南醫(yī)大無機(jī)化學(xué)09原子結(jié)構(gòu)

1、1Chap.9 原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu) (Atomic Structure)主要內(nèi)容主要內(nèi)容1.1.原子結(jié)構(gòu)理論原子結(jié)構(gòu)理論 氫光譜，玻爾理論氫光譜，玻爾理論2.2.氫原子的量子力學(xué)模型氫原子的量子力學(xué)模型 波粒二象性，測不準(zhǔn)原理，波函數(shù)，量子數(shù)，波波粒二象性，測不準(zhǔn)原理，波函數(shù)，量子數(shù)，波函數(shù)圖形表示函數(shù)圖形表示3.3.核外電子的排布和元素周期系核外電子的排布和元素周期系屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)，多電子原子軌道能級(jí)，屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)，多電子原子軌道能級(jí)，核外電子排布，電子層結(jié)構(gòu)和元素周期系核外電子排布，電子層結(jié)構(gòu)和元素周期系4.4.元素基本性質(zhì)的周期性元素基本性質(zhì)的周期性有效核電荷，原子半徑，電離能，

2、電子親和能，有效核電荷，原子半徑，電離能，電子親和能，電負(fù)性電負(fù)性9.1 9.1 原子結(jié)構(gòu)理論原子結(jié)構(gòu)理論1.古代希臘哲學(xué)家德?？死氐脑诱摴糯ＥD哲學(xué)家德?？死氐脑诱?任何物質(zhì)都是由不可分的原子構(gòu)成。任何物質(zhì)都是由不可分的原子構(gòu)成。2.道爾頓道爾頓(J.Dolton)的原子理論的原子理論-19世紀(jì)初世紀(jì)初 化學(xué)元素是用物理方法不能再分割的最基本的物化學(xué)元素是用物理方法不能再分割的最基本的物質(zhì)組分，每一種化學(xué)元素有一種原子；同種原子質(zhì)組分，每一種化學(xué)元素有一種原子；同種原子質(zhì)量相同，不同種原子質(zhì)量不同；原子不可再分，質(zhì)量相同，不同種原子質(zhì)量不同；原子不可再分，一種原子不會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子

3、。一種原子不會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子。3.盧瑟福盧瑟福:粒子散射實(shí)驗(yàn)粒子散射實(shí)驗(yàn) 有核原子模型有核原子模型原子結(jié)構(gòu)理論簡史原子結(jié)構(gòu)理論簡史原子結(jié)構(gòu)的基本組成原子結(jié)構(gòu)的基本組成原子原子（10-10米）米）原子核原子核（10-14米）米）電子電子（10-15米）米）帶負(fù)電帶負(fù)電質(zhì)子（帶正電）質(zhì)子（帶正電）中子（不帶電）中子（不帶電）原子結(jié)構(gòu)內(nèi)微觀粒子的基本情況原子結(jié)構(gòu)內(nèi)微觀粒子的基本情況 質(zhì)子質(zhì)子 中子中子 電子電子相對(duì)于電子的質(zhì)量相對(duì)于電子的質(zhì)量 1836 1839 1相對(duì)于電子的電量相對(duì)于電子的電量 +1 0 -1經(jīng)典理論的原子模型經(jīng)典理論的原子模型無法解釋原子光譜無法解釋原子光譜無法解釋為何原子能

4、穩(wěn)定無法解釋為何原子能穩(wěn)定地存在地存在盧瑟福的有核模型盧瑟福的有核模型（穩(wěn)定）（穩(wěn)定）經(jīng)典的電磁理論經(jīng)典的電磁理論(牛頓力學(xué)牛頓力學(xué))（不穩(wěn)定）（不穩(wěn)定）矛盾矛盾An unsatisfactory atomic model4.1913年，玻爾將量子論用于原子，提出玻爾模型年，玻爾將量子論用于原子，提出玻爾模型5.1924年，德布羅意提出物質(zhì)波假設(shè)年，德布羅意提出物質(zhì)波假設(shè)6.1926年，薛定諤建立微觀粒子波動(dòng)方程年，薛定諤建立微觀粒子波動(dòng)方程7.1927年，戴維、革默電子衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)物質(zhì)波年，戴維、革默電子衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)物質(zhì)波8.1927年，海森堡提出測不準(zhǔn)原理年，海森堡提出測不準(zhǔn)原理9.1 9

