無機化學(xué)與化學(xué)分析

第1頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1．初步了解原子核外電子運動的近代概念、原子能級、波粒二象性、原子軌道和電子云概念。2．了解四個量子數(shù)對核外電子運動狀態(tài)的描述，掌握四個量子數(shù)的物理意義、取值范圍。3．熟悉s、p、d

原子軌道的形狀和方向。4．理解原子結(jié)構(gòu)近似能級圖，掌握原子核外電子排布的一般規(guī)則和s、p、d、f

區(qū)元素的原子結(jié)構(gòu)特點。5．會從原子的電子層結(jié)構(gòu)了解元素性質(zhì)，熟悉原子半徑、電離能、電子親和能和電負(fù)性的周期性變化。本章教學(xué)要求第2頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1亞原子粒子

Subatomicparticles1.2波粒二象性—賴以建立現(xiàn)代模型的量子力學(xué)概念

Wave-particleduality—afundamentalconceptofquantummechanics

1.3氫原子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)模型—

波爾模型Thequantummechanicalmodelofthestructureofhydrogenatom—Bohr’smodel

1.4原子結(jié)構(gòu)的波動力學(xué)模型

Thewavemechanicalmodeloftheatomicstructure1.5多電子原子軌道的能級

Energylevelinpolyelectronicatoms1.6基態(tài)原子的核外電子排布

Ground-stateelectronconfiguration1.7元素周期表

The

periodictableofelements

1.8原子參數(shù)

Atomicparameters第3頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1亞原子粒子

Subatomicparticles1.1.1化學(xué)研究的對象

Theobjectofchemicalstudy1.1.3夸克

Quark1.1.2亞原子粒子（基本粒子）

Subatomicparticles

(elementaryparticles)第4頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月夸克質(zhì)子中子原子核電子原子(離子)分子微觀（宇觀）宇宙單質(zhì)化合物星體宏觀納米材料（介觀）1.1.1化學(xué)研究的對象哪些是關(guān)鍵性的問題呢？

化學(xué)反應(yīng)的性能問題;化學(xué)催化的問題;生命過程中的化學(xué)問題。

當(dāng)今化學(xué)發(fā)展的趨勢大致是：

由宏觀到微觀，由定性到定量，由穩(wěn)定態(tài)向亞穩(wěn)態(tài)，由經(jīng)驗上升到理論并用理論指導(dǎo)實踐，開創(chuàng)新的研究。第5頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.2亞原子粒子人們將組成原子的微粒叫亞原子粒子。亞原子粒子曾經(jīng)也叫基本粒子,近些年越來越多的文獻就將其叫粒子。迄今科學(xué)上發(fā)現(xiàn)的粒子已達數(shù)百種之多。與化學(xué)相關(guān)的某些亞原子粒子的性質(zhì)名稱

符號質(zhì)量/u電荷/e電子

質(zhì)子

中子

正電子

α粒子

β粒子γ光子e–p

ne+αβ

γ

5.486×10–41.0073

1.0087

(氦原子的核)

(原子核射出的e-)

(原子核射出的電磁波)–1＋105.486×10–4＋1＋2–10第6頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.3夸克名稱下夸克上夸克奇夸克粲夸克底夸克頂夸克符號duscbt電荷-1/3+2/3-1/3+2/3-1/3+2/3質(zhì)量均為質(zhì)子的1/100或1/200質(zhì)子的200倍發(fā)現(xiàn)年代197419771995某些最重要的夸克根據(jù)1961年由蓋爾-曼（GellM-Mann）建立的新模型，質(zhì)子和中子都是由更小的粒子夸克組成的，但現(xiàn)有的理論還不能預(yù)言(當(dāng)然更不用說從實驗上證明)電子是可分的。第7頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2波粒二象性

—

賴以建立現(xiàn)代模型的量子力學(xué)概念

Wave-particleduality—afundamen-talconceptofquantummechanics1.2.3微粒的波動性

Wave—likeparticle1.2.2波的微粒性

Particle—likewave

1.2.1

經(jīng)典物理學(xué)概念面臨的窘境

Anembarrassmentoftheconceptsoftheclassicalphysics第8頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.1經(jīng)典物理學(xué)概念面臨的窘境Rutherford“太陽-行星模型”的要點：1.所有原子都有一個核即原子核(nucleus)；2.核的體積只占整個原子體積極小的一部分；3.原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在核上；4.電子像行星繞著太陽那樣繞核運動。第9頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月

