原子結(jié)構(gòu)和元素周期性

原子結(jié)構(gòu)和元素周期性第一頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二主要內(nèi)容：簡要介紹人類認識原子結(jié)構(gòu)的歷史和實驗基礎(chǔ)核外電子等微觀粒子的運動特征：量子化特性和波粒二象性核外電子運動狀態(tài)的描述：要用四個量子數(shù)確定的波函數(shù)來描述。重點：是用四個量子數(shù)討論原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)與周期系的關(guān)系，著重探討原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)的規(guī)律性聯(lián)系。第二頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二

本章教學要求1.了解人類認識原子結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史；

2.了解原子結(jié)構(gòu)有關(guān)術(shù)語和概念；3.掌握四個量子數(shù)n、l、m、ms的意義和相互關(guān)系；4.會用四個量子數(shù)寫出1—4周期常見元素的電子結(jié)構(gòu)式，并會由結(jié)構(gòu)式確定元素所在周期、族、區(qū)、特征電子構(gòu)型（即價電子構(gòu)型）、元素名稱和高氧化態(tài)及低氧化態(tài)化合物化學式。5.掌握原子結(jié)構(gòu)與周期系的關(guān)系。第三頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二5.1元素和原子1858年，人們在研究物質(zhì)在真空管的放電現(xiàn)象時，發(fā)現(xiàn)了陰極射線；1897年美國物理學家湯姆森thomson研究陰極射線的本質(zhì)時，發(fā)現(xiàn)陰極射線是一群帶負電的粒子流，將其命名為電子，并測定了電子的荷質(zhì)比。不論陰極射線管中的氣體是什么氣體或電極材料是用什么金屬制成的，發(fā)射的陰極射線的電子的荷質(zhì)比都是相等的。因此證明電子是各種原子的共同組成部分。第四頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二陰極射線在磁場中偏轉(zhuǎn)第五頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二

近代原子結(jié)構(gòu)理論----玻爾理論為解釋原子可以穩(wěn)定存在的問題和氫原子的線狀光譜，1913年，丹麥物理學家玻爾總結(jié)普朗克的量子論、愛因斯坦的光子論和盧瑟福的原子模型結(jié)構(gòu)，提出了玻爾理論。第六頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二

5.為了解原子核外電子的運動狀態(tài)，人們通過對原子線狀光譜的研究，發(fā)現(xiàn)電子等微觀粒子的運動是量子化的；

6.通過對光、電子的衍射實驗，證明：德布羅意預(yù)言的準確性，發(fā)現(xiàn)電子等微觀粒子的運動特征除了“量子化”，還具有“波粒二象性”；從而得出微觀粒子的運動特征——“量子化”和“波粒二象性”。7.為了描述微觀粒子的運動狀態(tài)，海森堡提出“測不準原理”——h=x·P第七頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二8.薛定諤提出了波動方程

:?2Ψ／?ｘ2+?2Ψ／?ｙ2+?2Ψ／?ｚ2=-8π2m／ｈ2（Ｅ-Ｖ）Ψ上述方程既表現(xiàn)了微觀粒子的粒子性(m,E,V);也用Ψ表現(xiàn)了微觀離子的波動性。該方程的解波函數(shù)——Ψ是個函數(shù)，為了得到電子運動狀態(tài)的合理解，引進了只能取某些整數(shù)值的三個參數(shù)——ｎ，ｌ，ｍ，這三個參數(shù)稱為量子數(shù)；量子力學中還引進了表現(xiàn)電子自旋運動的量子數(shù)ｍｓ，用以解釋為什么原子的線狀光譜是由兩條緊挨的譜線構(gòu)成的。

第八頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二第二節(jié)核外電子的運動狀態(tài)P262-1核外電子運動的量子化特征

——氫原子光譜和玻爾理論一、量子化特性

P28

什么是量子化?

物理量不連續(xù)地變化稱為量子化。如：電子的最小單位為一個電子的電量：

1.602×10－19c，電量不可能取任意數(shù)值連續(xù)地變化，只能以電子電量的整倍數(shù)，一個電子一個電子呈跳躍式地相應(yīng)增加或減少。第九頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二二、氫原子光譜—量子化的實驗例證復(fù)習：光譜—復(fù)合光線經(jīng)三棱鏡折射后按照波長長短依次排列的彩色圖像。連續(xù)光譜（帶狀光譜）—如日光光譜，沸騰鋼水、熾熱燈絲光光譜。線狀光譜（原子光譜）—原子的特征光譜。以受激發(fā)的原子或離子作光源，發(fā)出的光通過分光鏡后得到不連續(xù)的明暗相間線條組成的光譜。第十頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二連續(xù)光譜(實驗室）第十一頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二連續(xù)光譜（自然界）第十二頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二氫原子光譜特點1.不連續(xù)的線狀光譜2.譜線頻率符合里德堡公式

=R{1/n12－1/n22}

式中，頻率(s-1),Rydberg常數(shù)R=3.2891015s-1

n1、n2為正整數(shù)，且n1<n2n1=1紫外光譜區(qū)（Lyman系）；

n1=2可見光譜區(qū)（Balmer系）；

n1=3、4、5紅外光譜區(qū)（Paschen、Bracker、Pfund系）3.從長波到短波，Hα、Hβ等譜線間的距離越來越小第十三頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二第十四頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二第十五頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二巴爾麥(J.Balmer)經(jīng)驗公式

:波數(shù)(波長的倒數(shù)=1/,cm-1).

n

:大于2的正整數(shù).

