最新高中化學(xué)競賽原子結(jié)構(gòu)

1、競賽競賽高考高考v 選拔率極低選拔率極低 一等獎一等獎 講座時間講座時間v 知識要求高知識要求高 競賽基本要求競賽基本要求v 能力要求高能力要求高 本質(zhì)上是智力競賽本質(zhì)上是智力競賽有興趣有興趣 學(xué)有余力學(xué)有余力 自愿自愿 原子結(jié)構(gòu)與元素周期律原子結(jié)構(gòu)與元素周期律專題一專題一初賽要求：原子結(jié)構(gòu)初賽要求：原子結(jié)構(gòu) 核外電子的運(yùn)動狀態(tài)核外電子的運(yùn)動狀態(tài): : 用用s s、p p、d d等表示基態(tài)構(gòu)型（包括中性原子、等表示基態(tài)構(gòu)型（包括中性原子、正離子和負(fù)離子）核外電子排布。電離能、電正離子和負(fù)離子）核外電子排布。電離能、電子親合能、電負(fù)性。子親合能、電負(fù)性。 復(fù)賽要求：原子結(jié)構(gòu)復(fù)賽要求：原子結(jié)構(gòu) 四

2、個量子數(shù)的物理意義四個量子數(shù)的物理意義及取值。氫原子和類氫離子的原子軌道能量的及取值。氫原子和類氫離子的原子軌道能量的計(jì)算。計(jì)算。s s、p p、d d原子軌道輪廓圖及應(yīng)用。原子軌道輪廓圖及應(yīng)用。 6 61 1 近代原子結(jié)構(gòu)理論的確立近代原子結(jié)構(gòu)理論的確立6 61 11 1 原子結(jié)構(gòu)模型原子結(jié)構(gòu)模型 古希臘哲學(xué)家古希臘哲學(xué)家 democritus democritus 在公元前在公元前 5 5 世紀(jì)指世紀(jì)指出，每一種物質(zhì)是由一種原子構(gòu)成的；原子是物質(zhì)最小的、出，每一種物質(zhì)是由一種原子構(gòu)成的；原子是物質(zhì)最小的、不可再分的、永存不變的微粒。不可再分的、永存不變的微粒。 原子原子 atom atom

3、 一詞源于希一詞源于希臘語，原義是臘語，原義是“不可再分的部分不可再分的部分”。直到直到 18 18 世紀(jì)末和世紀(jì)末和 19 19 世紀(jì)初，隨著質(zhì)量守恒定律、當(dāng)量世紀(jì)初，隨著質(zhì)量守恒定律、當(dāng)量定律、倍比定律等的發(fā)現(xiàn)，人們對原子的概念有了新的認(rèn)定律、倍比定律等的發(fā)現(xiàn)，人們對原子的概念有了新的認(rèn)識。識。1805 1805 年，英國化學(xué)家年，英國化學(xué)家 j. dalton j. dalton 提出了化學(xué)原子論。提出了化學(xué)原子論。其主要觀點(diǎn)為其主要觀點(diǎn)為: :化學(xué)反應(yīng)只是改變了原子的結(jié)合方式，是使反應(yīng)前的物化學(xué)反應(yīng)只是改變了原子的結(jié)合方式，是使反應(yīng)前的物質(zhì)變成了反應(yīng)后的物質(zhì)。質(zhì)變成了反應(yīng)后的物質(zhì)。每一

4、種元素有一種原子；每一種元素有一種原子；同種元素的原子質(zhì)量相同，不同種元素的原子質(zhì)量不相同種元素的原子質(zhì)量相同，不同種元素的原子質(zhì)量不相同；同； 物質(zhì)的最小單位是原子，原子不能再分；一種原子不會物質(zhì)的最小單位是原子，原子不能再分；一種原子不會轉(zhuǎn)變成為另一種原子；轉(zhuǎn)變成為另一種原子；dalton dalton 的原子論解釋了一些化學(xué)現(xiàn)象，極大地推動了化的原子論解釋了一些化學(xué)現(xiàn)象，極大地推動了化學(xué)的發(fā)展，特別是他提出了原子量的概念，為化學(xué)進(jìn)入定學(xué)的發(fā)展，特別是他提出了原子量的概念，為化學(xué)進(jìn)入定量階段奠定了基礎(chǔ)。量階段奠定了基礎(chǔ)。但是這一理論不能解釋同位素的發(fā)現(xiàn)，沒有說明原子與分但是這一理論不能解釋

5、同位素的發(fā)現(xiàn)，沒有說明原子與分子的區(qū)別，不能闡明原子的結(jié)構(gòu)與組成。子的區(qū)別，不能闡明原子的結(jié)構(gòu)與組成。19 19 世紀(jì)末和世紀(jì)末和 20 20 世紀(jì)初，在電子、質(zhì)子、放射性等一批世紀(jì)初，在電子、質(zhì)子、放射性等一批重大發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，建立了現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)模型。重大發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，建立了現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)模型。雖然人類很早就從自然現(xiàn)象中了解了電的性質(zhì)，但對電的雖然人類很早就從自然現(xiàn)象中了解了電的性質(zhì)，但對電的本質(zhì)認(rèn)識是從本質(zhì)認(rèn)識是從 18 18 世紀(jì)末葉對真空放電技術(shù)的研究開始的。世紀(jì)末葉對真空放電技術(shù)的研究開始的。1879 1879 年，英國物理學(xué)家年，英國物理學(xué)家 w.crookes w.crookes

6、發(fā)現(xiàn)了陰極射線。隨發(fā)現(xiàn)了陰極射線。隨后，在后，在 1897 1897 年英國物理學(xué)家年英國物理學(xué)家 j. j. thomson j. j. thomson 進(jìn)行了測進(jìn)行了測定陰極射線荷質(zhì)比的低壓氣體放電實(shí)驗(yàn)，證實(shí)陰極射線就定陰極射線荷質(zhì)比的低壓氣體放電實(shí)驗(yàn)，證實(shí)陰極射線就是帶負(fù)電荷的電子流，并得到電子的荷質(zhì)比是帶負(fù)電荷的電子流，并得到電子的荷質(zhì)比 e em m = 1.7588= 1.7588108 c108 c g g-1-1。19091909年美國科學(xué)家年美國科學(xué)家 r. a. millikan r. a. millikan 通過他的有名的油滴通過他的有名的油滴實(shí)驗(yàn)，測出了一個電子的電量為

7、實(shí)驗(yàn)，測出了一個電子的電量為 1.6021.6021010-19-19 c c，通過電，通過電子的荷質(zhì)比得到電子的質(zhì)量子的荷質(zhì)比得到電子的質(zhì)量 m m = 9.11 = 9.111010-28-28 g g。放射性的發(fā)現(xiàn)是放射性的發(fā)現(xiàn)是 19 19 世紀(jì)末自然科學(xué)的另一重大發(fā)現(xiàn)。世紀(jì)末自然科學(xué)的另一重大發(fā)現(xiàn)。1895 1895 年德國的物理學(xué)家年德國的物理學(xué)家 w. c. rongen w. c. rongen 首先發(fā)現(xiàn)了首先發(fā)現(xiàn)了 x x射線。這種射線最初是由真空放電管中高能量的陰極射線射線。這種射線最初是由真空放電管中高能量的陰極射線撞擊玻璃管壁而產(chǎn)生的，用高速電子流轟擊陽極靶也可產(chǎn)撞擊玻