在對粒子散射實驗結(jié)果的解釋上,新模型的成功是顯而易見的,至少要點中的前三點是如此。根據(jù)當(dāng)時的物理學(xué)概念,帶電微粒在力場中運動時總要產(chǎn)生電磁輻射并逐漸失去能量,運動著的電子軌道會越來越小,最終將與原子核相撞并導(dǎo)致原子毀滅。由于原子毀滅的事實從未發(fā)生,將經(jīng)典物理學(xué)概念推到前所未有的尷尬境地。經(jīng)典物理學(xué)概念面臨的窘境？會不會？！第10頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.2波的微粒性●電磁波是通過空間傳播的能量。可見光只不過是電磁波的一種。電磁波在有些情況下表現(xiàn)出連續(xù)波的性質(zhì)，另一些情況下則更像單個微粒的集合體，后一種性質(zhì)叫作波的微粒性。

第11頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1900年,普朗克(PlankM)提出著名的普朗克方程：E=hv式中的h叫普朗克常量(Planckconstant),其值為6.626×10-34J·s。普朗克認(rèn)為,物體只能按hv的整數(shù)倍(例如1hv,2hv,3hv等)一份一份地吸收或釋出光能,而不可能是0.5hv,1.6hv,2.3hv等任何非整數(shù)倍。即所謂的能量量子化概念。普朗克提出了當(dāng)時物理學(xué)界一種全新的概念,但它只涉及光作用于物體時能量的傳遞過程(即吸收或釋出)?！馪lank公式第12頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月愛因斯坦認(rèn)為,入射光本身的能量也按普朗克方程量子化,并將這一份份數(shù)值為1hv的能量叫光子(photons),一束光線就是一束光子流.頻率一定的光子其能量都相同,光的強弱只表明光子的多少,而與每個光子的能量無關(guān)。

愛因斯坦對光電效應(yīng)的成功解釋最終使光的微粒性為人們所接受。●光電效應(yīng)1905年,愛因斯坦(EinsteinA)成功地將能量量子化概念擴展到光本身,解釋了光電效應(yīng)(photoelectriceffect)。第13頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月鉀的臨界頻率為5.0×1014s-1,試計算具有這種頻率的一個光子的能量。對紅光和黃光進行類似的計算,解釋金屬鉀在黃光作用下產(chǎn)生光電效應(yīng)而在紅光作用下卻不能。E(具有臨界頻率的一個光子)=6.626×10-34J·s×5.0×1014s-1=3.3×10-19J

E(黃光一個光子)=hν=6.626×10-34J·s×5.1×1014s-1

=3.4×10-19J

E(紅光一個光子)=hν=6.626×10-34J·s×4.6×1014s-1

=3.0×10-19JQuestion1Solution第14頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月另一面誰來翻開？波的微粒性導(dǎo)致了人們對波的深層次認(rèn)識，產(chǎn)生了討論波的微粒性概念為基礎(chǔ)的學(xué)科量子力學(xué)(quantummechanics）。幣錢幣的一面已被翻開！Einstein

的光子學(xué)說電子微粒性的實驗Plank

的量子論第15頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.3微粒的波動性德布羅依1924年說：●德布羅依關(guān)系式—一個偉大思想的誕生h為Planck

常量著名的德布羅依關(guān)系式

“過去，對光過分強調(diào)波性而忽視它的粒性；現(xiàn)在對電子是否存在另一種傾向，即過分強調(diào)它的粒性而忽視它的波性。”●微粒波動性的直接證據(jù)

—光的衍射和繞射燈光源第16頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1927年，Davissson和Germer應(yīng)用Ni晶體進行電子衍射實驗，證實電子具有波動性。(a)(b)電子通過A1箔(a)和石墨(b)的衍射圖●微粒波動性的近代證據(jù)

