無(wú)機(jī)化學(xué)原子結(jié)構(gòu)

關(guān)于無(wú)機(jī)化學(xué)原子結(jié)構(gòu)第1頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.1.1歷史的回顧8.1.3Bohr原子結(jié)構(gòu)理論8.1.2氫原子光譜§8.1原子結(jié)構(gòu)的Bohr理論第2頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.1.1歷史的回顧Dalton原子學(xué)說(shuō)

(1803年)Thomson“西瓜式”模型

(1904年)Rutherford核式模型

(1911年)Bohr電子分層排布模型

(1913年)量子力學(xué)模型(1926年)第3頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三1.光和電磁輻射8.1.2

氫原子光譜紅橙黃綠青藍(lán)

紫第4頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三2.氫原子光譜

用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，可以得到氫的線狀光譜，這是最簡(jiǎn)單的一種原子光譜。第5頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三HαHβHγHδ

氫原子光譜的特點(diǎn)是在可見(jiàn)區(qū)有四條比較明顯的譜線，通常用H，H，H，H

來(lái)表示，見(jiàn)下圖。第6頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

不連續(xù)光譜，即線狀光譜其頻率具有一定的規(guī)律n=3,4,5,6式中2，n，3.289×1015各代表什么意義？經(jīng)驗(yàn)公式：氫原子光譜特征：第7頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.1.3Bohr原子結(jié)構(gòu)理論P(yáng)lank量子論(1900年)：微觀領(lǐng)域能量不連續(xù)。Einstein光子論(1903年)：光子能量與光的頻率成正比Ｅ＝hν

Ｅ—光子的能量

ν—光的頻率

h—Planck常量，h=6.626×10-34J·s第8頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三Bohr理論(三點(diǎn)假設(shè))：

①核外電子只能在有確定半徑和能量的軌道上運(yùn)動(dòng),且不輻射能量；

②通常，電子處在離核最近的軌道上，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)；

③從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)釋放光能，光的頻率取決于軌道間的能量差。E：軌道能量第9頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三原子能級(jí)第10頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三第11頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三n=3紅（Hα）n=4青（Hβ）n=5藍(lán)紫（Hγ）n=6紫（Hδ）Balmer線系其它線系第12頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三式中：

RH

為Rydberg常數(shù)，其值：能級(jí)間能量差RH=

2.179×10-18J第13頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三氫原子各能級(jí)的能量：…第14頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

玻爾理論對(duì)于代表氫原子線狀光譜規(guī)律性的Rydberg公式經(jīng)驗(yàn)公式的解釋，是令人滿意的。

玻爾理論極其成功地解釋了氫原子光譜，但它的原子模型仍然有著局限性。玻爾理論雖然引用了Planck的量子論，但在計(jì)算氫原子的軌道半徑時(shí)，仍是以經(jīng)典力學(xué)為基礎(chǔ)的，因此它不能正確反映微粒運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，所以它為后來(lái)發(fā)展起來(lái)的量子力學(xué)和量子化學(xué)所取代勢(shì)所必然。第15頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.2.1微觀粒子的波粒二象性8.2.2不確定原理與微觀粒子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律§8.2微觀粒子運(yùn)動(dòng)的基本特征第16頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三1924年，deBroglie關(guān)系式1927年，Davisson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。E=hν,p=h/λ

8.2.1微觀粒子的波粒二象性第17頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.2.2不確定原理與微觀粒子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律1927年，Heisenberg不確定原理Δx—微觀粒子位置的測(cè)量偏差Δp—微觀粒子的動(dòng)量偏差微觀粒子的運(yùn)動(dòng)不遵循經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律。x

v≥h/2πm第18頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

但是對(duì)于m=0.01kg的宏觀物體，例如子彈，h/2πm的數(shù)量級(jí)為10-32。假設(shè)位置的測(cè)量偏差x

達(dá)到10-9m，這個(gè)精度完全滿足要求，其速度的測(cè)量偏差v

尚可以達(dá)到10-23ms-1。這個(gè)偏差已經(jīng)小到在宏觀上無(wú)法覺(jué)察的程度了。

對(duì)于電子來(lái)說(shuō)，其m=9.1110-31kg,h/2πm

的數(shù)量級(jí)為10－4。原子半徑的數(shù)量級(jí)為10－10m左右，因此核外電子位置的測(cè)量偏差x

不能大于10-12m，這時(shí)其速度的測(cè)量偏差v

一定大于108ms-1。這個(gè)偏差過(guò)大，已接近光速，根本無(wú)法接受。第19頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