8、璃管壁而產(chǎn)生的，用高速電子流轟擊陽極靶也可產(chǎn)生生x x射線。射線。x-x-射線能穿過一定厚度的物質(zhì)，能使熒光物質(zhì)射線能穿過一定厚度的物質(zhì)，能使熒光物質(zhì)發(fā)光，感光材料感光，空氣電離等。發(fā)光，感光材料感光，空氣電離等。1896 1896 年法國物理學(xué)家年法國物理學(xué)家 a. h. becquerel a. h. becquerel 對幾十種熒光物對幾十種熒光物質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，意外地發(fā)現(xiàn)了鈾的化合物放射出一種新型射質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，意外地發(fā)現(xiàn)了鈾的化合物放射出一種新型射線。法國化學(xué)家線。法國化學(xué)家 m. s. curiem. s. curie以鈾的放射性為基礎(chǔ)進(jìn)行研以鈾的放射性為基礎(chǔ)進(jìn)行研究，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了放射性元

9、素鐳、釙等，發(fā)現(xiàn)了放射過程中究，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了放射性元素鐳、釙等，發(fā)現(xiàn)了放射過程中的的 粒子、粒子、 粒子和粒子和 射線。射線。1911 1911 年，年，rutherford rutherford 根據(jù)根據(jù)粒子散射的實(shí)驗(yàn)，提出了新粒子散射的實(shí)驗(yàn)，提出了新的原子模型，稱為原子行星模型或核型原子模型。該模型的原子模型，稱為原子行星模型或核型原子模型。該模型認(rèn)為原子中有一個極小的核，稱為原子核，它幾乎集中了認(rèn)為原子中有一個極小的核，稱為原子核，它幾乎集中了原子的全部質(zhì)量，帶有若干個正電荷。而數(shù)量和核電荷相原子的全部質(zhì)量，帶有若干個正電荷。而數(shù)量和核電荷相等的電子在原子核外繞核運(yùn)動，就像行星繞太陽旋轉(zhuǎn)一

10、樣，等的電子在原子核外繞核運(yùn)動，就像行星繞太陽旋轉(zhuǎn)一樣，是一個相對永恒的體系。是一個相對永恒的體系。英國物理學(xué)家英國物理學(xué)家 g. j. mosley g. j. mosley 在在 1913 1913 年證實(shí)了原子核的年證實(shí)了原子核的正電荷數(shù)等于核外電子數(shù)，也等于該原子在元素周期表中正電荷數(shù)等于核外電子數(shù)，也等于該原子在元素周期表中的原子序數(shù)。的原子序數(shù)。 雖然早在雖然早在 1886 1886 年德國科學(xué)家年德國科學(xué)家 e. goldstein e. goldstein 在高壓放電在高壓放電實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了帶正電粒子的射線，直到實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了帶正電粒子的射線，直到 1920 1920 年人們才將年

11、人們才將帶正電荷的氫原子核稱為質(zhì)子。帶正電荷的氫原子核稱為質(zhì)子。1932 1932 年英國物理學(xué)家年英國物理學(xué)家 j. chadwick j. chadwick 進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)穿透性很進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)穿透性很強(qiáng)但不帶電荷的粒子流，即中子。后來在霧室中證明，中強(qiáng)但不帶電荷的粒子流，即中子。后來在霧室中證明，中子也是原子核的組成粒子之一。由此，才真正形成了經(jīng)典子也是原子核的組成粒子之一。由此，才真正形成了經(jīng)典的原子模型。的原子模型。6 61 12 2 氫原子光譜氫原子光譜用如圖用如圖 6 61 1 所示的實(shí)驗(yàn)裝置，可以得到氫的線狀光譜，所示的實(shí)驗(yàn)裝置，可以得到氫的線狀光譜，這是最簡單的一種原子光譜。這是最簡

12、單的一種原子光譜。圖圖 6 61 1 氫原子光譜實(shí)驗(yàn)示意圖氫原子光譜實(shí)驗(yàn)示意圖 任何原子被激發(fā)時，都可以給出原子光譜，而且任何原子被激發(fā)時，都可以給出原子光譜，而且每種原子都有自己的特征光譜。這使人們意識到原子光譜每種原子都有自己的特征光譜。這使人們意識到原子光譜與原子結(jié)構(gòu)之間勢必存在著一定的關(guān)系。當(dāng)人們試圖利用與原子結(jié)構(gòu)之間勢必存在著一定的關(guān)系。當(dāng)人們試圖利用rutherford rutherford 的有核原子模型從理論上解釋氫原子光譜時，的有核原子模型從理論上解釋氫原子光譜時，這一原子模型受到了強(qiáng)烈的挑戰(zhàn)。這一原子模型受到了強(qiáng)烈的挑戰(zhàn)。 1913 1913 年，丹麥物理學(xué)家年，丹麥物理學(xué)

13、家 bohr bohr 提出了新的原子提出了新的原子結(jié)構(gòu)理論，解釋了當(dāng)時的氫原子線狀光譜，既說明了譜線結(jié)構(gòu)理論，解釋了當(dāng)時的氫原子線狀光譜，既說明了譜線產(chǎn)生的原因，也說明了譜線的波數(shù)所表現(xiàn)出的規(guī)律性。產(chǎn)生的原因，也說明了譜線的波數(shù)所表現(xiàn)出的規(guī)律性。6 61 13 3 玻爾理論玻爾理論 1900 1900 年，德國科學(xué)家年，德國科學(xué)家 planck planck 提出了著名的量子提出了著名的量子論。論。planck planck 認(rèn)為在微觀領(lǐng)域能量是不連續(xù)的，物質(zhì)吸收認(rèn)為在微觀領(lǐng)域能量是不連續(xù)的，物質(zhì)吸收或放出的能量總是一個最小的能量單位的整倍數(shù)。這個最或放出的能量總是一個最小的能量單位的整倍數(shù)

14、。這個最小的能量單位稱為能量子。小的能量單位稱為能量子。 1905 1905 年瑞士科學(xué)家年瑞士科學(xué)家 einstein einstein 在解釋光電效應(yīng)在解釋光電效應(yīng)時，提出了光子論。時，提出了光子論。einstein einstein 認(rèn)為能量以光的形式傳播認(rèn)為能量以光的形式傳播時，其最小單位稱為光量子，也叫光子。光子能量的大小時，其最小單位稱為光量子，也叫光子。光子能量的大小與光的頻率成正比與光的頻率成正比 e = h e = h （6 63 3） 式中式中 e e 為光子的能量，為光子的能量， 為光子的頻率，為光子的頻率，h h 為為 planck planck 常數(shù)，其值為常數(shù)，其值