RH：Rydberg常數(shù),RH=R/c

RH

=1.09677107m-1矛盾：1.核外電子不會毀滅

2.原子光譜是不連續(xù)的，是線狀的第十六頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二第十七頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二三、玻爾(Bohr)理論1913年，丹麥物理學家N.Bohr提出.第十八頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二三、玻爾(Bohr)理論要點：（1）行星模型氫原子核外電子是處在一定的線性軌道上運行，就像行星繞太陽運行一樣；（2）定態(tài)假設(shè)原子核外電子的運動只能取一定的穩(wěn)定軌道，這些穩(wěn)定軌道叫定態(tài)（即不隨時間而改變），在定態(tài)軌道上運動的電子既不吸收能量也不放出能量；

H、類氫離子：rn=52.9n2/z(pm)

（n為正整數(shù)，z為核電荷數(shù)）

H基態(tài):n=1rn=52.9pm玻爾半徑第十九頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二（3）量子化條件在定態(tài)軌道上運動的電子有一定的能量，這能量只能取某些由量子化條件決定的分立數(shù)值，通常把這些具有不連續(xù)能量值的定態(tài)叫做能級。根據(jù)量子化條件，玻爾推出計算定態(tài)軌道能量公式：H原子、類氫離子：

En=－13.6Z2/n2(ev)=－2.179×10－18Z2/n2(J)（n≥1的正整數(shù)，1ev=1.602×10－19J）H原子：En=－13.6/n2(ev)=－2.179×10－18/n2(J)

基態(tài)：E=－13.6(ev)第二十頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二(4)躍遷規(guī)則原子內(nèi)電子可由某一定態(tài)躍遷到另一定態(tài)，在此過程中放出或吸收輻射能。其頻率γ由下式?jīng)Q定：

γ=E2-E1/h(E2＞E1)應(yīng)用:1.解釋原子穩(wěn)定存在的問題

2.可以解釋H原子光譜的不連續(xù)性

3.解釋里德堡經(jīng)驗公式局限：1.多電子原子光譜不能解釋

2.氫原子的精細光譜不能解釋第二十一頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二波爾理論的成功與缺陷成功：波爾理論用量子化的特性解釋經(jīng)典物理無法解釋的原子的發(fā)光現(xiàn)象，氫原子光譜的規(guī)律性。缺陷：未能完全沖破經(jīng)典物理的束縛，電子在原子核外的運動采取了宏觀物體的固定軌道，沒有考慮電子本身具有微觀粒子所特有的規(guī)律性-----波粒二象性。因此，波爾理論無法解釋多電子原子的光譜和氫光譜的精細結(jié)構(gòu)等問題。第二十二頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二2-2核外電子運動的波粒二象性波粒二象性：

微觀粒子有時顯示出波動性（此時粒子性不顯著），有時顯示出粒子性（此時波動性不顯著)，這種在不同條件下分別表現(xiàn)出波動和粒子的性質(zhì)稱為波粒二象性。第二十三頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二

二十世紀初，人們通過對光的研究，發(fā)現(xiàn)光有波粒二象性：

“所謂光的波動性，是指光能發(fā)生衍射和干涉等波的現(xiàn)象.”

“所謂光的粒子性，是指光的性質(zhì)可以用動量來描述?！?/p>

=h/P=h/mc第二十四頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二

一德布羅意預(yù)言1924年德布羅意預(yù)言：

“若光有波粒二象性，則所有微觀粒子在某些情況下也能呈現(xiàn)波動性?！钡虏剂_意認為：每個微觀粒子都與一個波的運動相關(guān)，具有質(zhì)量為m，運動速度為V的微觀粒子，相應(yīng)的波長可由下式算出：波長

=h/mV因mV為微觀粒子的動量：P=mV

所以波長

=h/p=h/mV第二十五頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二

二電子衍射實驗電子衍射實驗證明了德布羅意科學預(yù)言的準確性。實驗結(jié)果表明：電子不僅是一種有一定質(zhì)量高速運動的帶電粒子，而且能呈現(xiàn)波動的特性。（當然其運動還是量子化的）第二十六頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二感光屏幕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。

薄晶體片電子束電子槍衍射環(huán)紋第二十七頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二第二十八頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二

既然電子是具有波粒二象性的微觀粒子，能否用經(jīng)典力學中確定宏觀物體運動狀態(tài)的物理量“位置”和速度描述其運動狀態(tài)呢？能否象經(jīng)典力學準確測定宏觀物體運動的速度和位置那樣準確測定電子運動的速度和位置呢？對于微觀粒子,由于其具有特殊的運動性質(zhì)(波粒二象性),不能同時準確測定其位置和動量。1927年,海森堡(Heisthberg)提出了電子運動的測不準原理。.。第二十九頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二三、海森堡測不準原理

海森堡認為：

“由于微觀粒子具有波粒二象性，所以不可能同時精確地測出它的運動速度和空間位置?！?/p>

x·mv=x·ph/4π

其中：

X:微觀粒子在某一空間的坐標

x：粒子位置的不準量p：粒子動量的不準量

h：普朗克常數(shù)，h=6.626×10－34J·S第三十頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二上式表明：對于任何一個微觀粒子，測定其位置的誤差與測定其動量的誤差之積為一個常數(shù)h/4π.（即原子中核外電子的運動不可能同時準確測出其位置和動量。）顯然，x

,則p

;x

,則p

第三十一頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二例1:微觀粒子如電子,m=9.1110-31kg,半徑

r=10-18m，則x至少要達到10-19m才相對準確，則其速度的測不準情況為：

=6.62610-34/43.149.1110-3110-19

=5.291014m.s-1誤差如此之大，容忍不了?。。τ诤暧^物體如何？

第三十二頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二例2:對于m=10克的子彈，它的位置可精確到x

＝0.01cm,其速度測不準情況為：幾乎沒有誤差,所以對宏觀物質(zhì),測不準原理無意義.第三十三頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二

既然對微觀粒子的運動狀態(tài)測不準,有無方法描述其運動狀態(tài)呢?