微觀粒子的波動(dòng)性與粒子行為的統(tǒng)計(jì)性規(guī)律聯(lián)系在一起，表現(xiàn)為：

微觀粒子的波動(dòng)性是大量微粒運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)，即是具有統(tǒng)計(jì)意義的概率波。第20頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

這種統(tǒng)計(jì)的結(jié)果表明，對(duì)于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，雖然不能同時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)出單個(gè)粒子的位置和動(dòng)量，但它在空間某個(gè)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的機(jī)會(huì)的多與少，卻是符合統(tǒng)計(jì)性規(guī)律的。

從電子衍射的環(huán)紋看，明紋就是電子出現(xiàn)機(jī)會(huì)多的區(qū)域，而暗紋就是電子出現(xiàn)機(jī)會(huì)少的區(qū)域。所以說(shuō)電子的運(yùn)動(dòng)可以用統(tǒng)計(jì)性的規(guī)律去進(jìn)行研究。第21頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

要研究電子出現(xiàn)的空間區(qū)域，則要去尋找一個(gè)函數(shù)，用該函數(shù)的圖象與這個(gè)空間區(qū)域建立聯(lián)系。這種函數(shù)就是微觀粒子運(yùn)動(dòng)的波函數(shù)。1926年奧地利物理學(xué)家E.Schr?dinger建立了著名的微觀粒子的波動(dòng)方程，即Schr?dinger方程。描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的波函數(shù)，就是解Schrodinger方程求出的。第22頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.3.2量子數(shù)§8.3氫原子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)描述8.3.3概率密度與電子云8.3.4原子軌道與電子云的空間圖像8.3.1Schrodinger方程與波函數(shù)??第23頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.3.1Schrodinger方程與波函數(shù)??

Schr?dinger方程是一個(gè)二階偏微分方程

第24頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

代數(shù)方程的解是一個(gè)數(shù)；微分方程的解是一組函數(shù)；對(duì)于Schr?dinger方程，偏微分方程來(lái)說(shuō)，它的解將是一系列多變量的波函數(shù)的具體函數(shù)表達(dá)式。而和這些波函數(shù)的圖象相關(guān)的空間區(qū)域，與所描述的粒子出現(xiàn)的幾率密切相關(guān)。第25頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

r表示空間一點(diǎn)P到球心的距離，取值范圍0

；表示OP與z軸的夾角，取值范圍02

；表示OP在xOy平面內(nèi)的投影OP′與x軸的夾角，取值范圍0

。第26頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三球坐標(biāo)(r,θ,

)與直角坐標(biāo)系的關(guān)系

222zyxr++=cosrz=qsinsinry=qcossinrx=q坐標(biāo)變換第27頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三第28頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

式中R(r)稱為波函數(shù)的徑向部分，Y(，

)稱為波函數(shù)角度部分。

（6－21）波函數(shù)

是一個(gè)三變數(shù)r，，

和三參數(shù)n，l，m的函數(shù)。(r,θ,

)=R(r)·Y(θ,)第29頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

對(duì)應(yīng)于一組合理的n，l，m

取值，則有一個(gè)確定的波函數(shù)

(r，，

)n,l,m波函數(shù)是量子力學(xué)中用以描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的函數(shù)，波函數(shù)叫做原子軌道（orbital）。

波函數(shù)所表示的原子軌道代表核外電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，是表示電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一個(gè)函數(shù)。它和經(jīng)典力學(xué)中的軌道(orbit)意義不同，它沒(méi)有物體在運(yùn)動(dòng)中走過(guò)的軌跡的含義。上面提到的

1,0,0

就是我們熟悉的1s軌道，也表示為1s，

2,0,0

就是2s軌道，即2s，2,1,0

就是2pz軌道，即2pz

。第30頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

對(duì)應(yīng)于一組合理的n，l，m

取值則有一個(gè)確定的波函數(shù)

(r，，

)n，l，m

其中n，l，m稱為量子數(shù)，因?yàn)樗鼈儧Q定著一個(gè)波函數(shù)所描述的電子及其所在原子軌道的某些物理量的量子化情況。如電子的能量、角動(dòng)量，原子軌道離原子核的遠(yuǎn)近、原子軌道的形狀和它在空間的取向等，就可以由量子數(shù)n，l，m來(lái)說(shuō)明。8.3.2量子數(shù)第31頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三1.主量子數(shù)n

n=1,2,3,4,5,6……正整數(shù)對(duì)應(yīng)K,L,M,N,O,P……電子層與電子能量有關(guān)，對(duì)于氫原子而言，電子能量唯一決定于n。n愈大，電子離核平均距離愈遠(yuǎn)，能量愈高。第32頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三l=0，1，2，3,4……,(n－1)對(duì)應(yīng)著s,p,d,f,g…...