15、為 6.6266.626 1010-34-34 j j s s。物質(zhì)以光的形式。物質(zhì)以光的形式吸收或放出的能量只能是光量子能量的整數(shù)倍。吸收或放出的能量只能是光量子能量的整數(shù)倍。 電量的最小單位是一個電子的電量。電量的最小單位是一個電子的電量。 我們將以上的說法概括為一句話，在微觀領(lǐng)域中我們將以上的說法概括為一句話，在微觀領(lǐng)域中能量、電量是量子化的。量子化是微觀領(lǐng)域的重要特征，能量、電量是量子化的。量子化是微觀領(lǐng)域的重要特征，后面我們還將了解到更多的量子化的物理量。后面我們還將了解到更多的量子化的物理量。 bohr bohr 理論認(rèn)為，核外電子在特定的原子軌道上理論認(rèn)為，核外電子在特定的原子軌

16、道上運(yùn)動，軌道具有固定的能量運(yùn)動，軌道具有固定的能量 e e。bohr bohr 計(jì)算了氫原子的原計(jì)算了氫原子的原子軌道的能量，結(jié)果如下子軌道的能量，結(jié)果如下式中式中 ev ev 是微觀領(lǐng)域常用的能量單位，等于是微觀領(lǐng)域常用的能量單位，等于 1 1 個電子的個電子的電量電量 1.602 1.602 10 10-19-19 c c 與與 1 v 1 v 電勢差的乘積，其數(shù)值為電勢差的乘積，其數(shù)值為 1.602 1.602 10 10-19-19 j j。 1913 1913 年丹麥科學(xué)家年丹麥科學(xué)家 bohr bohr 在在 planck planck 量子論、量子論、einsteineinst

17、ein光子論和光子論和 rutherford rutherford 有核原子模型的基礎(chǔ)上，有核原子模型的基礎(chǔ)上，提出了新的原子結(jié)構(gòu)理論，即著名的提出了新的原子結(jié)構(gòu)理論，即著名的 bohr bohr 理論。理論。（6 64 4）e= e= - -13.613.6n n2 2evev將將 n n 值值1 1、2 2、3 3 分別代入式（分別代入式（6 64 4）得到）得到n = 1n = 1時，時， e e1 1 = = 13.6 ev13.6 ev， n = 2n = 2時，時， e e2 2 = = 13.6/4 ev13.6/4 ev， n = 3n = 3時，時， e e3 3 = = 1

18、3.6/9 ev13.6/9 ev， 隨著隨著 n n 的增加，電子離核越遠(yuǎn)，電子的能量以的增加，電子離核越遠(yuǎn)，電子的能量以量子化的方式不斷增加。當(dāng)量子化的方式不斷增加。當(dāng) n n 時，電子離核無限時，電子離核無限遠(yuǎn)，成為自由電子，脫離原子核的作用，能量遠(yuǎn)，成為自由電子，脫離原子核的作用，能量 e = 0e = 0。 bohr 理論認(rèn)為，電子在軌道上繞核運(yùn)動時，并不放理論認(rèn)為，電子在軌道上繞核運(yùn)動時，并不放出能量。因此，在通常的條件下氫原子是不會發(fā)光的。同出能量。因此，在通常的條件下氫原子是不會發(fā)光的。同時氫原子也不會因?yàn)殡娮訅嬋朐雍硕孕袣?。電子所時氫原子也不會因?yàn)殡娮訅嬋朐雍硕孕袣?/p>

19、滅。電子所在的原子軌道離核越遠(yuǎn)，其能量越大。在的原子軌道離核越遠(yuǎn)，其能量越大。 原子中的各電子盡可能在離核最近的軌道上運(yùn)動，即原子中的各電子盡可能在離核最近的軌道上運(yùn)動，即原子處于基態(tài)。受到外界能量激發(fā)時電子可以躍遷到離核原子處于基態(tài)。受到外界能量激發(fā)時電子可以躍遷到離核較遠(yuǎn)的能量較高的軌道上，這時原子和電子處于激發(fā)態(tài)。較遠(yuǎn)的能量較高的軌道上，這時原子和電子處于激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的電子不穩(wěn)定，可以躍遷回低能量的軌道上，處于激發(fā)態(tài)的電子不穩(wěn)定，可以躍遷回低能量的軌道上，并以光子形式放出能量，光的頻率決定于軌道的能量之差：并以光子形式放出能量，光的頻率決定于軌道的能量之差： h = e2 e1 或

20、或 v = (e2 - e1) / h （65）式中式中 e2 為高能量軌道的能量，為高能量軌道的能量，e1 為低能量軌道的能量，為低能量軌道的能量， 為頻率，為頻率，h 為為 planck 常數(shù)。將式常數(shù)。將式 (64) 代入式代入式 (65)中，中，得得 （66）v = - - 13.6hev()11n22n12 玻爾理論極其成功地解釋了氫原子光譜，但它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原子模型仍然有著局限性。玻爾理論雖然引用了 planck planck 的量子論，但在計(jì)算氫原子的軌道半徑時，仍是以經(jīng)典力的量子論，但在計(jì)算氫原子的軌道半

21、徑時，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)動的規(guī)律，所以學(xué)為基礎(chǔ)的，因此它不能正確反映微粒運(yùn)動的規(guī)律，所以它為后來發(fā)展起來的量子力學(xué)和量子化學(xué)所取代勢所必然。它為后來發(fā)展起來的量子力學(xué)和量子化學(xué)所取代勢所必然。 6 62 2 微觀粒子運(yùn)動的特殊性微觀粒子運(yùn)動的特殊性6 62 21 1 微觀粒子的波粒二象性微觀粒子的波粒二象性17 17 世紀(jì)末，世紀(jì)末，newton newton 和和 huygens huygens 分別提出了光的微粒說分別提出了光的微粒說和波動說，但光的本質(zhì)是波還是微粒問題一直爭論不休。和波動說，但光的本質(zhì)是波還是微粒問題一直爭論不休。直到直到 20 20 世紀(jì)初

22、人們才逐漸認(rèn)識到光既有波的性質(zhì)又具有世紀(jì)初人們才逐漸認(rèn)識到光既有波的性質(zhì)又具有粒子的性質(zhì)，即光具有波粒二象性。粒子的性質(zhì)，即光具有波粒二象性。 正是由于波粒二象性這一微觀粒子運(yùn)動區(qū)別于宏正是由于波粒二象性這一微觀粒子運(yùn)動區(qū)別于宏觀物體運(yùn)動的本質(zhì)特征，所以描述微觀粒子的運(yùn)動不能使觀物體運(yùn)動的本質(zhì)特征，所以描述微觀粒子的運(yùn)動不能使用經(jīng)典的牛頓力學(xué)，而要用量子力學(xué)。用經(jīng)典的牛頓力學(xué)，而要用量子力學(xué)。 1927 1927 年，美國物理學(xué)家年，美國物理學(xué)家 c. j. davisson c. j. davisson 和和 l. l. h. germer h. germer 進(jìn)行了電子衍射實(shí)驗(yàn)，當(dāng)高速電子