答案是肯定的.某電子的位置雖然測不準,但可以知道它在某空間附近出現(xiàn)的機會的多少,即幾率的大小可以確定.因而可以用統(tǒng)計的方法和觀點,考察其運動行為。這里包括兩點:能量:量子化運動:統(tǒng)計性

測不準原理意義：應(yīng)用測不準關(guān)系，可以檢驗經(jīng)典力學適用的范圍，區(qū)分宏觀世界和微觀世界。第三十四頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二2-3核外電子運動狀態(tài)的描述一、微觀粒子運動的統(tǒng)計性規(guī)律

若通過電子槍一粒粒發(fā)射電子,通過狹縫打到感光屏幕上,時間較短時,電子數(shù)目少,每個電子的分布無規(guī)律;而當時間較長時,電子的數(shù)目足夠多時,出現(xiàn)衍射環(huán)。第三十五頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二衍射環(huán)的出現(xiàn),表明了電子運動的波動性,所以波動性是粒子性的統(tǒng)計結(jié)果.實驗中明暗交替的衍射環(huán)中,亮的地方,電子出現(xiàn)的機會大,暗的地方電子出現(xiàn)機會小.即這種電子的分布是有規(guī)律的。

從統(tǒng)計的規(guī)律看：電子落在衍射環(huán)紋亮處的機會較多，即幾率較大；落在衍射環(huán)紋暗處的機會較少，即幾率較小。從波動的觀點看：衍射圖樣中衍射強度最大的地方，波的振幅最大。從大量的粒子行為看：波的衍射強度大的地方電子出現(xiàn)的機會多；波的衍射強度小的地方電子出現(xiàn)的機會少。電子的波動性是跟微觀粒子運動的統(tǒng)計性聯(lián)系在一起的。第三十六頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二二、幾率和幾率密度幾率：用統(tǒng)計性的方法可以判斷電子在核外空間某一區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)機會的多少，數(shù)學上，稱這種機會的百分數(shù)為幾率。幾率密度：核外空間某處單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的幾率。幾率=體積×幾率密度為了直觀、形象地表示電子在核外空間幾率密度的分布情況，量子力學引入了電子云的概念。第三十七頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二三、電子云

電子云——即電子在核外空間出現(xiàn)幾率密度分布的形象化描述，是|Ψ2|的具體圖象。

如果我們能夠設(shè)計一個理想的實驗方法，對氫原子中的一個電子在核外的情況進行多次重復(fù)觀察，并記錄電子在核外空間每一瞬間出現(xiàn)的位置，統(tǒng)計其結(jié)果，得的空間圖像，其形狀就好像在原子核外籠罩著一團電子形成的云霧，故形象地稱為電子云。第三十八頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二

1s2s2p假想將核外一個電子每個瞬間的運動狀態(tài)，進行攝影。并將這樣數(shù)百萬張照片重疊，得到如下的統(tǒng)計效果圖，形象地稱為電子云圖。第三十九頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二電子云的角度分布第四十頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二經(jīng)典力學不適合描述微觀粒子的運動狀態(tài)，微觀粒子運動服從統(tǒng)計規(guī)律，，其運動狀態(tài)只能用建立在量子化和統(tǒng)計性基礎(chǔ)上的量子力學來描述。量子力學中描述微觀粒子運動狀態(tài)的最基本方程式是薛定諤方程。第四十一頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二1926年，奧地利物理學家薛定諤（Schodinger)提出一個描述核外電子等微觀粒子運動狀態(tài)的方程，被命名為薛定諤方程。該方程是是一個二階偏微分方程，其中x、y、z表示e的空間直角坐標；方程的解是波函數(shù)。

四、薛定諤波動方程p36式中

波函數(shù)，E能量，V勢能，m微粒的質(zhì)量，圓周率，

h普朗克常數(shù)第四十二頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二偏微分符號二階偏微分符號解二階偏微分方程將會得到一個什么結(jié)果呢？解代數(shù)方程，其解是一個數(shù)：x+3=5解得x=2

又已知f′(x)=2x，則f(x)=x2，確切說應(yīng)為一組函數(shù)f(x)=x2+C，C為常數(shù)。這是解常微分方程，結(jié)果是一組單變量函數(shù)；偏微分方程的解則是一組多變量函數(shù)。如F(x，y，z)等。波函數(shù)就是一系列多變量函數(shù)，經(jīng)常是三個變量的函數(shù).我們解薛定諤方程去求電子運動的波函數(shù)，什么是已知？已知條件是電子質(zhì)量m和電子的勢能V。第四十三頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二我們采取坐標變換的方法來解決（或者說簡化）這一問題。將三維直角坐標系變換成球坐標系。

將直角坐標三變量x，y，z變換成球坐標三變量r，，。yzxoPP′rrOP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)根據(jù)r，，的定義，有

x=rsincos

y=rsinsin

z=rcosr2=x2+y2+z2第四十四頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二

薛定諤方程中：包含了體現(xiàn)微粒性的m（質(zhì)量）、E（總能量）、V（勢能）和體現(xiàn)波動性的（波函數(shù)），所以該方程能反映電子等微觀粒子的運動狀態(tài)。解方程的目的：解出波函數(shù)和相應(yīng)的能量E。為了得到電子運動狀態(tài)合理的解，必須引用只能取整數(shù)值的三個參數(shù)——

量子數(shù)。第四十五頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二五、波函數(shù)1.一維空間伸展的波符號(x)拿住繩子的一頭，上下擺動，就會得到一種波的圖形，這種波沿著繩子朝一個方向伸展，在縱坐標的方向上可以量度出波的振幅的大小，在橫坐標方向則不存在什么波動。波的振動隨位置的變化而變化，即波的振幅是位置的函數(shù)，因此，可將波的振幅和位置聯(lián)系起來建立一個函數(shù)式，以描繪出波的振動圖形，稱此函數(shù)為波函數(shù)，以符號(x)表示電子具有波粒二象性，我們現(xiàn)在把電子看作一種在三維空間伸展的特定波來描述。第四十六頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二2.二維空間伸展的波符號(x，y)海水波3.三維空間伸展的波符號(x,y,z)如：電子波，這樣的波很難描述，因為三維空間均被占用，波的形狀和大小就難以表示。同上述方法類似，電子在原子核外一定的運動狀態(tài)也可以用相應(yīng)的波函數(shù)來描述，即以電子在空間的位置和空間三維坐標（x,y,z)建立起一個函數(shù)關(guān)系式。第四十七頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二波函數(shù)——是描述核外電子運動狀態(tài)的數(shù)學函數(shù)式（Ψ）原子軌道——原子中一個電子的可能的空間運動狀態(tài)。原子核外的電子可以處于不同的狀態(tài)，因此由薛定諤方程解出的描述這些狀態(tài)的波函數(shù)也不相同。第四十八頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二六、四個量子數(shù)P35由薛定諤方程解出來的波函數(shù)是受三個常數(shù)n、l、m限制的三變量函數(shù)。n、l、m并不是任意的常數(shù)，而是一些特定的數(shù)值，其數(shù)值的規(guī)定是由解微分方程決定的，即n、l、m只能取某些分立的數(shù)值，是量子化的，故稱量子數(shù)。在量子力學中，三個量子數(shù)選用一定值時，就可以求得一種相應(yīng)的波函數(shù)。由此可見，由三個確定的量子數(shù)組成一套參數(shù)即可描繪出一種波函數(shù)的特征，即可以描繪出核外電子的空間運動狀態(tài)，加上電子自旋的量子數(shù)ms,四個量子數(shù)可以確定電子的一個運動狀態(tài)。第四十九頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二1.主量子數(shù)n