電子亞層

l

受n的限制：n=1，l=0；1s亞層。n=2，l=0,1；2s,2p亞層。n=3，l=0,1,2；3s,3p,3d亞層。n=4，l=0,1,2,3；4s,4p,4d,4f亞層?！?.角量子數(shù)l第33頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

角量子數(shù)l決定原子軌道的形狀。例如n=4時(shí)，l有4種取值0、1、2和3，它們分別代表核外第四層的4種形狀不同的原子軌道

l=0表示s軌道，形狀為球形，即4s軌道；

l=1表示p軌道，形狀為啞鈴形，即4p軌道；

l=2表示d軌道，形狀為花瓣形，即4d軌道；

l=3表示f軌道，形狀更復(fù)雜，即4f軌道。

在第四層上，共有4種不同形狀的軌道。在n相同的同層中不同形狀的軌道稱為亞層，也叫分層。就是說(shuō)核外第四層有4個(gè)亞層或分層。角量子數(shù)l

的不同取值代表同一電子層中具有不同狀態(tài)的亞層或分層。第34頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三m=0，±1,±2，±3……±l；

m決定原子軌道在核外的空間取向。l=0，m=0，s軌道為球形，只一個(gè)取向；l=1，m=0,±1，代表pz,px和py3個(gè)軌道；l=2，m=0,±1,±2，代表d亞層有5個(gè)取向的軌道：3.磁量子數(shù)m第35頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

磁量子數(shù)m，一般與原子軌道的能量無(wú)關(guān)。所以三種不同取向的p軌道，其能量相等。我們說(shuō)沿x軸、沿y軸和沿z軸分布的三種p軌道能量簡(jiǎn)并，或者說(shuō)p軌道是三重簡(jiǎn)并的，或者說(shuō)p軌道的重簡(jiǎn)度為3。

l=2時(shí)，m有五種取值0、＋1、－1、＋2、和－2，表示形狀為花瓣形的d軌道，在核外空間中有五種不同的分布方向。這五種d軌道能量簡(jiǎn)并。l=3的f軌道，在空間有七種不同取向。形狀更復(fù)雜，f軌道的重簡(jiǎn)度為7。第36頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三n主層l亞層m原子軌道1K01s01s2L012s2p00,±12s2pz,2px,2py3M0123s3p3d00,±10,±1,±23s3pz,3px,3py4N01234s4p4d4f00,±10,±1,±20,±1,±2,±34s4pz,4px,4py……第37頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三4.自旋量子數(shù)

ms電子自旋現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置第38頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三原子的單電子波函數(shù)，又稱原子軌道波函數(shù)，例如：n=1，l=0，m=0即1s軌道；2s軌道；2pz軌道；軌道；第39頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三0/301area-=p其中，()41,Y=pq()0/3012arearR-=氫原子的基態(tài)：n=1，l=0，m=0式中，a0=52.9pm，稱為Bohr半徑。第40頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三第41頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三球形對(duì)稱。角度部分第42頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三1電子云圖

具有波粒二象性的電子并不象宏觀物體那樣，沿著固定的軌道運(yùn)動(dòng)。我們不可能同時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定核外某電子在某一瞬間所處的位置和運(yùn)動(dòng)速度，但是我們能用統(tǒng)計(jì)的方法去討論該電子在核外空間某一區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)機(jī)會(huì)的多少。8.3.3概率密度與電子云第43頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

我們稱電子在核外空間某個(gè)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的機(jī)會(huì)叫做幾率。電子衍射實(shí)驗(yàn)中，衍射環(huán)紋的亮環(huán)處電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多，即幾率大，而暗環(huán)處電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)較少，即幾率較小。

在空間某單位體積內(nèi)出現(xiàn)的幾率則稱為幾率密度。所以電子在核外空間某區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的幾率等于幾率密度與該區(qū)域總體積的乘積，當(dāng)然這只有在幾率密度相等的前提下才成立的。第44頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