23、流穿過薄晶進(jìn)行了電子衍射實(shí)驗(yàn)，當(dāng)高速電子流穿過薄晶體片投射到感光屏幕上，得到一系列明暗相間的環(huán)紋，這體片投射到感光屏幕上，得到一系列明暗相間的環(huán)紋，這些環(huán)紋正象單色光通過小孔發(fā)生衍射的現(xiàn)象一樣。電子衍些環(huán)紋正象單色光通過小孔發(fā)生衍射的現(xiàn)象一樣。電子衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了德布羅意的假設(shè)射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了德布羅意的假設(shè) 微觀粒子具有波粒二微觀粒子具有波粒二象性。象性。6 62 22 2 測不準(zhǔn)原理測不準(zhǔn)原理 在經(jīng)典力學(xué)體系中，我們研究宏觀物體的運(yùn)動規(guī)在經(jīng)典力學(xué)體系中，我們研究宏觀物體的運(yùn)動規(guī)律，曾涉及到勻速直線運(yùn)動，變速直線運(yùn)動，圓周運(yùn)動，律，曾涉及到勻速直線運(yùn)動，變速直線運(yùn)動，圓周運(yùn)動，平拋或斜拋運(yùn)動等等。人

24、們總能找到運(yùn)動物體的位移平拋或斜拋運(yùn)動等等。人們總能找到運(yùn)動物體的位移 x x 與時間與時間 t t 的函數(shù)關(guān)系的函數(shù)關(guān)系 x x = f( = f( t t ) ) 以及速度以及速度 v v 與時間與時間 t t 的函數(shù)關(guān)系的函數(shù)關(guān)系 v v = f( = f( t t ) )。于是能同時準(zhǔn)確地知道某一時。于是能同時準(zhǔn)確地知道某一時刻運(yùn)動物體的位置和速度及具有的動量刻運(yùn)動物體的位置和速度及具有的動量 p p。 1927 1927 年，德國物理學(xué)家年，德國物理學(xué)家 w. heisenberg w. heisenberg 提出提出了測不準(zhǔn)原理，對于具有波粒二象性的微觀粒子的運(yùn)動進(jìn)了測不準(zhǔn)原理，對

25、于具有波粒二象性的微觀粒子的運(yùn)動進(jìn)行了描述。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：行了描述。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： x x p p h / 2 h / 2 （6 61111）或或 x x v v h / 2 h / 2m m （6 61212）式中式中 x x 為微觀粒子位置的測量偏差，為微觀粒子位置的測量偏差， p p 為粒子的動量為粒子的動量的測量偏差，的測量偏差， v v 為粒子運(yùn)動速度的測量偏差。為粒子運(yùn)動速度的測量偏差。 測不準(zhǔn)原理的告訴我們，微觀粒子具有波粒二測不準(zhǔn)原理的告訴我們，微觀粒子具有波粒二象性，它的運(yùn)動完全不同于宏觀物體沿著軌道運(yùn)動的方式，象性，它的運(yùn)動完全不同于宏觀物體沿著軌道運(yùn)動的方式，因此不可

26、能同時測定它的空間位置和動量。式因此不可能同時測定它的空間位置和動量。式 (6(611) 11) 說明，位置的測量偏差和動量的測量偏差之積不小于常數(shù)說明，位置的測量偏差和動量的測量偏差之積不小于常數(shù) h/2h/2。微觀粒子位置的測量偏差。微觀粒子位置的測量偏差 x x 越小，則相應(yīng)的動越小，則相應(yīng)的動量的測量偏差量的測量偏差 p p 就越大。就越大。 式（式（6 61212）中的測量偏差之積）中的測量偏差之積 h/2h/2m m ，其數(shù)，其數(shù)值大小取決于質(zhì)量值大小取決于質(zhì)量 m m，因此對于宏觀物體和微觀粒子差別，因此對于宏觀物體和微觀粒子差別極大。極大。 x x p p h / 2 h /

27、2 （6 61111） x v h / 2m （612） 但是對于但是對于 m = 0.01 kg m = 0.01 kg 的宏觀物體，例如子彈，的宏觀物體，例如子彈， h/2h/2m m 的數(shù)量級為的數(shù)量級為 1010- -3232。假設(shè)位置的測量偏差。假設(shè)位置的測量偏差 x x 達(dá)達(dá)到到 1010- -9 9 m m，這個精度完全滿足要求，其速度的測量偏差，這個精度完全滿足要求，其速度的測量偏差 v v 尚可以達(dá)到尚可以達(dá)到 1010- -2323 m m s s-1-1。這個偏差已經(jīng)小到在宏觀上。這個偏差已經(jīng)小到在宏觀上無法覺察的程度了。無法覺察的程度了。 對于電子來說，其對于電子來說，

28、其 m = 9.11 m = 9.11 10 10-31 -31 kg, kg, h/2h/2m m 的數(shù)量級為的數(shù)量級為10104 4。原子半徑的數(shù)量級為。原子半徑的數(shù)量級為 10101010 m m 左右，因此核外電子位置的測量偏差左右，因此核外電子位置的測量偏差 x x 不能大于不能大于 1010- -1212 m m，這時其速度的測量偏差，這時其速度的測量偏差 v v 一定大于一定大于 10108 8 m m s s-1-1。這個。這個偏差過大，已接近光速，根本無法接受。偏差過大，已接近光速，根本無法接受。 測不準(zhǔn)原理說明了微觀粒子運(yùn)動有其特殊的規(guī)律，測不準(zhǔn)原理說明了微觀粒子運(yùn)動有其特

29、殊的規(guī)律，不能用經(jīng)典力學(xué)處理微觀粒子的運(yùn)動，而這種特殊的規(guī)律不能用經(jīng)典力學(xué)處理微觀粒子的運(yùn)動，而這種特殊的規(guī)律是由微粒自身的本質(zhì)所決定的。是由微粒自身的本質(zhì)所決定的。 6 62 23 3 微觀粒子運(yùn)動的統(tǒng)計(jì)規(guī)律微觀粒子運(yùn)動的統(tǒng)計(jì)規(guī)律 宏觀物體的運(yùn)動遵循經(jīng)典力學(xué)原理。而測不準(zhǔn)原宏觀物體的運(yùn)動遵循經(jīng)典力學(xué)原理。而測不準(zhǔn)原理告訴我們，具有波粒二象性的微觀粒子不能同時測準(zhǔn)其理告訴我們，具有波粒二象性的微觀粒子不能同時測準(zhǔn)其位置和動量，因此不能找到類似宏觀物體的運(yùn)動軌道。那位置和動量，因此不能找到類似宏觀物體的運(yùn)動軌道。那么微觀粒子的運(yùn)動遵循的規(guī)律是什么呢？么微觀粒子的運(yùn)動遵循的規(guī)律是什么呢？ 進(jìn)一步考