—電子的波粒二象性

KVDMP實驗原理燈光源X射線管電子源第17頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月微觀粒子電子：由于宏觀物體的波長極短以致無法測量，所以宏觀物體的波長就難以察覺，主要表現(xiàn)為粒性，服從經(jīng)典力學(xué)的運動規(guī)律。只有像電子、原子等質(zhì)量極小的微粒才具有與X射線數(shù)量級相近的波長,才符合德布羅依公式。宏觀物體子彈：m=1.0×10-2

kg,ν=1.0×103

m

?s-1,λ=6.6×10-35m波粒二象性是否只有微觀物體才具有？Question2Solution第18頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月H+HH-DHe波爾以波的微粒性（即能量量子化概念）為基礎(chǔ)建立了氫原子模型。薛定諤等則以微粒波動性為基礎(chǔ)建立起原子的波動力學(xué)模型。第19頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3氫原子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)模型：玻爾模型

The

quantummechanicalmodelofthestructureofhydrogenatom—Bohr’smodel特征:①不連續(xù)的、線狀的;②是很有規(guī)律的。第20頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月氫原子光譜由五組線系組成,任何一條譜線的波數(shù)(wavenumber)都滿足簡單的經(jīng)驗關(guān)系式:

名字n1n2Lyman系Balmer系Paschen系Brackett系Pfund系123452,3,4,…3,4,5,…4,5,6,…5,6,7,…6,7,8,…如：對于Balmer線系的處理n=3紅（Hα）n=4青（Hβ）n=5藍紫（Hγ）n=6紫（Hδ）第21頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月第22頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月愛因斯坦的光子學(xué)說普朗克的量子化學(xué)說氫原子的光譜實驗盧瑟福的有核模型Bohr在的基礎(chǔ)上，建立了Bohr理論波粒二象性第23頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月玻爾模型認(rèn)為,電子只能在若干圓形的固定軌道上繞核運動。它們是符合一定條件的軌道：電子的軌道角動量L只能等于h/(2)的整數(shù)倍：

從距核最近的一條軌道算起,n值分別等于1,2,3,4,5,6,7。根據(jù)假定條件算得n=1時允許軌道的半徑為53pm,這就是著名的玻爾半徑?！镪P(guān)于固定軌道的概念第24頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月原子只能處于上述條件所限定的幾個能態(tài)。指除基態(tài)以外的其余定態(tài).各激發(fā)態(tài)的能量隨n值增大而增高。電子只有從外部吸收足夠能量時才能到達激發(fā)態(tài)。定態(tài)(stationarystates)：所有這些允許能態(tài)之統(tǒng)稱。電子只能在有確定半徑和能量的定態(tài)軌道上運動,且不輻射能量。基態(tài)(groundstate):n值為

1的定態(tài)。通常電子保持在能量最低的這一基態(tài)。基態(tài)是能量最低即最穩(wěn)定的狀態(tài)。激發(fā)態(tài)(excitedstates):★關(guān)于軌道能量量子化的概念第25頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月★關(guān)于能量的吸收和發(fā)射玻爾模型認(rèn)為,只有當(dāng)電子從較高能態(tài)(E2)向較低能態(tài)(E1)躍遷時,原子才能以光子的形式放出能量,光子能量的大小決定于躍遷所涉及的兩條軌道間的能量差：ΔE=E2

－

E1=hν

E:軌道的能量ν：光的頻率

h:Planck常量第26頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月●計算氫原子的電離能●解釋了H及He+、Li2+、B3+的原子光譜波型

HαHβHγHδ計算值

/nm656.2486.1434.0410.1實驗值

/nm656.3486.1434.1410.2●說明了原子的穩(wěn)定性●對其他發(fā)光現(xiàn)象（如Ｘ射線的形成）也能解釋第27頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月●不能解釋氫原子光譜在磁場中的分裂●不能解釋氫原子光譜的精細結(jié)構(gòu)●不能解釋多電子原子的光譜Why？第28頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月請計算氫原子的第一電離能是多少？（氫原子的第一電離能）（氫原子其他能級的能量）Question3Solution第29頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.1不確定原理和波動力學(xué)的軌道

Uncertaintyprincipleandorbitalonthewavemechanicalmodel1.4原子結(jié)構(gòu)的波動力學(xué)模型

Thewavemechanicalmodelofatomicstructure1.4.2

描述電子運動狀態(tài)的四個量子數(shù)

Fourquantumnummersdefiningthemovementstateofelectron第30頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.4波函數(shù)的圖形描述

Portrayalofwavefunctions

1.4.3薛定諤方程和波函數(shù)

Schr?dingerequationandwavefunctions第31頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.1不確定原理和波動力學(xué)的軌道概念●重要暗示——不可能存在Rutherford