電子運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)由波函數(shù)

(r，，

)描述，波函數(shù)

(r，，

)沒(méi)有明確的物理意義，但

(r，，

)2的物理意義卻十分明確。它表示空間一點(diǎn)P（r，，）處單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的幾率，即該點(diǎn)處的幾率密度，由此進(jìn)而可以知道電子在某個(gè)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的幾率。第45頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

對(duì)于原子核外的一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)，例如氫的1s電子，我們還可以用下圖所示的電子云圖，以統(tǒng)計(jì)性規(guī)律描述電子經(jīng)常出現(xiàn)的區(qū)域，這是核外的一個(gè)球形空間。小黑點(diǎn)密集的地方電子出現(xiàn)的幾率密度大，在那樣的區(qū)域里電子出現(xiàn)的幾率則大。由此可見(jiàn)，電子云就是幾率密度的形象化圖示，也可以說(shuō)電子云圖是2的圖象。

圖6－5氫原子的1s電子云圖第46頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

處于不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子，它們的波函數(shù)各不相同，其2也當(dāng)然各不相同。表示2的圖象，即電子云圖當(dāng)然也不一樣。下圖給出了各種狀態(tài)的電子云的分布形狀。電子云的輪廓圖第47頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三電子云的輪廓圖從圖中看出，s電子云是球形的；p電子云沿著某一坐標(biāo)軸的方向上呈無(wú)柄的啞鈴形狀，共有三種不同的取向；d電子云的形狀似花瓣，它在核外空間中有五種不同取向。第48頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三第49頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三1s電子云的等密度面圖。數(shù)字表示曲面上的概率密度。1s電子云的界面圖。界面內(nèi)電子的概率＞90%。2幾率密度分布的其它表示法第50頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

徑向幾率密度圖以幾率密度2為縱坐標(biāo)，半徑r為橫坐標(biāo)作圖。曲線表明1s電子的幾率密度2隨半徑r的增大而減小。1s態(tài)徑向幾率密度圖第51頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三節(jié)面數(shù)=n－11s2s第52頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三空間微體積（單位厚度球殼中的幾率4r22）D(r)是r的函數(shù)，D(r)稱為徑向分布函數(shù)。第53頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三1s態(tài)的最大值出現(xiàn)在近核處，1s態(tài)的D(r)最大值出現(xiàn)在52.9pm處。

若以D(r)為縱坐標(biāo)，對(duì)橫坐標(biāo)r作圖，可得各種狀態(tài)的電子的徑向幾率分布圖。第54頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三氫原子的各種狀態(tài)的徑向分布圖N峰=n－l1s2s3s2p3p3dN節(jié)＝n－l－1

第55頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

當(dāng)電子的徑向幾率分布曲線的幾率峰的數(shù)目大于1時(shí)，在幾個(gè)峰中總有一個(gè)幾率最大的主峰，且主量子數(shù)n相同的電子，如2s和2p，其幾率最大的主峰離核的遠(yuǎn)近相似，比1s的幾率峰離核遠(yuǎn)些。3s、3p和3d，其幾率最大的主峰離核的遠(yuǎn)近也相似，比2s和2p的幾率峰離核又遠(yuǎn)些。4s、4p、4d和4f徑向幾率分布曲線的主峰離核將更遠(yuǎn)

因此，從徑向分布的意義上核外電子可看作是按層分布的。第56頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

幾率峰與幾率峰之間，曲線與坐標(biāo)軸相切處，表示一個(gè)球面。在這個(gè)球面上電子出現(xiàn)的幾率為零，我們稱這個(gè)球面為節(jié)面。因?yàn)楣?jié)面出現(xiàn)在幾率峰與幾率峰之間，若用N節(jié)表示節(jié)面的數(shù)目，則N節(jié)＝n－l－1

第57頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三氫原子1s態(tài)和徑向分布圖的徑向幾率密度圖第58頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.3.4原子軌道與電子云的空間圖像第59頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三10.8660.50-0.5-1A0.866A0.5A0-0.5A-A第60頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三第61頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

原子軌道和電子云的角度分布圖：第62頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三原子軌道和電子云的角度分布圖：第63頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三原子軌道和電子云的角度分布圖：第64頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三當(dāng)原子的角度分布圖和徑向分布圖相乘積就得到原子軌道的真實(shí)圖像第65頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三電子云的實(shí)際形狀第66頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三小結(jié)：n：決定電子云的大小l：決定電子云的形狀m：決定電子云的伸展方向