—

又稱能量量子數(shù)取值：n=1、2、3、4-----為正整數(shù)(自然數(shù))意義:（1）決定電子能量大小的主要因素（2）表示核外電子離核的遠近第五十頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二例如：對于單電子或類氫離子體系能量純由n決定:En=－13.6z2/n2

n增大，E增大；n相等，E相等

H原子：E1s＜E2s=E2p＜E3s=E3p=E3d

對于多電子原子體系:En=－13.6(z-σ)2/n2n增大，E增大,能級增高（但n相等能級不一定相等）第五十一頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二例如：對于H原子或類氫離子的軌道半徑：

rn=52.9n2/z(pm)n增大，r增大；n一定，電子離核的距離r就確定。電子層(能層):n相同的電子離核的平均距離相近，稱為處于一個電子層。常用光譜學符號表示電子層：主量子數(shù)n1234567光譜符號

KLMNOPQ

能級第五十二頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二第五十三頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二2.角（副）量子數(shù)L取值:對應(yīng)一定的nl=0，1，2，3，…….(n-1),共n個值意義：（1）確定原子軌道形狀（2）和主量子數(shù)n共同決定多電子原子中電子的能量大?。?）確定電子云的概率徑向分布

第五十四頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二無論n為何，l相同，原子軌道形狀相同；l不同，原子軌道形狀不同。習慣上用小寫光譜符號表示不同形狀的原子軌道

l值原子軌道軌道形狀

0s球形

1p啞鈴形

2d四花瓣形

3f形狀復(fù)雜第五十五頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二下面結(jié)合主量子數(shù)n值和l值來判定具體的代表軌道nl代表軌道每層軌道種類(能級）101s1種202s2種

12p303s3種

13p23d404s4種

14p24d34f第五十六頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二

同層中(n相同),不同的軌道(l)稱為亞層，也叫電子軌道分層。所以l的取值決定了亞層的多少。結(jié)論：n層有n個l值，有n種軌道第五十七頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二對于多電子原子體系:En=－13.6(z-σ)2/n2

σ：屏蔽常數(shù)，與l有關(guān)例如：多電子原子n=4E4s＜E4p＜E4d＜E4f分別對應(yīng)l=0123

多電子原子中的4s、4p、4d和4f，雖然n值相同子離核的平均距離相近，但由于l值不同，使得電子的概率徑向分布不同，，造成電子在靠核的地方出現(xiàn)的機會不同，因而能量不同。第五十八頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二結(jié)論:

n值相同，l值不同的電子，l值越大，電子的能量越高。

n、l值相同的電子，能量相同，能級相同。能量相同的軌道稱為簡并軌道。如：3p的3個p軌道，3d的5個d軌道第五十九頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二3.磁量子數(shù)m取值：對應(yīng)一定的l

m=－l,···0,···+l共有（2l+1)個值.

例如：l=2,m=0,±1,±2意義:(1)決定原子軌道在空間的取向一個取值表示一個空間伸展方向。如：l=1,m=0,±1;則p軌道有3個伸展方向，即Px,Py,Pz軌道

（2）和l一起共同決定軌道的數(shù)目

第六十頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二lm軌道

空間運動狀態(tài)

類型

的數(shù)目00S1個10,±1p3個20,±1,±2d5個30,±1,±2,±3f7個具有一定l值的電子的空間運動狀態(tài)數(shù)

=磁量子數(shù)的取值數(shù)目

=2l+1第六十一頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二zyx

每一種m的取值，對應(yīng)一種空間取向。

m的不同取值，或者說原子軌道的不同空間取向，一般不影響能量。3種不同取向的2p軌道能量相同。我們說這3個原子軌道是能量簡并軌道，或者說2p軌道是3

重簡并的。而3d則有5種不同的空間取向,3d軌道是5

重簡并的。第六十二頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二ψn,l,m

表明了:

(1)軌道的大小(電子層的數(shù)目,電子距離核的遠近),軌道能量高低;(2)軌道的形狀;(3)軌道在空間分布的方向

結(jié)論：

利用三個量子數(shù)可以描述一個電子的空間運動狀態(tài)，即可將一個原子軌道描述出來.

第六十三頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二s

軌道(l=0,m=0):m一種取值,空間一種取向,一條s

軌道.p

軌道(l=1,m=+1,0,-1)m三種取值,三種取向,三條等價(簡并)p

軌道.第六十四頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二

d軌道(l=2,m=+2,+1,0,-1,-2)m五種取值,空間五種取向,五條等價(簡并)d軌道.第六十五頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二f軌道(l=3,m=+3,+2,+1,0,-1,-2,-3)m七種取值,空間七種取向,七條等價(簡并)f

軌道.第六十六頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二4.自旋量子數(shù)ms取值：ms=+1/2或-1/2

意義：表示電子自旋方向

地球有自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，電子圍繞核運動，相當于公轉(zhuǎn)，電子本身的自轉(zhuǎn)，可視為自旋.通常用“↑”和“↓”表示。所以,描述一個電子的運動狀態(tài),要用四個量子數(shù):n,l,m和ms.第六十七頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二自旋量子數(shù)ms不是解薛定諤方程引進來的（薛定諤方程不包括自旋），由相對論的笛拉克量子力學可以導出。ms是不依賴于上述三個量子數(shù)n、l、m而存在的獨立量。而n、l、m是量子力學直接給出的描寫原子軌道特征的量子數(shù)。第六十八頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二第六十九頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二n,l,m