和Bohr

模型中行星繞太陽那樣的電子軌道。●具有波粒二象性的電子，不再遵守經(jīng)典力學(xué)規(guī)律，它們的運動沒有確定的軌道，只有一定的空間概率分布。實物的微粒波是概率波?！窈Ｉさ牟淮_定原理(Heisenberg’suncertaintyprinciple

)不可能同時測得電子的精確位置和精確動量！第32頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）主量子數(shù)

n(principalquantumnumber)1.4.2描述電子運動狀態(tài)的四個量子數(shù)◆與電子能量有關(guān)，對于氫原子，電子能量唯一決定于n◆確定電子出現(xiàn)概率最大處離核的距離◆不同的n值，對應(yīng)于不同的電子殼層１２３４５……..

KLMNO……..第33頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月◆與角動量有關(guān)，對于多電子原子,l

也與E有關(guān)◆

l的取值0，1，2，3……n-1(亞層）

s,p,d,f…...◆l

決定了ψ的角度函數(shù)的形狀（2）角量子數(shù)l(angularmomentumquantumumber)nl1234（亞層0000s111p22d3f

)第34頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月◆與角動量的取向有關(guān)，取向是量子化的◆

m可取0，±1,±2……±l◆取值決定了ψ角度函數(shù)的空間取向◆m值相同的軌道互為等價軌道（3）磁量子數(shù)m(magneticquantumnumber)Lm軌道數(shù)0(s)1(p)2(d)3(f)0

＋10－1

＋2＋10－1－2

＋3＋2＋10－1－2－31357第35頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月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36頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月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37頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月

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38頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）自旋量子數(shù)

ms(spinquantumnumber)◆描述電子繞自軸旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)◆自旋運動使電子具有類似于微磁體的行為◆ms取值+1/2和-1/2，分別用↑和↓表示磁場屏幕窄縫銀原子流爐第39頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月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核外電子運動軌道運動自旋運動與一套量子數(shù)相對應(yīng)（自然也有1個能量Ei)nlmms第40頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月寫出與軌道量子數(shù)

n=4,l=2,m=0的原子軌道名稱。

原子軌道是由n,l,m三個量子數(shù)決定的。與l=2

對應(yīng)的軌道是d

軌道。因為n=4,該軌道的名稱應(yīng)該是4d.

磁量子數(shù)m=0

在軌道名稱中得不到反映,但根據(jù)我們迄今學(xué)過的知識,m=0表示該4d

軌道是不同伸展方向的5條4d

軌道之一。Question4Solution第41頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月什么是軌道的“節(jié)點”和“節(jié)面”？Question5Solution對p軌道,電子概率為零的區(qū)域是個平面,稱之為節(jié)面。px軌道的節(jié)面是yz

平面,py軌道和pz軌道的節(jié)面分別是xz

平面和xy

平面。如2s軌道的兩種表示法中，(a)中原子核附近(r=0)電子概率最高,在離核某個距離處下降到零,概率為零的這個點叫節(jié)點。第42頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.3薛定諤方程和波函數(shù)

Schr?dinger方程與量子數(shù)★

求解薛定諤方程,就是求得波函數(shù)ψ和能量E

;★

解得的ψ不是具體的數(shù)值,而是包括三個常數(shù)(n,l,m)和三個變量(r,θ,φ)的函數(shù)式

Ψn,l,m(r,θ,φ);★有合理解的函數(shù)式叫做波函數(shù)(Wavefunctions)。軌道能量的量子化不需在建立數(shù)學(xué)關(guān)系式時事先假定。

波函數(shù)=薛定諤方程的合理解=原子軌道

第43頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月直角坐標(biāo)(x,y,z)與球坐標(biāo)(r,θ,φ)的轉(zhuǎn)換

r:徑向坐標(biāo),決定了球面的大小θ:角坐標(biāo),由z軸沿球面延伸至r的弧線所表示的角度φ:角坐標(biāo),由r

沿球面平行xy面延伸至xz面的弧線所表示的角度第44頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.4波函數(shù)的圖形描述將Schr?dinger方程變量分離：徑向波函數(shù)以氫原子的1s,2s,3s

軌道為例取不同的r

值,代入波函數(shù)式中進行計算,以計算結(jié)果對r作圖。例如,氫原子1s軌道的R(r)=2e-r。離核越近,這些s軌道的R

值越大。角度波函數(shù)第45頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月★通過坐標(biāo)原點畫出若干條射線,每條對應(yīng)一組θ