一個(gè)原子軌道可由n,l,m3個(gè)量子數(shù)確定。

一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)必須用n,l,m,ms

4個(gè)量子數(shù)描述。第67頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.4.1多電子原子軌道能級(jí)8.4.2核外電子的排布§8.4

多電子原子結(jié)構(gòu)第68頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三1.Pauling近似能級(jí)圖8.4.1多電子原子軌道能級(jí)第69頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

E1s

＜E2s

＜E3s

＜E4s……

Ens

＜Enp

＜End

＜Enf……“能級(jí)分裂”

E4s

＜E3d

＜E4p……“能級(jí)交錯(cuò)”。

l相同的能級(jí)的能量隨n增大而升高。

n

相同的能級(jí)的能量隨l增大而升高。

值得注意的是，除第一能級(jí)組只有一個(gè)能級(jí)外，其余各能級(jí)組均從ns能級(jí)開始到np能級(jí)結(jié)束。第70頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

徐光憲的能級(jí)高低的近似原則：

n+0.7l

例如：第四能級(jí)組

4s<3d<4pn+0.7l4.04.44.7

第六能級(jí)組

6s<4f<5d<6pn+0.7l6.06.16.46.7第71頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三2.Cotton原子軌道能級(jí)圖

n

相同的氫原子軌道的簡(jiǎn)并性。原子軌道的能量隨原子序數(shù)的增大而降低。隨著原子序數(shù)的增大，原子軌道產(chǎn)生能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象。第72頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三3.屏蔽效應(yīng)+2e-e-He+2e-He+2-σe-假想He由核外電子云抵消一些核電荷的作用。屏蔽效應(yīng)：σ為屏蔽常數(shù)，可用Slater經(jīng)驗(yàn)規(guī)則算得。Z－σ=Z*，Z*——有效核電荷數(shù)第73頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三有效核電荷Z*

HHe1s11.70

LiBeBCNOFNe1s2.703.704.705.706.707.708.709.702s,2p1.301.952.603.253.904.555.205.85

NaMgAlSiPSClAr1s10.7011.7012.7013.7014.7015.7016.7017.702s,2p6.857.858.859.8510.8511.8512.8513.853s,3p2.202.853.504.154.805.456.106.75第74頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

電子進(jìn)入原子內(nèi)部空間，受到核的較強(qiáng)的吸引作用。4.鉆穿效應(yīng)n相同時(shí)，l愈小的電子，鉆穿效應(yīng)愈明顯：ns＞np＞nd＞nf，Ens＜Enp＜End＜Enf。鈉原子的電子云徑向分布圖第75頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三8≤Z≤20：4s對(duì)K，L內(nèi)層原子芯鉆穿大，

E4s＜E3dZ≥21：4s對(duì)原子芯鉆穿效應(yīng)相對(duì)變小，

E4s＞E3d3d和4s對(duì)1s2s2p原子芯的鉆穿3d和4s對(duì)1s2s2p3s3p原子芯的鉆穿第76頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三1.基態(tài)原子的核外電子排布原則

最低能量原理電子在核外排列應(yīng)盡先分布在低能級(jí)軌道上,使整個(gè)原子系統(tǒng)能量最低。Pauli不相容原理每個(gè)原子軌道中最多容納兩個(gè)自旋方式相反的電子。Hund規(guī)則在n和l相同的軌道上分布的電子,將盡可能分占m值不同的軌道,且自旋平行。8.4.2核外電子的排布第77頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三半滿全滿規(guī)則：C：1s22s22p2[He]、[Ar]——原子芯N：[He]

2s22p31s2s2pZ=24Z=29Cu：全滿：p6，d10，f14；半滿：p3，d5，f7；全空：p0，d0，f0。第78頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三2.基態(tài)原子的核外電子排布

基態(tài)原子的核外電子在各原子軌道上排布順序：1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,4f,5d,6p,7s,5f,6d,7p……出現(xiàn)d軌道時(shí)，依照ns,(n-1)d,np順序排布；d,f軌道均出現(xiàn)時(shí)，依照ns,(n-2)f,(n-1)d,np順序排布。第79頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三幫助記憶圖第80頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三Z=11，Na：1s22s22p63s1或[Ne]3s1，Z=20，Ca：1s22s22p63s23p64s2或[Ar]4s2，Z=50，Sn：[Kr]5s25p2，Z=56，Ba：[Xe]6s2。價(jià)電子：例如：Sn的價(jià)電子排布式為：5s25p2。第81頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.5.1

