【大學(xué)課件】多電子原子

多電子原子歡迎來到多電子原子的深入探索。本課程將帶您揭示原子世界的奧秘，從基本概念到復(fù)雜理論，全面了解原子結(jié)構(gòu)。原子結(jié)構(gòu)概述原子核由質(zhì)子和中子組成，攜帶正電荷。電子云圍繞原子核運(yùn)動的負(fù)電荷電子。能級電子所處的不同能量狀態(tài)。軌道描述電子在原子中可能存在的空間區(qū)域。氫原子的電子結(jié)構(gòu)1基態(tài)電子處于最低能級，1s軌道。2激發(fā)態(tài)電子躍遷到更高能級。3能級躍遷電子在不同能級間的跳躍。多電子原子的電子結(jié)構(gòu)復(fù)雜性多個電子相互作用，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。電子排布遵循特定規(guī)則，形成獨(dú)特的電子層。能級分裂由于電子間相互作用，能級出現(xiàn)分裂現(xiàn)象。量子數(shù)及其含義主量子數(shù)(n)描述電子所在的主能級。角量子數(shù)(l)表示電子軌道的形狀。磁量子數(shù)(m)描述軌道在空間的取向。自旋量子數(shù)(s)表示電子自旋狀態(tài)。電子排布規(guī)則能量最低原理電子優(yōu)先占據(jù)低能級軌道。洪特規(guī)則同一軌道電子自旋平行排列。泡利不相容原理一個軌道最多容納兩個自旋相反的電子。泡利不相容原理排斥同一量子態(tài)不能容納兩個完全相同的電子。平衡確保原子中電子分布的穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)決定了原子的電子層結(jié)構(gòu)。軌道和能級1s軌道球形對稱2p軌道啞鈴形3d軌道復(fù)雜形狀4f軌道更復(fù)雜形狀電子云分布11s軌道球形分布22s軌道球形，但有節(jié)點(diǎn)32p軌道啞鈴形分布43d軌道復(fù)雜的花瓣?duì)罘植茧娮釉泼芏?0%核周區(qū)域電子云密度最高，約占總密度的90%。10%外圍區(qū)域電子云密度較低，僅占總密度的10%。0節(jié)點(diǎn)某些位置電子云密度為零，稱為節(jié)點(diǎn)。有效核電荷定義電子實(shí)際感受到的核電荷。影響因素內(nèi)層電子的屏蔽作用減弱核電荷。計(jì)算有效核電荷=實(shí)際核電荷-屏蔽常數(shù)。原子半徑定義原子核心到最外層電子的平均距離。周期性變化同周期從左到右減小，同主族從上到下增大。影響因素主要受核電荷和電子層數(shù)影響。測量方法通過X射線衍射或分子間距離間接測定。離子化能1定義從中性原子中移除一個電子所需的能量。2第一離子化能移除最外層電子所需能量。3第二離子化能從一價正離子中移除電子所需能量。4趨勢周期表中從左到右增大，從上到下減小。電負(fù)性定義原子吸引化學(xué)鍵中電子的能力。波爾電負(fù)性基于離子化能和電子親和能計(jì)算。鮑林標(biāo)度最常用的電負(fù)性標(biāo)度，氟的電負(fù)性最大。應(yīng)用預(yù)測化學(xué)鍵類型和分子極性。電離能定義使原子失去電子形成離子所需的能量。第一電離能移除最外層一個電子所需能量。連續(xù)電離能依次移除更多電子所需的能量逐漸增加。影響因素原子半徑、核電荷和電子層結(jié)構(gòu)。電子親和能定義中性原子獲得一個電子時釋放的能量。趨勢周期表中從左到右增大，從上到下減小。應(yīng)用預(yù)測原子形成陰離子的傾向。相對原子量定義元素原子質(zhì)量與碳-12原子質(zhì)量1/12的比值。計(jì)算考慮同位素的自然豐度加權(quán)平均。應(yīng)用化學(xué)計(jì)量學(xué)中的基本參數(shù)。原子價1定義原子形成化學(xué)鍵的能力。2主價最外層電子參與成鍵。3副價內(nèi)層電子參與成鍵。4變價某些元素可表現(xiàn)出不同價態(tài)。價電子配置1最外層電子決定化學(xué)性質(zhì)2s區(qū)元素1-2個價電子3p區(qū)元素3-8個價電子4d區(qū)元素價電子包括d軌道電子躍遷基態(tài)電子處于最低能級。激發(fā)電子吸收能量躍遷到高能級。弛豫電子返回低能級，釋放能量。發(fā)射電子躍遷過程中發(fā)射光子。原子光譜1連續(xù)光譜包含所有波長的光。2線狀光譜特定波長的離散光線。3吸收光譜原子吸收特定波長光。4發(fā)射光譜原子發(fā)射特定波長光。原子吸收和發(fā)射光吸收原子吸收特定波長光，電子躍遷到高能級。發(fā)射激發(fā)態(tài)電子返回低能級，發(fā)射特定波長光。能量關(guān)系發(fā)射或吸收光子能量等于能級差。原子光譜的應(yīng)用元素分析通過特征光譜鑒定元素。天文學(xué)分析恒星和星系的化學(xué)組成。醫(yī)學(xué)診斷檢測體內(nèi)微量元素。原子的穩(wěn)定性核外電子排布遵循能量最低原理，確保穩(wěn)定性。電子層填充完全填滿的電子層更穩(wěn)定。價電子數(shù)量8個價電子的原子通常最穩(wěn)定。核力平衡質(zhì)子和中子數(shù)量的平衡影響核穩(wěn)定性。原子結(jié)構(gòu)的簡單模型1道爾頓模型原子是不可分割的實(shí)心球。2湯姆遜模型"葡萄干布丁"模型，電子嵌在正電荷中。3盧瑟福模型行星式模型，電子圍繞原子核運(yùn)動。4玻爾模型電子在固定軌道上運(yùn)動，能量量子化。量子力學(xué)模型電子云描述電子在原子中的概率分布。軌道電子可能出現(xiàn)的空間區(qū)域。量子數(shù)描述電子狀態(tài)的一組數(shù)字。不確定性原理無法同時精確測量電子的位置和動量。波粒二象性粒子性電子表現(xiàn)出離散的粒子特性。波動性電子同時具有波的特性。雙縫實(shí)驗(yàn)證明了電子的波粒二象性。泡利不相容原理排斥同一量子態(tài)不能有兩個完全相同的電子。自旋同一軌道的兩個電子必須自旋相反。結(jié)構(gòu)決定了原子的電子層結(jié)構(gòu)。德布羅意波波長λ=h/mv，h為普朗克常數(shù)，m為質(zhì)量，v為速度。物質(zhì)波所有粒子都具有波動性。電子衍射實(shí)驗(yàn)證明了電子的波動性。薛定諤方程波函數(shù)描述粒子狀態(tài)的數(shù)學(xué)函數(shù)。概率解釋波函數(shù)的平方表示粒子出現(xiàn)的概率。本征值