一定，軌道也確定0123…軌道spdf…例如:n=2，

l=0，m=0，2s

n=3，l=1，m=0，3pz

n=3，l=2，m=0，3dz2思考題：當n為3時,l,m分別可以取何值？軌道的名稱怎樣?第七十頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二四個量子數(shù)描述核外電子運動的可能狀態(tài)例：

ms每層原子每層容納軌道數(shù)n2

電子數(shù)2n2n=1l=0，m=01/21s(1)12n=2l=0，m=01/2

2s(1)48

l=1，m=0,11/22p(3)n=3l=0，m=01/23s(1)98l=1，m=0,11/23p(3)l=2，m=0,1，21/23d(5)

n=4?1632第七十一頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二七、波函數(shù)的徑向部分和角度部分要正確地了解波函數(shù)，應(yīng)從薛定諤方程引出。對薛定諤方程求解，涉及到較復(fù)雜的數(shù)學，是件很麻煩的事情。如果我們采取坐標變換的方法，將三維直角坐標(x，y，z)變換成球坐標(r，θ,φ)，求解波動方程的工作就會簡單的多。第七十二頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二將直角坐標三變量x，y，z變換成球坐標三變量r，，。yzxoPP′rrOP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)根據(jù)r，，的定義，有

x=rsincos

y=rsinsin

z=rcosr2=x2+y2+z2第七十三頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二將關(guān)系式代入薛定諤方程式，再經(jīng)數(shù)學處理，利用變數(shù)分離法可得出如下形式的波函數(shù)：Ψ(n,l,m)(x,y,z)→Ψ(r,θ,φ)Ψ(n,l,m)(r,θ,φ)=R(n,l)(r)·

Y(l,m)(θ,φ)

完全波函數(shù)徑向波函數(shù)角度波函數(shù)用波函數(shù)描述電子在原子中的運動狀態(tài)比較抽象，若用圖像表示則形象直觀，但波函數(shù)是一個三維空間的三變量函數(shù)，很難用適當?shù)?、簡單的圖形表示清楚。在無機化學中，常采用分析的方法，從兩個側(cè)面來討論。第七十四頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二1.波函數(shù)的角度部分圖示波函數(shù)的角度部分Y(θ,φ)隨角度變化的圖形角波函數(shù)的角度部分圖示。解薛定諤方程可以得到具體的波函數(shù)的角度部分關(guān)系式。由于角度部分與r無關(guān)，因此與主量子數(shù)無關(guān)，因此寫成Y(l,m)(θ,φ)第七十五頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二p、d三種原子軌道的角度分布圖形是不同的，見圖5-10所示.

第七十六頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二強調(diào)注意：1.波函數(shù)角度分布圖中的正負號表示波函數(shù)的值為正或為負，不要誤以為是正電荷或負電荷。由于波函數(shù)的角度分布圖與r（或n）無關(guān)，所以1s、2s、3s其角度分布圖都是相同的球曲面。2p、3p、4p也是完全相同的。原子軌道組合形成分子軌道時常用到波函數(shù)的角度分布圖。第七十七頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二2.波函數(shù)的徑向部分圖示波函數(shù)的徑向部分R(r)在任意給定方向上（即一定的θ,φ）隨r的變化圖形叫波函數(shù)的徑向部分圖示。徑向波函數(shù)與主量子數(shù)n和角量子數(shù)l的大小有關(guān)，因此寫作R(n,l)(r).第七十八頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二氫原子軌道的徑向波函數(shù)圖示第七十九頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二3.電子云的角度分布和徑向分布量子力學理論證明：幾率密度=||2

幾率=||2

V即波函數(shù)|ψ|2

代表在核外空間某處找到電子的幾率電子云圖是幾率密度||2的形象化說明。黑點密集的地方，||2的值大，幾率密度大；反之幾率密度小。電子云同波函數(shù)一樣，也可以分為角度部分和徑向部分。第八十頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二電子云的角度分布波函數(shù)角度分布的對比Yl，m(θ,φ)Y2

l，m(θ,φ)

胖瘦有正負號無正負號要求：電子云圖像：記形狀波函數(shù)的圖象：記形狀、記符號符號表示原子軌道的對稱性，在討論化學鍵的形成、分子軌道的形成時有重要作用。第八十一頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二第八十二頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二電子云的徑向分布圖|R|2

對r做圖，得徑向密度分布圖，但這種圖形用的很少，用的比較多的是電子的幾率徑向分布圖|R|2

r1s2s3s第八十三頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二徑向幾率分布圖P39D(r)r1saor2sD(r)D(r)r3s第八十四頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二以1s為例，考察離核距離為r，厚度為r的薄球殼內(nèi)電子出現(xiàn)的幾率。r

r半徑為r的球面，表面積為4r2球殼的體積近似為V=4r2r幾率（W）=幾率密度體積（V）|R|2

表示球殼內(nèi)的幾率密度則厚度為r的球殼內(nèi)電子出現(xiàn)的幾率為:W=|R|24r2r

單位厚度球殼內(nèi)幾率為：第八十五頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二令D(r)=4r2|R|2

，D(r)稱為徑向分布函數(shù)。用D(r)對r作圖，考察單位厚度球殼內(nèi)的幾率隨r的變化情況，即得到徑向幾率分布圖。必須注意：離核近的球殼中幾率密度大，但由于半徑小，故球殼的體積小，造成該球殼體積內(nèi)的幾率??；離核稍遠的球殼中幾率密度小，但由于半徑大，故球殼的體積大，造成對應(yīng)球殼內(nèi)的幾率大；如果離核再遠，球殼中幾率密度又變小，雖然半徑大，球殼的體積大，而結(jié)果是對應(yīng)球殼內(nèi)的幾率又變小。所以徑向分布函數(shù)不是單調(diào)的(即不單調(diào)上升或單調(diào)下降)，其圖象是有極值的曲線第八十六頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二