元素的周期8.5.2元素的族§8.5元素周期表8.5.3元素的分區(qū)第82頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.5.1

元素的周期第83頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三元素周期表中的七個(gè)周期分別對(duì)應(yīng)7個(gè)能級(jí)組周期特點(diǎn)能級(jí)組對(duì)應(yīng)的能級(jí)原子軌道數(shù)元素?cái)?shù)一二三四五六七特短周期短周期短周期長(zhǎng)周期長(zhǎng)周期特長(zhǎng)周期不完全周期12345671s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p144991616288181832應(yīng)有32第84頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.5.2元素的族

第1，2，13，14，15，16和17列為主族，即,ⅠA,ⅡA,ⅢA,ⅣA,ⅤA,ⅥA,ⅦA。主族：族序數(shù)=價(jià)電子總數(shù)稀有氣體(He除外)8e－為ⅧA,通常稱為零族，第3~7，11和12列為副族。即,ⅢB,ⅣB,ⅤB,ⅥB,ⅦB,ⅠB和ⅡB。前5個(gè)副族的價(jià)電子數(shù)=族序數(shù)。

ⅠB,ⅡB——根據(jù)ns軌道上電子數(shù)劃分。第8,9,10列元素稱為Ⅷ族，價(jià)電子排布（n-1)d6-8ns2。第85頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.5.3元素的分區(qū)

元素周期表中價(jià)電子排布類似的元素集中在一起，分為5個(gè)區(qū)，并以最后填入的電子的能級(jí)代號(hào)作為區(qū)號(hào)。第86頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三s區(qū)：ns1－2

p區(qū)：ns2np1－6d區(qū)：(n－1)d1－10ns1－2(Pd無(wú)s電子)(ds區(qū)：(n－1)d10ns1－2)f區(qū)：(n－2)f0－14(n－1)d0－2ns2第87頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三8.6.1

原子半徑8.6.2電離能8.6.3電子親和能§8.6元素性質(zhì)的周期性8.6.4電負(fù)性第88頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三?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緩慢減小；

從上到下r略有增大。?金屬半徑8.6.1

原子半徑rrr第89頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三主族元素半徑變化第90頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

元素的原子半徑變化趨勢(shì)第91頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三r變化受兩因素的制約：

?核電荷數(shù)增加，引力增強(qiáng)，r變??；

?核外電子數(shù)增加，斥力增強(qiáng)，r變大；增加的電子不足以完全屏蔽核電荷；左右，有效核電荷Z*增加，

r變小。同一周期：第92頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

長(zhǎng)周期：電子填入(n-1)d層，屏蔽作用大，Z*增加不多，r減小緩慢。?ⅠB,ⅡB

：d10構(gòu)型,屏蔽顯著,r略有增大。?

鑭、錒系：電子填入(n-2)f亞層，屏蔽作用更大，Z*增加更小，r減小更不顯著。第93頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

鑭系收縮：鑭系元素從鑭(La)到鐿(Yb)原子半徑依次更緩慢減小的事實(shí)。第94頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三同一族：?主族：從上到下，外層電子構(gòu)型相同，電子層增加的因素占主導(dǎo)，r增加。?副族：第四周期到第五周期，r增大，第五周期到第六周期，r接近。第95頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三

基態(tài)氣體原子失去電子成為帶一個(gè)正電荷的氣態(tài)正離子所需要的能量稱為第一電離能，用I

1表示。

由+1價(jià)氣態(tài)正離子失去電子成為帶+2價(jià)氣態(tài)正離子所需要的能量稱為第二電離能，用I

2表示。E+(g)E

2+(g)+e-I

2E(g)

E+(g)+e-I

1例如：8.6.2電離能第96頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三第97頁(yè)，講稿共106頁(yè)，2023年5月2日，星期三同一周期：?短周期：I增大。

I1(ⅠA)最小，I1(稀有氣體)最大。?長(zhǎng)周期的前半部分I增加緩慢。?N,P,As,Sb,Be,Mg電離能較大(半滿、全滿)同一族：I變小。第98頁(yè)，講稿共106