能級(jí)高低提出一種定量的依據(jù)，并把n+0.7l值的第一位數(shù)字相同的各能級(jí)組合為一組，稱為某能級(jí)組。即n+0.7l值愈大，軌道能級(jí)愈高，徐光憲中科院院士北京大學(xué)教授第六十八頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五能級(jí)1s2s2p3s3p4s3d4pn+0.7l1.02.02.73.03.74.04.44.7能級(jí)組ⅠⅡⅢⅣ組內(nèi)電子數(shù)288185s4d5p6s4f5d6p5.05.45.76.06.16.46.7ⅤⅥ1832第六十九頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五

1s，(2s，2p)，(3s，3p)，(4s，3d，4p)，(5s，4d，5p)，(6s，4f，5d，6p)…根據(jù)徐光憲公式計(jì)算可以明確原子能級(jí)由低到高依次為此順序與鮑林近似能級(jí)順序吻合。括號(hào)表示能級(jí)組。一般來(lái)說(shuō),基態(tài)原子外層軌道能級(jí)高低的順序?yàn)?ns

<(n-2)f

<(n-1)d

<np第七十頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五核外電子排布規(guī)律(一)Pauli不相容原理多電子原子的核外電子排布遵循三個(gè)規(guī)律:根據(jù)泡利不相容原理，每個(gè)原子軌道中最多只能容納兩個(gè)電子，并且這兩個(gè)電子必須自旋方向相反.在同一個(gè)原子中,不可能有四個(gè)量子數(shù)完全相同的兩個(gè)電子同時(shí)存在。第七十一頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電子層、電子亞層、原子軌道數(shù)、電子數(shù)之間的關(guān)系:每個(gè)電子層軌道數(shù)目n2主量子數(shù)n1234電子亞層1s2s,2p3s,3p,3d4s,4p,4d,4f

每個(gè)亞層中軌道數(shù)目11,31,3,51,3,5,714916每個(gè)亞層可容納電子數(shù)22,62,6,102,6,10,14每個(gè)電子層可容電子數(shù)2n2281832第七十二頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五（二）最低能量原理核外電子排布規(guī)律基態(tài)多電子原子的核外電子在核外排布時(shí)總是盡先占據(jù)能量最低的軌道，只有當(dāng)?shù)湍芰康能壍勒紳M后，才依次排入高能量的軌道。第七十三頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電子在能量相同的軌道（簡(jiǎn)并軌道）上排布時(shí)，總是盡可能單獨(dú)分占不同的軌道,且自旋方向相同.核外電子排布規(guī)律（三）Hund規(guī)則簡(jiǎn)并軌道處于全充滿、半充滿、全空時(shí),原子較穩(wěn)定.第七十四頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五基態(tài)原子的核外電子排布式的書寫例：寫出基態(tài)氮原子的核外電子排布式。

7N：1s22s22p3解：基態(tài)原子的核外電子排布軌道式的書寫例：寫出基態(tài)氮原子的核外電子排布軌道式。

7N：解：1s2s2p第七十五頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五例：寫出基態(tài)鐵原子的核外電子排布式。

26Fe：解：1s222s22p63s23p63d64s電子填充順序?yàn)殡娮酉冗M(jìn)入4s亞層，4s亞層填滿后電子再進(jìn)入3d亞層。但在書寫時(shí)一律按電子層的順序?qū)?，因?d寫在4s之前。第七十六頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五電子排布式的簡(jiǎn)寫：將內(nèi)層已達(dá)到稀有氣體電子層結(jié)構(gòu)的部分用稀有氣體的元素符號(hào)加方括號(hào)表示，并稱為原子芯（或原子實(shí)）例：18Ar的電子排布式為:1s22s22p63s23p6

26Fe：1s222s22p63s23p63d64s可簡(jiǎn)寫為

26Fe：23d64s[Ar]價(jià)層電子第七十七頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五例：寫出基態(tài)鉻原子的核外電子排布式。

24Cr：解：1s22s22p63s23p63d424s

24Cr：1s22s22p63s23p613d54s3d亞層和4s亞層均半充滿，原子更穩(wěn)定。簡(jiǎn)寫

24Cr：13d54s[Ar]價(jià)層電子基態(tài)鉻原子的核外電子排布軌道式

24Cr：[Ar]3d4s第七十八頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五價(jià)層電子構(gòu)型（價(jià)層電子組態(tài)）注意:價(jià)電子層中的電子并非一定全是價(jià)電子.3d54s24d5s101Ag的氧化值只有+1,+2,+3.價(jià)電子參加化學(xué)反應(yīng)時(shí)能用于成鍵的電子.價(jià)電子層（簡(jiǎn)稱價(jià)層）------價(jià)電子所在的電子層和亞層.------價(jià)電子層的電子排布式.例25Mn的價(jià)層電子構(gòu)型為:例47Ag的價(jià)電子層構(gòu)型為:第七十九頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.簡(jiǎn)單基態(tài)陽(yáng)離子的電子排布:26Fe的電子排布式為[Ar]3d64s2.Fe2+的電子排布式是否為:[Ar]3d44s2.否正確的Fe2+的電子排布式[Ar]3d64s0一般規(guī)律基態(tài)原子外層電子填充順序:→ns

→

(n-2)f

→

(n-1)d

→

np價(jià)電子電離順序：→np→ns→(n-1)d→(n-2)f例25Mn2+:[Ar]3d54s0第八十頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五元素周期表第八十一頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五門捷列夫俄羅斯化學(xué)家門捷列夫(1834.2.8~1907.2.2)，生在西伯利亞。他從小熱愛(ài)勞動(dòng)，喜愛(ài)大自然，學(xué)習(xí)勤奮。