對于單電子體系，其能量為第三節(jié)原子核外電子排布

和元素周期表

3-1多電子原子的能級

由主量子數(shù)n的物理意義知道，單電子原子的能級純由n來決定。因為它們的原子核外只有一個電子，這個電子只受到原子核的吸引n相同的軌道，能量相同：E4s=E4p=E4d=E4f而且n越大能量越高：

E1s＜E2s

＜E3s＜E4s第八十七頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二

多電子原子中，不僅存在電子與核之間的靜電引力，還有電子與電子之間的相互排斥力，電子的能量不能純由n決定，而由n和l共同決定。這主要是由于多電子原子之間的屏蔽所致，說明多電子原子的能級與屏蔽作用有關(guān)第八十八頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二

定義：

多電子原子中，內(nèi)層電子對外層電子的排斥，相當于核電荷對外層電子引力的減弱，這種現(xiàn)象叫做內(nèi)層電子對外層電子的屏蔽作用。其它電子對選定電子的屏蔽作用的效果叫屏蔽效應(yīng)。一、屏蔽效應(yīng)屏蔽效應(yīng)使得核對電子的引力減小，因而電子的能量增高。第八十九頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二研究外層的一個電子

以Li原子為例說明這個問題：

它受到核的的引力，同時又受到內(nèi)層電子的－2的斥力。

實際上受到的引力已經(jīng)不會恰好是+3，受到的斥力也不會恰好是－2，很復(fù)雜。

我們把看成是一個整體，即被中和掉部分正電的的原子核。

于是我們研究的對象——

外層的一個電子就相當于處在單電子體系中。中和后的核電荷Z變成了有效核電荷Z*

。第九十頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二

有效核電荷——

被屏蔽效應(yīng)降低后所剩余的核電荷稱為有效核電荷，用Ｚ*＝Ｚ－σ表示。

σ——稱為屏蔽常數(shù)，它表示除指定電子外，其他電子對核電荷的抵消部分。第九十一頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二二、多電子原子的能級1.多電子原子的能級公式

這樣多電子原子體系就簡化成單電子原子的類似體系了（稱為中心市場模型）。

斯萊特根據(jù)光譜數(shù)據(jù)，歸納出一套計算屏蔽常數(shù)σ的方法。第九十二頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二

斯萊特經(jīng)驗規(guī)則：P94①軌道按內(nèi)外次序分組(1s);(2s,2p);(3s,3p),(3d);(4s,4p),(4d),(4f);(5s,5p),(5d),(5f),(5g)等；②外層電子對內(nèi)層電子無屏蔽作用，各組的σ＝0；③同一組中電子間的σ＝0.35（但1s，σ＝0）；④（ｎ－１）組對ｎs、nP電子的σ=0.85，對ｎd、nf電子的σ=1.00；⑤（n－２）組或更內(nèi)各組對ｎ組電子的σ＝1.00；⑥被屏蔽電子為nd或nf電子時，則位于它前面各組電子對它們的屏蔽常數(shù)σ=1.00。該方法用于n≤4的軌道準確性較好，n＞4較差。第九十三頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二顯然：屏蔽效應(yīng)會減弱原子核對外層電子的吸引力，使其離核更遠，所以外層電子的能量升高。實驗證明：屏蔽效應(yīng)隨n的增大而增大，n越大其能級E越高。第九十四頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二2.能級與n、l的關(guān)系（1）l相同:n↑，E↑

如:E1s＜E2s＜E3s＜E4sE2p＜E3p＜E4p＜E5pE3d＜E4d＜E5d原因：一方面，n越大，電子離核的平均距離越遠，核對其吸引力減弱，使能級升高；另一方面，n越大，內(nèi)層電子越多，原子中其它電子對它的屏蔽作用則越大，即σ越大，有效核電荷越少，使能級升高。第九十五頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二（2）n相同:l↑，E↑

Ens＜Enp＜End＜E4f

如：E3s＜E3p＜E3dE4s＜E4p＜E4d＜E4f

因電子的角量子數(shù)l的不同而不同，4s，4p，4d，4f受到其它電子的屏蔽作用依次增大，故在多電子體系中，n相同而l

不同的軌道，發(fā)生能級分裂。第九十六頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二（3）n、l均不同，出現(xiàn)能級交錯

n≥4,Ens＜E(n-1)d＜Enpn≥6,Ens＜E(n-2)f＜E(n-1)d＜Enp

主量子數(shù)n相同時，電子離核的平均距離相同，為什么能量會有高低之分呢？n、l都不同時，為什么會出現(xiàn)能級交錯現(xiàn)象呢？這個問題可以從電子的鉆穿效應(yīng)來解釋。

第九十七頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二三、鉆穿效應(yīng)1.定義:

由于角量子數(shù)l不同，幾率的徑向分布不同，電子鉆到核附近的幾率不同，因而能量不同的現(xiàn)象，稱為電子的鉆穿效應(yīng)。

一般說，在原子核附近出現(xiàn)幾率較大的電子可以較多地避免其它電子的屏蔽作用，也就是回避其它電子的屏蔽作用比較好，這樣受到核電荷的吸引比較大，能量較低；在原子核附近出現(xiàn)幾率較小的電子則相反，被屏蔽的較多，能量較高。第九十八頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二

2.對n相同，l不同的軌道能級交錯順序解釋

鉆穿效應(yīng)的結(jié)果，使核對電子的吸引力增大，電子的能量降低。當n同而l不同，l越小的電子鉆穿效應(yīng)越強，E越低。

即Ens<Enp<End------。2s,2p軌道的徑向分布圖第九十九頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二3.對n相同l不同的軌道能級交錯順序解釋