和

φ值;★將該組θ和φ值代入波函數(shù)式(見上)中進行計算,以計算結(jié)果標(biāo)在該射線上某一點;★用同樣方法標(biāo)出其他射線上的點,然后將所有的點相聯(lián),得沿x

軸伸展的啞鈴形面。第46頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月★波動力學(xué)中的波函數(shù)Ψ

對應(yīng)于經(jīng)典物理學(xué)中光波的振幅;★光的強度與振幅的平方成正比;波動力學(xué)中,微粒波的強度與波函數(shù)的平方(Ψ2)相聯(lián)系;

★Ψ2

的物理意義是概率密度，微粒波的強度(Ψ2)表達微粒在空間某點單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率。一條軌道是一個數(shù)學(xué)函數(shù),很難闡述其具體的物理意義，只能將其想象為特定電子在原子核外可能出現(xiàn)的某個區(qū)域的數(shù)學(xué)描述。第47頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月表示徑向電子云分布的兩種方法之一:(藍色曲線)★縱坐標(biāo):R2

★離核越近,電子出現(xiàn)的概率密度(單位體積內(nèi)的概率)越大。(這種曲線酷似波函數(shù)分布曲線)第48頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月之二:(紅色曲線)★縱坐標(biāo):4πr2R2★4πr2R2曲線是4πr2曲線和R2

曲線的合成曲線★曲線在r

=53pm處出現(xiàn)極大值,表明電子在距核53pm的單位厚度球殼內(nèi)出現(xiàn)的概率最大★波動力學(xué)模型得到的半徑恰好等于氫原子的玻爾半徑表示徑向電子云分布的兩種方法第49頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月★酷似波函數(shù)的角度分布圖★但是,葉瓣不再有“+”、“-”之分★要求牢記：◎s,p,d

電子云的形狀；◎s,p,d

電子云在空間的伸展方向。

★由R

(r)和R2(r)得到彼此酷似的兩種徑向分布圖★由Y(θ,φ)和Y2(θ,φ)得到彼此酷似的兩種角度分布圖★由4πr2R2(r)

得到的也是徑向分布圖.注意,縱坐標(biāo)

4πr2R2

表示概率,而不再是概率密度了

第50頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5多電子原子軌道的能級

Theenergylevelinpoly-

electronicalatom1.5.1鮑林近似能級圖

Portrayalof

Paulingapproximationenergylevel1.5.3屏蔽和穿鉆

Shieldingandpenetration1.5.2科頓能級圖

Cottonenergylevelportray

第51頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5.1鮑林近似能級圖

◆

n值相同時,軌道能級則由l值決定,叫能級分裂；◆

l值相同時,軌道能級只由n值決定,例:E(1s)<E(2s)<E(3s)<E(4s)◆

n和l都不同時出現(xiàn)更為復(fù)雜的情況,主量子數(shù)小的能級可能高于主量子數(shù)大的能級,即所謂的能級交錯。能級交錯現(xiàn)象出現(xiàn)于第四能級組開始的各能級組中。第52頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5.2科頓能級圖◆

H原子軌道能量只與n有關(guān),其他原子軌道均發(fā)生能級分裂。◆各種同名軌道的能量毫無例外地隨原子序數(shù)增大而下降?！魪腟c開始,第4周期元素的3d軌道能級低于4s。這說明,不但是Mn原子,其余3d過渡金屬被氧化時,4s

軌道都先于3d

軌道失去電子。第53頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5.3屏蔽和穿鉆對一個指定的電子而言,它會受到來自內(nèi)層電子和同層其他電子負(fù)電荷的排斥力,這種球殼狀負(fù)電荷像一個屏蔽罩,部分阻隔了核對該電子的吸引力（1）屏蔽效應(yīng)（Shieldingeffect）e-e-Hee-He+2-σ假想

HeHe+移走一個e需8.716×10-18J+2+2e-He移走一個e需3.939×10-18J第54頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月屏蔽參數(shù)σ

的大小可由Slater

規(guī)則決定：將原子中的電子分成如下幾組：

（1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)(5s,5p)…◆位于被屏蔽電子右邊的各組，s=0◆1s軌道上的2個電子間s=0.30，n>1時，s=0.35◆被屏蔽電子為ns