30、察前面提到的進(jìn)一步考察前面提到的 davisson davisson 和和 germer germer 所做的電子衍射實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是在屏幕上得到明暗相間所做的電子衍射實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是在屏幕上得到明暗相間的衍射環(huán)紋。的衍射環(huán)紋。 若控制該實(shí)驗(yàn)的速度，使電子一個一個地從射出，若控制該實(shí)驗(yàn)的速度，使電子一個一個地從射出，這時屏幕上會出現(xiàn)一個一個的亮點(diǎn)，忽上忽下忽左忽右，這時屏幕上會出現(xiàn)一個一個的亮點(diǎn)，忽上忽下忽左忽右，毫無規(guī)律可言，難以預(yù)測下一個電子會擊中什么位置。這毫無規(guī)律可言，難以預(yù)測下一個電子會擊中什么位置。這是電子的粒子性的表現(xiàn)。但隨著時間的推移，亮點(diǎn)的數(shù)目是電子的粒子性的表現(xiàn)。但隨著時間

31、的推移，亮點(diǎn)的數(shù)目逐漸增多，其分布開始呈現(xiàn)規(guī)律性逐漸增多，其分布開始呈現(xiàn)規(guī)律性 得到明暗相間衍得到明暗相間衍射環(huán)紋。這是電子的波動性的表現(xiàn)。所以說電子的波動性射環(huán)紋。這是電子的波動性的表現(xiàn)。所以說電子的波動性可以看成是電子的粒子性的統(tǒng)計(jì)結(jié)果?？梢钥闯墒请娮拥牧Ｗ有缘慕y(tǒng)計(jì)結(jié)果。 這種統(tǒng)計(jì)的結(jié)果表明，對于微觀粒子的運(yùn)動，雖這種統(tǒng)計(jì)的結(jié)果表明，對于微觀粒子的運(yùn)動，雖然不能同時準(zhǔn)確地測出單個粒子的位置和動量，但它在空然不能同時準(zhǔn)確地測出單個粒子的位置和動量，但它在空間某個區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的機(jī)會的多與少，卻是符合統(tǒng)計(jì)性規(guī)律間某個區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的機(jī)會的多與少，卻是符合統(tǒng)計(jì)性規(guī)律的。的。 從電子衍射的環(huán)紋看，明紋就是

32、電子出現(xiàn)機(jī)會多從電子衍射的環(huán)紋看，明紋就是電子出現(xiàn)機(jī)會多的區(qū)域，而暗紋就是電子出現(xiàn)機(jī)會少的區(qū)域。所以說電子的區(qū)域，而暗紋就是電子出現(xiàn)機(jī)會少的區(qū)域。所以說電子的運(yùn)動可以用統(tǒng)計(jì)性的規(guī)律去進(jìn)行研究。的運(yùn)動可以用統(tǒng)計(jì)性的規(guī)律去進(jìn)行研究。 要研究電子出現(xiàn)的空間區(qū)域，則要去尋找一個函要研究電子出現(xiàn)的空間區(qū)域，則要去尋找一個函數(shù)，用該函數(shù)的圖象與這個空間區(qū)域建立聯(lián)系。這種函數(shù)數(shù)，用該函數(shù)的圖象與這個空間區(qū)域建立聯(lián)系。這種函數(shù)就是微觀粒子運(yùn)動的波函數(shù)就是微觀粒子運(yùn)動的波函數(shù) 。 1926 1926 年奧地利物理學(xué)家年奧地利物理學(xué)家 e. schre. schrdinger dinger 建立建立了著名的微觀粒

33、子的波動方程，即了著名的微觀粒子的波動方程，即 schrschrdinger dinger 方程。方程。描 述 微 觀 粒 子 運(yùn) 動 狀 態(tài) 的 波 函 數(shù)描 述 微 觀 粒 子 運(yùn) 動 狀 態(tài) 的 波 函 數(shù) ， 就 是 解， 就 是 解 schrodinger schrodinger 方程求出的。方程求出的。 6 63 3 核外電子運(yùn)動狀態(tài)的描述核外電子運(yùn)動狀態(tài)的描述6 63 31 1 schrschrdingerdinger方程方程 schrschrdinger dinger 方程是一個二階偏微分方程方程是一個二階偏微分方程 （613） 0)(822222222vehmzyx0)(82

34、2222222vehmzyx 式中波函數(shù)式中波函數(shù) 是是 x，y，z 的函數(shù)，的函數(shù)，e 是體系的能量。是體系的能量。求解求解 schrodinger 方程，最終就是要得到描述微觀粒子運(yùn)方程，最終就是要得到描述微觀粒子運(yùn)動的波函數(shù)動的波函數(shù) 和微觀粒子在該狀態(tài)下的能量和微觀粒子在該狀態(tài)下的能量 e。式中。式中 v 是勢能，它和被研究粒子的具體環(huán)境有關(guān)，是勢能，它和被研究粒子的具體環(huán)境有關(guān)，m 是粒子的是粒子的質(zhì)量。這是求解質(zhì)量。這是求解 schrdinger 方程的已知條件。方程的已知條件。 是圓周是圓周率，率，h 是是 planck 常數(shù)。常數(shù)。 代數(shù)方程的解是一個數(shù)；微分方程的解是一組函數(shù)

35、；代數(shù)方程的解是一個數(shù)；微分方程的解是一組函數(shù)；對于對于 schrdinger 方程，偏微分方程來說，它的解將是一方程，偏微分方程來說，它的解將是一系列多變量的波函數(shù)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)。密切相關(guān)。 0)(822222222vehmzyx 二二 用四個量子數(shù)描述電子的運(yùn)動狀態(tài)用四個量子數(shù)描述電子的運(yùn)動狀態(tài) v1. 主量子數(shù)主量子數(shù) n 意義：意義： 表示原子的大小, 核外電子離核的遠(yuǎn)近和電子能量的高低。v主量子數(shù)主量子數(shù)n：是決定電

36、子層數(shù)的，n值相同的電子在一個電子層。v n的取值范圍：的取值范圍：n = 1、2、3、4n （正整數(shù)）1. 主量子數(shù)主量子數(shù) nv主量子數(shù)主量子數(shù)n是決定電子能量高低的主要因素。是決定電子能量高低的主要因素。對于單電子原子或類氫離子來說，n值越大，電子的能量越高。對于多電子來說，核外電子能量既與n有關(guān)，又與l有關(guān)，取決于n和l的取值。v主量子數(shù)n ： 1，2， 3， 4， 5，6，7v(光譜符號)電子層符號電子層符號 ： k， l，m，n，o，p，q 2. 角量子數(shù)角量子數(shù) lv 角量子數(shù)l，亦稱副量子數(shù)。v 意義意義: 決定了原子軌道的形狀。決定了原子軌道的形狀。 v取值范圍：對于給定的n