以4s和3d軌道為例：

4s：l小，鉆穿效應(yīng)大，對軌道能量起降低作用

n大，半徑大，對軌道能量起升高作用

前者占主導因素

3d：l大，鉆穿效應(yīng)小，對軌道能量起升高作用

n小，半徑小，對軌道能量起降低作用

前者占主導因素

結(jié)果：E4s<E3d3d與4s軌道的徑向分布圖第一百頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二四、近似能級圖原子中各軌道的能級高低可以根據(jù)光譜實驗得出的，也可以用理論計算的方法也可以得出。各原子軌道能級的高低情況，如果用圖示近似地表示出來，就是近似能級圖。第一百零一頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二

1939年,鮑林(PaulingL)從大量光譜實驗數(shù)據(jù)出發(fā),通過計算得出多電子原子(Many-electronatoms)中軌道能量的高低順序,提出了多電子原子的原子軌道近似能級圖。圖中一個小圓圈代表一個軌道(同一水平線上的圓圈為等價軌道)；箭頭所指則表示軌道能量升高的方向.1.鮑林近似能級圖

第一百零二頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二鮑林能級圖第一百零三頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二

1s

2s2p

3s3p

4s3d4p

5s4d5p

6s4f5d6p

7s5f6d7p能級順序：具有一定能量的軌道處于一個能級；能量相同的軌道，能級相同，稱為簡并軌道；能量相近的軌道劃分為一組稱為能級組。同組內(nèi)的能級的能量相近，但組與組之間能量差別大。主量子數(shù)相同的為一層。第一百零四頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二（2）電子云——ψ2在空間的分布。第一百零五頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二2.近似能級圖的意義（1）反映了與元素周期系一致的核外電子填充的一般順序按照能級圖中各軌道的能量高低的順序來填充電子時，可得到與光譜實驗大致相同的結(jié)果（個別電子又出入）。（2）能較好地說明周期系與電子層結(jié)構(gòu)的關(guān)系

能級組的劃分是導致周期表中化學元素劃分為周期的本質(zhì)原因。第一百零六頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二能級組能級可容納的相應(yīng)周期元素數(shù)目最多電子數(shù)Ⅰ1s2一2Ⅱ2s2p8二8Ⅲ3s3p8三8Ⅳ4s3d4p18四18Ⅴ5s4d5p18五18Ⅵ6s4f5d6p32六32Ⅶ7s5f6d7p32七32各周期元素數(shù)目＝相應(yīng)能級組中原子軌道容納的最多電子數(shù)第一百零七頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二4.徐光憲總結(jié)的能級高低與n和l的關(guān)系

——（n+0.7l）近似規(guī)律P43能級分組原則：

我國著名量子化學家徐光憲教授根據(jù)光譜數(shù)據(jù)提出(n+0.7l)公式來劃分。(n+0.7l)值的第一位數(shù)字相同的為一個能級組。第一位數(shù)字是幾，就稱為第幾能級組。(n+0.7l)值越大，電子能量越高。如：4s、3d、4p的(n+0.7l)值依次為4.0，4.4，4.7，第一位數(shù)字為4，稱為第Ⅳ能級組。第一百零八頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二按上公式，可將所知的能級分為七個能級組，恰好與周期表中的七個周期相對應(yīng)。由此可見，徐光憲教授總結(jié)的規(guī)律與鮑林的實驗結(jié)果是一致的。第一百零九頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二3-2核外電子的排布一、核外電子排布三原則1.能量最低原理（起主導作用)

核外電子的排布力求使整個原子的能量處于最低狀態(tài)。一般核外電子填充時，將盡可能的進入低能量的軌道中去。即軌道上的分布總是按能級由低到高的順序進入各個原子軌道的。問題：1s原子軌道能量最低，那么是否所有的電子都可以填充到1s軌道呢？答案是否定的。2.保里不相容原理

每個原子軌道最多只能容納兩個自旋方向相反的電子。即同一原子中不可能有4個量子數(shù)都相同的兩個電子存在。第一百一十頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二這樣有了保里原理的限制，電子就不可能都填充到最低的1s軌道上了，而是從1s軌道開始，按照保里原理的要求，依次向高能級填充。例如：6C:1s22s22p2問題：C原子的兩個p電子是填充在一個p軌道上還是分占一個p軌道上呢？第一百一十一頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二3.洪特規(guī)則（最多軌道原則）

——由光譜實驗測定總結(jié)的規(guī)則（1）等價軌道中的電子將盡可能以相同的自旋方向分占不同軌道。即在n和l相同的簡并軌道上分布的電子，將盡可能分占m不同的軌道，且自旋平行。

3個p軌道、5個d軌道、7個f軌道分別是簡并軌道例如:C原子中的2p2電子，應(yīng)該是2px12py1

而不應(yīng)是2px2N原子中的2p3電子，應(yīng)該是2px12py12pz1

而不應(yīng)是2px22py1第一百一十二頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二（2）等價軌道全滿，半滿或全空的狀態(tài)下比較穩(wěn)定全充滿p6d10f14

半充滿p3d5f7

全空p0d0f0

以上幾種情況對稱性高，體系穩(wěn)定，能量較低。電子填充時將盡可能成為這種狀態(tài)。根據(jù)以上原則，結(jié)合光譜實驗測定結(jié)果我們就可以確定電子結(jié)構(gòu)。第一百一十三頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二二、個別原子的電子排布1.第四周期20Ca：1s22s22p63s23p64s23d0從Sc到Zn，d電子逐漸增加，依次填充，但Cr和Cu較特殊。思考:24Cr和29Cu的電子結(jié)構(gòu)如何填充？24Cr：1s22s22p63s23p63d54s1半滿穩(wěn)定

而不是3d44s229Cu：1s22s22p63s23p63d104s1半滿、全滿穩(wěn)定

而不是3d94s2第一百一十四頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二為了書寫方便，避免電子結(jié)構(gòu)過長，更好地突出正在充填的電子殼的差別，通常把內(nèi)層已達稀有氣體的電子層結(jié)構(gòu)寫成“原子實”，用稀有氣體符號加括號表示:21Sc:[Ar]3d14s224Cr：[Ar]3d54s111Na：[Ne]3s1第一百一十五頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二2.第五周期37Ru：[Kr]4d05s1由于E5s＜E4d,因此從Ru開始，電子先填充5s，然后充填到4d上去。但由于能級差小，第五周期的元素電子填充有時變得不太規(guī)律，以致光譜實驗測定結(jié)果與三原則的推論有不一致的情況。如：41Nb44Ru45Rh(4d45s14d75s14d85s1)