1860年門捷列夫在為著作《化學(xué)原理》一書考慮寫作計(jì)劃時(shí)，深為無(wú)機(jī)化學(xué)的缺乏系統(tǒng)性所困擾。于是，他開始搜集每一個(gè)已知元素的性質(zhì)資料和有關(guān)數(shù)據(jù)，把前人在實(shí)踐中所得成果，凡能找到的都收集在一起。人類關(guān)于元素問(wèn)題的長(zhǎng)期實(shí)踐和認(rèn)識(shí)活動(dòng)，為他提供了豐富的材料。他在研究前人所得成果的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)一些元素除有特性之外還有共性。例如，已知鹵素元素的氟、氯、溴、碘，都具有相似的性質(zhì)；堿金屬元素鋰、鈉、鉀暴露在空氣中時(shí)，都很快就被氧化，因此都是只能以化合物形式存在于自然界中；有的金屬例銅、銀、金都能長(zhǎng)久保持在空氣中而不被腐蝕，正因?yàn)槿绱怂鼈儽环Q為貴金屬。于是，門捷列夫開始試著排列這些元素。他把每個(gè)元素都建立了一張長(zhǎng)方形紙板卡片。在每一塊長(zhǎng)方形紙板上寫上了元素符號(hào)、原子量、元素性質(zhì)及其化合物。然后把它們釘在實(shí)驗(yàn)室的墻上排了又排。經(jīng)過(guò)了一系列的排隊(duì)以后，他發(fā)現(xiàn)了元素化學(xué)性質(zhì)的規(guī)律性。因此，當(dāng)有人將門捷列夫?qū)υ刂芷诼傻陌l(fā)現(xiàn)看得很簡(jiǎn)單，輕松地說(shuō)他是用玩撲克牌的方法得到這一偉大發(fā)現(xiàn)的，門捷列夫卻認(rèn)真地回答說(shuō)，從他立志從事這項(xiàng)探索工作起，一直花了大約20年的功夫，才終于在1869年發(fā)表了元素周期律。他把化學(xué)元素從雜亂無(wú)章的迷宮中分門別類地理出了一個(gè)頭緒。此外，因?yàn)樗哂泻艽蟮挠職夂托判模慌旅抑肛?zé)，不怕嘲諷，勇于實(shí)踐，敢于宣傳自己的觀點(diǎn)，終于得到了廣泛的承認(rèn)。為了紀(jì)念他的成就，人們將美國(guó)化學(xué)家希伯格在1955年發(fā)現(xiàn)的第101號(hào)新元素命名為Mendelevium，即“鍆”。第八十二頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.原子序數(shù):主族、副族、零族、第Ⅷ族:原子序數(shù)由原子核電荷數(shù)確定.2.周期:周期號(hào)數(shù)等于電子層數(shù)(Pd除外).各周期元素的數(shù)目等于相應(yīng)能級(jí)組中原子軌道所能容納的電子總數(shù).3.族:第八十三頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五各周期元素與相應(yīng)能級(jí)組的關(guān)系周期能級(jí)組能級(jí)中原子軌道電子最大容量元素?cái)?shù)目

111s222s2p333s3p444s3d4p

555s4d5p666s4f5d6p

777s5f6d(未完)228888181818183232尚未布滿23(未完)第八十四頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五ⅠA01ⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA2p區(qū)3s區(qū)ⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡB4d區(qū)ds區(qū)567鑭系f區(qū)錒系區(qū)：把價(jià)層電子構(gòu)型相似的元素集中在一起，形成一個(gè)區(qū)。第八十五頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五主族元素副族元素零族ns1~2ns2np1~6(n-1)d1~9ns1~2(n-2)f1~14s區(qū)p區(qū)d區(qū)ds區(qū)f區(qū)過(guò)渡元素內(nèi)過(guò)渡元素↓↑元素周期表第八十六頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五例寫出25號(hào)元素的基態(tài)原子核外電子排布式并指出其在周期表中所屬周期、族和區(qū)。1s222s22p63s23p63d54s解電子排布式或[Ar]3d54s2第4周期，ⅦB族，d區(qū)第八十七頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五6.4元素性質(zhì)的周期性第八十八頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.有效核電荷Z*元素原子序數(shù)增加時(shí)，原子的有效核電荷Z*呈現(xiàn)周期性的變化。同一周期：短周期：從左到右，Z*顯著增加。長(zhǎng)周期：從左到右，前半部分有Z*增加不多，后半部分顯著增加。同一族：從上到下，Z*增加，但不顯著。第八十九頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五第九十頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.原子半徑（r）共價(jià)半徑vanderWaals半徑主族元素：從左到右r減??；從上到下r增大。過(guò)渡元素：從左到右r緩慢減?。?/p>

從上到下r略有增大。金屬半徑第九十一頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五主族元素第九十二頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五

元素的原子半徑變化趨勢(shì)第九十三頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五鑭系元素從左到右，原子半徑減小幅度更小，這是由于新增加的電子填入外數(shù)第三層上，對(duì)外層電子的屏蔽效應(yīng)更大，外層電子所受到的Z*增加的影響更小。鑭系元素從鑭到鐿整個(gè)系列的原子半徑減小不明顯的現(xiàn)象稱為鑭系收縮。第九十四頁(yè)，共一百零四頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.電離能