37、值，l只能取小于n的整數(shù)值。v l = 0，1，2，3 (n-1) ，共，共n個取值。個取值。v光譜學(xué)上常用下列符號代表角量子數(shù)l： v角量子數(shù)l 0 1 2 3 4 v光譜符號 s p d f g v角量子數(shù)角量子數(shù)l表示原子軌道或電子云的形狀表示原子軌道或電子云的形狀vl=0的狀態(tài)稱為s態(tài)， s軌道， s電子云vl=1的狀態(tài)稱為p態(tài)， p軌道， p電子云vl=2的狀態(tài)稱為d態(tài)， d軌道， d電子云vl=3的狀態(tài)稱為f態(tài)， f軌道， f電子云v l=4的狀態(tài)稱為g態(tài)， g軌道， g電子云v用主量子數(shù)n表示電子層時，角量子數(shù)就表示同一電子層中具有不同狀態(tài)的分層；v對于給定的主量子數(shù)n來說，就有

38、n個不同的角量子數(shù)l v量子數(shù)n,l與電子層和分層的關(guān)系見下圖表量子數(shù)量子數(shù)n、l與電子層、分層的關(guān)系與電子層、分層的關(guān)系n電子層數(shù)l分層數(shù)，（亞層）1101s22 02s 12p33 03s13p2 3d4 404s14p24d34fv 對于多電子原子來說，在主量子數(shù)n相同時，l的數(shù)值越大，其電子的能量越高。在同一電子層中，s電子的能量低于p電子，p電子低于d電子，d電子低于f電子的能量：v e5s e5p e5d e5fv l取值： 0 ， 1 ， 2 ， 3v 由不同的n和l組成的各分層，例如：2s、3p、4d，其能量必然不同，從能量的角度看，這些分層也常稱為能級。3. 磁量子數(shù)磁量子數(shù)

39、mv磁量子數(shù)m的取值與角量子數(shù)l有關(guān)，對于給定的l值，有（2l+1）個m的取值，即：v 取值：取值：m = 0，1，2，3， l，共(2l+1)個值。v 意義意義: 對于形狀一定的軌道( l 相同電子軌道), m 決定其空間取向。v例如： l = 1, 有三種空間取向 (能量相同, 三重簡并)。v簡并軌道簡并軌道: 能量相同的原子軌道，稱為簡并軌道簡并軌道簡并軌道: 能量相同的原子軌道，稱為簡并軌道v例如:l = 1, p 軌道, m取值為3個, p 軌道為三重簡并 l = 2, d 軌道, m 取值為5個, d 軌道為五重簡并 所以, m 只決定原子軌道的空間取向, 不影響軌道的能量。因 n

40、 和 l 一定, 軌道的能量則為一定, 空間取向(伸展方向)不影響能量。角量子數(shù)角量子數(shù)l與磁量子數(shù)與磁量子數(shù)m的關(guān)系的關(guān)系 4.自旋量子數(shù)自旋量子數(shù) msv 電子除了繞核作高速運(yùn)動之外，同時還有自身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，根據(jù)量子力學(xué)計(jì)算，自旋運(yùn)動有兩個方向，即順時針方向和逆時針方向，可以取數(shù)值相同而方向相反的兩種運(yùn)動狀態(tài)，通常用和表示自旋相反的兩種狀態(tài)，其可能的取值只有兩個，即：v ms=1/2v 這表示電子自旋的兩種狀態(tài)，自旋角動量有兩種不同取向。因此，在n，l，m值相同的情況下，電子運(yùn)動還有兩個自旋相反的狀態(tài)。 例題例題 用四個量子數(shù)描述 n = 4, l = 1 的所有電子的運(yùn)動狀態(tài)。 解解:

41、對于確定的l = 1，對應(yīng)的有 m = -1， 0， +1 有三條軌道，每條軌道容納兩個自旋方向相反的電子， 所以有 32 = 6 個電子的運(yùn)動狀態(tài)分別為：n=444444l=111111m=-1-100+1+1ms=+1/2-1/2+1/2-1/2+1/2-1/2四個量子數(shù)小結(jié)四個量子數(shù)小結(jié) n = 1，2，3，-n； l = 0，1，2，3，-（n-1）；）；n個個 m= 0，1，2，-l；（2l+1）個）個 ms=1/2三、概率密度與電子云三、概率密度與電子云v 電子在空間出現(xiàn)的機(jī)會稱做概率，在某單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率稱為概率密度，就是電子在核外空間出現(xiàn)的概率密度。v 的空間圖像就是電子云

42、。電子云是從統(tǒng)計(jì)的概念出發(fā)對核外電子出現(xiàn)的概率密度作形象化的圖示，而概率密度是從理論上計(jì)算而得到的，因此說電子云是 的圖像。v電子云圖像中每一格小黑點(diǎn)表示電子出現(xiàn)在核外空間中的一次概率（注意：不表示一個電子，圖中密集的小點(diǎn)只是說明氫原子核外的一個電子在核外空間的一種運(yùn)動狀態(tài)，并不代表有這么多個電子在核外的運(yùn)動情況），概率密度大，電子云圖像中的小黑點(diǎn)越密。22電子云的圖像具有的不同特征電子云的圖像具有的不同特征 v（1）電子云在核外空間的擴(kuò)展程度。）電子云在核外空間的擴(kuò)展程度。 v一般而言，擴(kuò)展程度越大的電子云所對應(yīng)的電子具有較高的能量狀態(tài)；反之則電子的能量較低。這可用能層（energy she

43、ll）的概念來概括。核外電子式按能量的大小來分層的。能量由高到低，分別稱為k，l，m，n，o，p，q-能層，或者叫第一能層，第二能層、第三能層。v（2）電子云的形狀）電子云的形狀 v s電子云為球形，p電子云為雙紡錘形，d電子云為多紡錘形。f電子云更復(fù)雜。v 為了方便，今后用能級能級（energy level）一詞來表達(dá)處于一定能層（k，l，m，n，o，p，q）的而又具有一定形狀電子云的電子。如，1s能級，3d能級、4f能級等。換句話說：第一能層（k）只有一個能級-1s；第二能層（l）有2個能級-2s和2p；第三能層（m）有三個能級-3s,2p,3d；等等。即能層中含有能級。（3）電子云在空間

44、的取向（）電子云在空間的取向（s電子云）電子云） s電子是球形的，一原子核為中心的任何方向離核一定距離的微小空間里電子云的密度是相等的，也就是說，s電子的電子云圖像是球形對稱的，不存在取向問題。無論1s電子、2s電子、3s電子等都只有一個取向。 （3）電子云在空間的取向（）電子云在空間的取向（p電子云）電子云）v量子力學(xué)的結(jié)論是：p電子由3種取向，它們是互相垂直的（正交），分別叫px,py,pz電子。 dxy dxzdyzdz2dx2y2d電子云圖電子云圖 f電子云圖電子云圖g電子云圖電子云圖核外電子運(yùn)動狀態(tài)小結(jié)核外電子運(yùn)動狀態(tài)小結(jié)v1.在微觀世界中，核外電子運(yùn)動的能量是不連續(xù)的，分為不同的能