46Pd74W78Pt(4d105d46s25d96s1)第一百一十六頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二3.第六周期由于E6s＜E4f＜E5d，因此從Cs開始，按照此能級依次填充。但La和Gd較特殊57La（鑭）：不是[Xe]6s24f1而是[Xe]6s24f05d164Gd（釓）：不是[Xe]6s24f8而是[Xe]6s24f75d1這主要是因為f0、f7比較穩(wěn)定的緣故。其中還有一些用三原則解釋不了的。第一百一十七頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二

1.電子結(jié)構(gòu)排布原理是概括了大量事實后提出的一般結(jié)論。因此絕大多數(shù)原子的電子實際排布與這些原理是一致的，然后有些副族元素特別是第6、7周期的某些元素原子的電子排布實驗測定結(jié)果并不能用排布原理完滿解釋。我們在實驗中應(yīng)該首先是承認事實，不要拿事實去適應(yīng)原理，但也不要因為還有某些不足而全面否定它。和任何原理一樣，這些原理也只有相對近似的意義，科學的任務(wù)是承認矛盾，發(fā)展原理，使它更加科學。2.電子層結(jié)構(gòu)（電子排布式）與電子填充的表示不一樣。即在能級交錯的地方，填充電子時先填入低能量軌道，再填入高能量軌道；但是，表示電子層結(jié)構(gòu)或?qū)戨娮优挪际綍r，則按電子層寫，同層寫在一起，不按能級組寫。三、說明第一百一十八頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二3.填充電子和失去電子的順序不一致，不是先失去能量高的電子，而是先失去最外層的電子，再失去次外層的電子。例：Co—1s22s22p63s23p63d74s2

Co2+—1s22s22p63s23p63d74s04.在寫價電子構(gòu)型（價e結(jié)構(gòu)）時，對于主族元素就是最外層電子排布；對于過渡元素的原子，一般應(yīng)包括次外層的d電子；對于離子，若原子失去電子后次外層變?yōu)樽钔鈱樱瑒t要將最外層電子寫完整。

例：Cl:1s２2s２2p６3s２3p５

價電子構(gòu)型為

3s２3p５

Fe:1s２2s２2p６3s２3p６3d64s２

價電子構(gòu)型為3d64s２第一百一十九頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二3-3原子結(jié)構(gòu)與元素周期系的關(guān)系一、元素性質(zhì)呈現(xiàn)周期性的內(nèi)在原因1.元素周期律：元素的性質(zhì)隨著核電荷數(shù)遞增而呈現(xiàn)周期性遞變的規(guī)律。如：原子半徑、第一電離能、元素的金屬性和非金屬性、元素的最高化合價等都出現(xiàn)周期性的變化。周期系：是指自然界中元素所形成的一個完整的體系。2.元素周期律產(chǎn)生的原因元素性質(zhì)的周期性來源于原子電子層結(jié)構(gòu)的周期性。每一周期都從開始到結(jié)束，周期性的重復(fù)這一變化。第一百二十頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二元素的化學性質(zhì)，主要取決于它的最外電子層的結(jié)構(gòu)，而最外電子層的結(jié)構(gòu)，又是由核電荷數(shù)及核外電子排布規(guī)律所決定的。因此元素周期律正是原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)周期性變化的反映。當把元素按原子序數(shù)（即核電荷數(shù)）遞增的順序依次排列成周期表時，原子最外層上的電子數(shù)目由1到8，呈現(xiàn)出周期性變化，即重復(fù)s1-s2p6的變化:

最外電子層結(jié)構(gòu)：ns1——ns2np6所以每一周期都是（除第一周期外）都是從堿金屬開始，以稀有氣體結(jié)尾，而每一次這樣的重復(fù)，都意味著一個新周期的開始，一個舊周期的結(jié)束，同時，原子最外層電子數(shù)目每一次重復(fù)出現(xiàn)，元素性質(zhì)在發(fā)展變化中就重復(fù)出現(xiàn)某些相似的性質(zhì)。第一百二十一頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二3.常見元素周期表1.門捷列夫短式周期表（1869年）；2.三角形周期表；3.寶塔式（滴水鐘式）周期表；4.現(xiàn)在最通用的是維爾納長式周期表。第一百二十二頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二維爾納長式周期表的結(jié)構(gòu)1、周期：

——維爾納長式周期表分主表和副表。2、列：維爾納長式周期表有18縱列，包括8個主族和8個副族。3、族：主族（A族），副族（B族）。4、區(qū)：主表從左到右分為S、d、ds、p區(qū)，副表（鑭系和錒系）是f區(qū)。5、非金屬三角區(qū)：21種非金屬集中于此。第一百二十三頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二二.元素周期和電子層結(jié)構(gòu)的關(guān)系

周期不是按電子層劃分，是按能級組分。周期數(shù)

=最外電子層主量子數(shù)n各周期元素數(shù)目

=相應(yīng)能級組中原子軌道容納的最多電子數(shù)各電子層所容納的電子數(shù)=2n2

且最外層電子數(shù)≤

8

第一百二十四頁，共一百六十四頁，編輯于2023年，星期二三、元素的族數(shù)和電子層結(jié)構(gòu)的關(guān)系族是按價電子數(shù)（特征電子構(gòu)型）劃分的主族元素結(jié)構(gòu)特點：ns1-2np0-6ⅠA-ⅧA主族元素族數(shù)=原子最外層電子數(shù)（ns+np)副族結(jié)構(gòu)特點：四、五周期（n-1)d1-10ns1-2

六、七周期（n-2)f0-14(n-1)d0-10ns1-2ⅢB-ⅦB的族數(shù)

=ns電子數(shù)＋(n-1)d電子數(shù)

ⅧB：ns＋(n-1)d電子數(shù)=8、9、10個

ⅠB族外層構(gòu)型：(n-1)d10ns1

ⅡB族外層構(gòu)型：(n-1)