或np時，(n-1)層對它s=0.85小于(n-1)的s=1.00◆被屏蔽電子nd

或nf時，左邊各組s=1.00Z*=Z-σ第55頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月為什么2s

價電子比2p

價電子受到較小的屏蔽?Question6Solution2s電子云徑向分布曲線除主峰外,還有一個距核更近的小峰.這暗示,部分電子云鉆至離核更近的空間,從而部分回避了其他電子的屏蔽.第56頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月◆軌道的鉆穿能力通常有如下順序:ns>np>nd

>nf，導(dǎo)致能級按E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)

順序分裂。指外部電子進入原子內(nèi)部空間，受到核的較強的吸引作用。（2）鉆穿效應(yīng)◆如果能級分裂的程度很大,就可能導(dǎo)致與臨近電子層中的亞層能級發(fā)生交錯。第57頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1.6基態(tài)原子的核外電子排布

Ground-state

electron

configuration(1)基態(tài)原子的電子組態(tài)氬原子(Z=18)的基態(tài)電子組態(tài)標(biāo)示為:Ar1s22s22p63s23p6鉀原子(Z=19)的基態(tài)電子組態(tài)標(biāo)示為:K1s22s22p63s23p64s1(或[Ar]4s1)根據(jù)原子光譜實驗和量子力學(xué)理論,基態(tài)原子的核外電子排布服從構(gòu)造原理(buildingupprinciple)。第58頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)構(gòu)造原理◆最低能量原理(Theprinciplethelowestenergy):

電子總是優(yōu)先占據(jù)可供占據(jù)的能量最低的軌道,占滿能量較低的軌道后才進入能量較高的軌道。根據(jù)順序圖,電子填入軌道時遵循下列次序：1s2s2p3s3p4s4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p鉻(Z=24)之前的原子嚴(yán)格遵守這一順序,釩(Z=23)之后的原子有時出現(xiàn)例外。第59頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月

◆泡利不相容原理(Pauliexclusionprinciple)：同一原子中不能存在運動狀態(tài)完全相同的電子,或者說同一原子中不能存在四個量子數(shù)完全相同的電子。例如,一原子中電子A和電子B的三個量子數(shù)n,l,m已相同,ms就必須不同。量子數(shù)nlmms電子A210電子B210第60頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月怎樣推算出各層(shell)和各亞層(subshell)電子的最大容量?Question7Solution由泡利不相容原理并結(jié)合三個軌道量子數(shù)之間的關(guān)系,能夠推知各電子層和電子亞層的最大容量。

n

l

軌道數(shù)

亞層最大容量

電子層最大容量

101個s22201個s2825個d10301個s21813個p613個p6401個s23213個p625個d1047個f14第61頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月◆洪德規(guī)則(Hund’srule)：電子分布到等價軌道時,總是盡量先以相同的自旋狀態(tài)分占軌道。即在n和

l相同的軌道上分布電子,將盡可得分布在m值不同的軌道上,且自旋相同。例如Mn原子：未成對電子的存在與否,實際上可通過物質(zhì)在磁場中的行為確定：含有未成對電子的物質(zhì)在外磁場中顯示順磁性(paramagnetism),順磁性是指物體受磁場吸引的性質(zhì)；不含未成對電子的物質(zhì)在外磁場中顯示反磁性(diamagnetism),反磁性是指物體受磁場排斥的性質(zhì)。(b)[Ar](a)[Ar]3d4s第62頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)Hund’srule,下列三種排布中哪一種是氮原子的實際電子組態(tài)?Question8Solution第63頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月為什么有些物質(zhì)顯示順磁性,而另一些物質(zhì)則顯示反磁性?Question9第64頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月原子

能級排列序列

光譜實驗序列

Cr

Mo

Cu

Ag

Au

[Ar]3d

44s

2

[Kr]4d

45s

2

[Ar]3d

94s

2

[Kr]4d

95s

2

[Xe]4f

145d

96s

2

[Ar]3d

54s

1

[Kr]4d

55s

1

[Ar]3d

104s

1

[Kr]4d

105s

1

[Xe]4f14

5d106s

1

◆記住一些重要的例外,它們與亞層半滿狀態(tài)和亞層全滿狀態(tài)的相對穩(wěn)定性有關(guān)。◆根據(jù)鮑林圖中給出的能級順序，運用建造原理寫出基態(tài)原子的電子組態(tài)。第65頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月每個電子層最多容納的電子數(shù)主量子數(shù)n1234