45、級，電子的空間運(yùn)動狀態(tài)需要用波函數(shù)來描述，電子運(yùn)動的每一個狀態(tài)均需要用四個量子數(shù)來確定v2. 波函數(shù)、原子軌道、電子云的區(qū)別和聯(lián)系 v 波函數(shù)就是原子軌道，它是由n、l、m三個量子數(shù)決定的。是電子的一種運(yùn)動狀態(tài)。電子云是電子在空間出現(xiàn)的概率密度分布的形象化表示。v 原子軌道和電子云的圖象除了形狀略有不同外，主要差別在于原子軌道的圖象中有正、負(fù)號之分，而電子云的圖象中則沒有。原子軌道的正、負(fù)號在原子軌道組合成分子軌道是會起到關(guān)鍵的作用。v3. 四個量子數(shù)之間互相聯(lián)系又互相制約的關(guān)系，及四個量子數(shù)與原子的電子層、分層、原子軌道、運(yùn)動狀態(tài)的關(guān)系很重要，要熟練掌握。 基態(tài)原子電子組態(tài)（電子排布）基態(tài)原

46、子電子組態(tài)（電子排布）v4-1 構(gòu)造原理構(gòu)造原理1. 排布原則排布原則v1) 能量最低原理能量最低原理 v 能量越低越穩(wěn)定，這是自然界的一個普遍規(guī)律。多電子原子在基態(tài)時，核外電子總是盡可能分布到能量最低的軌道，這就稱為能量最低原理。電子由能量低的軌道向能量高的軌道排布(電子先填充能量低的軌道,后填充能量高的軌道。電子離原子核越近，能量越低。例如1s軌道的能量最低。v2) pauli(保利保利)不相容原理不相容原理 根據(jù)保里原理獲得幾個重要結(jié)論：根據(jù)保里原理獲得幾個重要結(jié)論：v每一種運(yùn)動狀態(tài)的電子只能有一個。每一種運(yùn)動狀態(tài)的電子只能有一個。v每一個原子軌道里包含兩種運(yùn)動狀態(tài)，每一個原子軌道里包含

47、兩種運(yùn)動狀態(tài)，所以每一個原子軌道中最多只能容納兩個自旋不同的電子。v因?yàn)橐驗(yàn)閟、p、d、f各分層中的原子軌道數(shù)分別為各分層中的原子軌道數(shù)分別為1、3、5、7個，個，所以s、p、d、f各分層中分別最多容納2、6、10、14個電子。v每個電子層中原子軌道的總數(shù)為每個電子層中原子軌道的總數(shù)為n2個個，因此各電子層中電子的最大容量為電子層中電子的最大容量為2n2個個。 3) 3) hunthunt( (洪特洪特) )規(guī)則規(guī)則v 電子在能量簡并的軌道中, 要分占各軌道,且保持自旋方向相同。保持高對稱性，以獲得穩(wěn)定。包括：軌道全空，半充滿，全充滿三種分布。碳原子核外電子排布。v洪特規(guī)則的特例：洪特規(guī)則的特

48、例：等價軌道全充滿、半充滿或全空的狀態(tài)時比較穩(wěn)定的。v全充滿全充滿：s2、p6、d10、f14 半充滿半充滿：s1、p3、d5、 f7 全空全空： s0、p0、d0、 f0 v構(gòu)造原理：構(gòu)造原理：v 隨核電荷數(shù)的遞增，大多數(shù)元素的電中性基態(tài)原子的電子按如下順序填入核外電子運(yùn)動軌道，叫構(gòu)造原理。 構(gòu)造原理圖構(gòu)造原理圖 v例題：例題：指出下列元素的名稱和原子序數(shù)，并寫出它們的基態(tài)原子的核外電子排布式。v（1）第八個稀有氣體；v（2）第四周期中的第八個過渡元素；v（3）常溫下為液態(tài)的非金屬元素；v（4）熔點(diǎn)最低的金屬元素；v（5）第六周期中的ivb 族元素；v（6）4f層填入11個電子的元素；v（7

49、）第八周期將包含多少種元素；v（8）原子核外出現(xiàn)第一個5g電子的元素的原子序數(shù)是多少;v（9）第114號元素屬于第幾周期？第幾族？(1) 第八個稀有氣體：稀有氣體的原子序數(shù)通式：2（12 + 22 + 22 + 32 + 32 + 42 + 42 +52 + -）1185g186f147d108s28p6 （2）第四周期中的第八個過渡元素：ar3d84s2（3）常溫下為液態(tài)的非金屬元素：（br）ar3d104s24p5 （4）熔點(diǎn)最低的金屬元素:hg：xe 4f145d106s2 （5）第六周期中的ivb 族元素：xe 4f145d26s2（6）4f層填入11個電子的元素：xe 4f116s2

50、 鑭系元素ho,鈥（音火），填入f亞層。（7）第八周期將包含多少種元素：5g186f147d108s28p6 ，共，共50個個（8）原子核外出現(xiàn)第一個5g電子的元素的原子序數(shù)是多少：核外出現(xiàn)第一個5g電子的核外電子排布為118 5g18s2，其原子序數(shù)為121 （9）第114號元素屬于第幾周期？第幾族？核外電子排布為rn 5f145d107s27p2，114號元素屬于第七周期、iva族。 rn =86號號 隨核電荷數(shù)遞增，電子每一次從填入ns能級開始到填滿np能級，建立一個周期。5-2 基態(tài)原子的電子組態(tài)基態(tài)原子的電子組態(tài)v1) 電子填充是按近似能級圖自能量低向能量高的軌道排布的，但書寫電子結(jié)

51、構(gòu)式時， 要把同一主層(n相同)的軌道寫在一起，v2) 原子實(shí)表示電子排布時， 內(nèi)層已經(jīng)達(dá)到稀有(惰性)氣體原子的結(jié)構(gòu)。v3) 特殊的電子結(jié)構(gòu)要記憶。1s22s22p63s23p63d54s11s22s22p63s23p6ar3d54s1氬的原子實(shí)氬的原子實(shí) ：cr的電子結(jié)構(gòu)式簡寫為：的電子結(jié)構(gòu)式簡寫為： cr的電子結(jié)構(gòu)式：的電子結(jié)構(gòu)式： 實(shí)驗(yàn)還表明，當(dāng)電中性原子失去電子形成正離子時，總是首先失去最外層電子，因此，副族元素基態(tài)正離子的電子組態(tài)不符合構(gòu)造原理。 v元素 電中性原子 正 離 子 最外層電子數(shù) fe 3d64s2 fe2+ 3d6 (14e-)v fe3+ 3d5 (13e-)vcu

52、 3d104s1 cu+ 3d10 (18e-)v cu2+ 3d9 (17e-)1-6 元素周期系元素周期系v元素周期律元素周期律就是隨著核內(nèi)質(zhì)子數(shù)的遞增，核外電子呈現(xiàn)周期性排布，元素性質(zhì)呈現(xiàn)周期性遞變。v1. 元素的分區(qū)和族元素的分區(qū)和族 v2. 原子的電子層結(jié)構(gòu)與元素的分區(qū)原子的電子層結(jié)構(gòu)與元素的分區(qū)v3. 原子的電子層結(jié)構(gòu)與周期的關(guān)系原子的電子層結(jié)構(gòu)與周期的關(guān)系v4.4.原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期系原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期系v5.5.原子的電子層結(jié)構(gòu)與族的關(guān)系原子的電子層結(jié)構(gòu)與族的關(guān)系v6.6.未來的周期表未來的周期表1.元素的分區(qū)和族元素的分區(qū)和族ns1,ns2ns2np1-6（n

53、-1）d1-9ns1-2（n-1）d10ns1-2（n-2）f0-14(n-1)d0-2ns2 2. 原子的電子層結(jié)構(gòu)與元素的分區(qū)vs區(qū)區(qū) 最外層電子結(jié)構(gòu)：ns1和ns2，a族和 a族。主族元素的族數(shù)主族元素的族數(shù)=最外層的電子數(shù)最外層的電子數(shù)vp區(qū)區(qū) 最外層電子結(jié)構(gòu)：ns2np1-6，a族到0族。主族元素的族數(shù)主族元素的族數(shù)=最外層的電子數(shù)最外層的電子數(shù)vd區(qū)區(qū) 電子層結(jié)構(gòu)：（n-1）d1-9ns1-2，b族到族。b族到族到viib族的族數(shù)族的族數(shù)=外層（外層（n-1）dns電子數(shù)電子數(shù) 。vds區(qū)區(qū) 電子層結(jié)構(gòu)：（n-1）d10ns1-2，b族和b族。vf區(qū) 電子層結(jié)構(gòu)：（n-2）f0-1

54、4(n-1)d0-2ns2，鑭系和錒系元素。 3. 原子的電子層結(jié)構(gòu)與周期的關(guān)系原子的電子層結(jié)構(gòu)與周期的關(guān)系v從原子核外電子排布的規(guī)律可知，能級組的劃分是導(dǎo)致周期系中各元素能劃分為周期的原因。v 元素所在的周期數(shù)與該元素的原子核外電子的最高能級所在能級組數(shù)相一致（能級組數(shù)相一致（1s；2s，2p；3s，3p；4s，3d，4p；5s，4d，5p；6s，4f，5d，6p等）。等）。v周期數(shù)周期數(shù)=最外電子層的主量子數(shù)最外電子層的主量子數(shù) 原子的電子層結(jié)構(gòu)與元素周期系有著非常密切的關(guān)系。若已知元素的原子序數(shù)，便可寫出該元素的電子層結(jié)構(gòu)，并能判斷出該元素所在的周期和族；反之，若已知元素所在的周期和族，

55、也可以推測它的原子序數(shù)，并寫出其原子的電子結(jié)構(gòu)式。在推測原子的電子的構(gòu)型時，記住稀有氣在推測原子的電子的構(gòu)型時，記住稀有氣體的元素符號和原子序數(shù)是很有幫助的。體的元素符號和原子序數(shù)是很有幫助的。元素符號元素符號henearkrxern周期周期123456原子序數(shù)原子序數(shù)210183654866.未來的周期表未來的周期表5-1-3 5-1-3 元素基本性質(zhì)的周期性元素基本性質(zhì)的周期性 v一一. . 原子半徑原子半徑v二二. . 電離能電離能 v三三. .電子親合能電子親合能 e ev四四. . 電負(fù)性電負(fù)性v五五. . 氧化態(tài)氧化態(tài)一一.原子半徑原子半徑 v1. 概念概念 v1) 共價半徑共價半

56、徑 v2) 金屬半徑金屬半徑 v3) 范德華半徑范德華半徑v2. 原子半徑在周期表中的變化規(guī)律原子半徑在周期表中的變化規(guī)律v1)同周期中同周期中 v2) 同族中半徑變化同族中半徑變化 v3.原子半徑的周期性圖例原子半徑的周期性圖例 1) 共價半徑共價半徑: 同種元素的兩個原子, 以兩個電子用共價單鍵單鍵相連時, 核間距的一半, 為共價半徑。 如: h2 、x2 等同核單鍵雙原子分子, 均可測得其共價半徑。2) 金屬半徑金屬半徑:v 金屬晶體中，金屬原子被看為剛性球體，彼此相切，其核間距的一半，為金屬半徑。v3) 范德華半徑范德華半徑v 單原子分子(he，ne等)，原子間靠范德華力，即分子間作用

57、力結(jié)合(未成鍵)，在低溫高壓下形成晶體， 核間距的一半為范德華半徑。半徑在周期和族中的變化規(guī)律半徑在周期和族中的變化規(guī)律:v一、原子半徑在族中的變化一、原子半徑在族中的變化v 在同一主族主族中，一般原子半徑由上到下是依次增大的，因?yàn)槊總€族由上到下，隨著核電荷數(shù)增加，元素原子的電子層數(shù)增多，即主量子數(shù)n增大，所以原于半徑增大。v 副族副族元素與主族元素的情況不同，副族元素的原子半徑變化不明顯，特別是第五周期和第六周期的元素，它們的原子半徑非常相近。這主要是由于鑭系收縮所造成的結(jié)果二、原子半徑在周期中的變化二、原子半徑在周期中的變化v 在短周期中，從左到右隨著核電荷數(shù)的增加，原子核對外層電子的吸引

58、作用也相應(yīng)地增強(qiáng)，使原子半徑逐漸縮??；同時同時由于新增加的電子是依次填充在相同主量子數(shù)的電子層上，而同一電子層上電子數(shù)的增加也增強(qiáng)了電子間的相互排斥作用，使原子半徑有增大的傾向，因此這是相互矛盾的因素。 在外電子層未達(dá)到8電子的飽和結(jié)構(gòu)之前，核場力對外層電子的吸引是占主核場力對外層電子的吸引是占主導(dǎo)的因素，導(dǎo)的因素，因此在同一周期中自左向右，隨著核電荷數(shù)增大，原子半徑逐漸縮小。 但最后的稀有氣體例外，原子半徑但最后的稀有氣體例外，原子半徑突然變大，突然變大，這主要是因?yàn)橄∮袣怏w的原子半徑不是共價半徑，而是分子(即單原子分子)的接觸半徑，即范德華半徑。目前的稀有氣體原子半徑數(shù)據(jù)基本上是理論推算而得。 在長周期中，對于過渡元素來說，新增電子填入次外層的d軌道上。對于決定原子大小的最外電子層來說，次外層上的電子對它的屏蔽作用比最外電子層層中電子間中電子間的屏蔽作用大得多，所以在同一長周期中自左向右增加的核電荷，幾乎完全被增加的(n-1)d電子屏蔽掉。即即有效核電荷增加的比較緩慢，這就是有效核電荷增加的比較緩慢，