電子層KLMN角量子數(shù)

l0123電子亞層spdf每個亞層中軌道數(shù)目每個亞層最多容納電子數(shù)135726101428182n21.7元素周期表Theperiodictable

ofelements

第66頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月共七個周期,對應(yīng)于順序圖中的七個能級組。各周期均以填充

s軌道的元素開始,并以填充p軌道的元素告終。與你能聯(lián)系起周期順序圖之間的關(guān)系嗎?第67頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月采用IUPAC推薦的族編號系統(tǒng),自左至右依次編為第1至第18族。對主族元素,同時保留了用羅馬數(shù)字編號的傳統(tǒng)方法。要熟練掌握IUPAC

推薦的族號系統(tǒng)但不能對傳統(tǒng)系統(tǒng)完全陌生！第68頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月

區(qū)

價電子構(gòu)型

s區(qū)

ns1~2

ns2np1~6

記住元素所在的周期號和族號

p區(qū)

d區(qū)

f區(qū)(n–1)d1~10ns1~2(n–2)f1~14(n–1)d

0~1ns2價電子構(gòu)型相似的元素在周期表中分別集中在4個區(qū)(block)就能夠?qū)懗鲈拥膬r電子組態(tài)第69頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月◆主族元素(main-groupelements):s區(qū)和p區(qū)元素

◆過渡元素(transitionelements):

d

區(qū)元素◆內(nèi)過渡元素(innertransitionelements):f區(qū)元素。填入4f亞層和5f亞層的內(nèi)過渡元素分別又叫鑭系元素(lanthanide或lanthanoid)和錒系元素(actinide或actinoid)。

第70頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1.8原子參數(shù)

Atomicparameters1.8.1原子半徑

Atomicradius1.8.2電離能

Ionizationenergy1.8.3電子親和能

Electronaffinity1.8.4電負(fù)性Electronegativity第71頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月1.8.1原子半徑嚴(yán)格地講，由于電子云沒有邊界，原子半徑也就無一定數(shù)。但人總會有辦法的。迄今所有的原子半徑都是在結(jié)合狀態(tài)下測定的。◆適用金屬元素◆固體中測定兩個最鄰近原子的核間距一半金屬半徑(metallicradius)◆適用非金屬元素◆測定單質(zhì)分子中兩個相鄰原子的核間距一半共價半徑(covalentradius)第72頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月Li157Be112Mg160Na191Ca197K235Rb250Sr215Ba224Cs272Sc164Mo140Cr129Mn137Tc135Re137Os135Ru134Fe126Co125Rh134Ir136Pt139Pd137Ni125Cu128Ag144Au144Hg155Cd152Zn137Ti147V135Nb147Y182Hf159Ta147W141Lu172Zr160B88C77N74O66F64Al143Si118P110S104Cl99Ge122Ga153Tl171In167Br114As121Se104Sn158Sb141Te137I133Bi182Pb175Source:WellsAF.StructuralInorganicChemistry,5thed.Oxford:ClarendonPress,1984第73頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月同周期原子半徑的變化趨勢(一)總趨勢：隨著原子序數(shù)的增大,原子半徑自左至右減小解釋:

電子層數(shù)不變的情況下,有效核電荷的增大導(dǎo)致核對外層電子的引力增大第74頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月解釋:◆

主族元素:電子逐個填加在最外層,對原來最外層上的電子的屏蔽參數(shù)(σ)小,有效核電荷(Z*)迅速增大◆

過渡元素:電子逐個填加在次外層,增加的次外層電子對原來最外層上電子的屏蔽較強,有效核電荷增加較小◆

內(nèi)過渡元素:電子逐個填加在外數(shù)第三層,增加的電子對原來最外層上電子的屏蔽很強,有效核電荷增加甚小同周期原子半徑的變化趨勢(二)相鄰元素的減小幅度：主族元素>過渡元素>內(nèi)過渡元素第75頁，課件共87頁，創(chuàng)作于2023年2月同周期原子半徑的變化趨勢(三)內(nèi)過渡元素有鑭系收縮效應(yīng)(Effectsofthelanthanidecontraction)同族元素原子半徑的變化趨勢◆

同族元素原子半徑自上而下增大:電子層依次增加,