5、.1 原子結(jié)構(gòu)理論原子結(jié)構(gòu)理論原子結(jié)構(gòu)理論簡史原子結(jié)構(gòu)理論簡史連續(xù)光譜和線狀光譜連續(xù)光譜和線狀光譜一束白光通過三棱鏡折射后，可以分解成赤橙一束白光通過三棱鏡折射后，可以分解成赤橙黃綠青藍(lán)紫等不同波長的光譜，稱為連續(xù)光譜。黃綠青藍(lán)紫等不同波長的光譜，稱為連續(xù)光譜。例如：雨后天空的彩虹例如：雨后天空的彩虹以火焰、電弧、電火花等灼燒化合物時(shí)，發(fā)出以火焰、電弧、電火花等灼燒化合物時(shí)，發(fā)出不同頻率的光線，通過三棱鏡折射，由于折射率不同頻率的光線，通過三棱鏡折射，由于折射率不同，在屏幕上得到一系列不連續(xù)的譜線，稱為不同，在屏幕上得到一系列不連續(xù)的譜線，稱為線狀光譜。線狀光譜。9.1 9.1 原子結(jié)構(gòu)理論原

6、子結(jié)構(gòu)理論一、氫原子光譜一、氫原子光譜連續(xù)光譜（自然界）連續(xù)光譜（自然界）連續(xù)光譜連續(xù)光譜( (實(shí)驗(yàn)室）實(shí)驗(yàn)室）線線 狀狀 光光 譜譜紫外紫外 可見可見 紅外紅外 氫原子光譜氫原子光譜在裝有氫氣的放電管兩極加高壓電，管中發(fā)在裝有氫氣的放電管兩極加高壓電，管中發(fā)出的光線經(jīng)分光得到氫原子光譜出的光線經(jīng)分光得到氫原子光譜氫原子光譜是線狀光譜氫原子光譜是線狀光譜可見光區(qū)有四條特征譜線（可見光區(qū)有四條特征譜線（Balmer線系），線系），在紫外光區(qū)和紅外光區(qū)多條特征譜線在紫外光區(qū)和紅外光區(qū)多條特征譜線氫原子光譜譜線氫原子光譜譜線可見光部分可見光部分18sm102.998c c 光速 /nmH3656.4

7、.57H486.16.07H434.06.91H410.27.311 /s)10 (14 可見光區(qū)：可見光區(qū)：氫原子光譜譜線氫原子光譜譜線15氫原子光譜的規(guī)律氫原子光譜的規(guī)律瑞典物理學(xué)家里德堡（瑞典物理學(xué)家里德堡（J. R. Rydberg)將氫原子的將氫原子的譜線頻率歸納為一個(gè)通式來表達(dá)譜線頻率歸納為一個(gè)通式來表達(dá)里德堡公式：里德堡公式： RH為里德堡常數(shù)；為里德堡常數(shù)；1.097107m-1； n1,n2為整數(shù)，為整數(shù)， n2n1)11(2221nnRH 能量量子化能量量子化1900年，年，M.Planck為解釋黑體輻射定律，首次提為解釋黑體輻射定律，首次提出能量量子化假設(shè)，即：出能量量子

8、化假設(shè)，即：E=n0=nh式中，式中，E為黑體輻射的能量；為黑體輻射的能量； 0為最小能量單位，即能量子為最小能量單位，即能量子 h為為Planck量子常數(shù)，量子常數(shù)，=6.62610-34Js 為黑體輻射頻率為黑體輻射頻率意義：黑體輻射的能量是不連續(xù)的，只能為某最意義：黑體輻射的能量是不連續(xù)的，只能為某最小單位的整數(shù)倍，即：能量是量子化的。小單位的整數(shù)倍，即：能量是量子化的。光子學(xué)說光子學(xué)說v為解釋光電效應(yīng)，為解釋光電效應(yīng)，1905年年Einstein在在Planck量子論量子論的基礎(chǔ)上提出了關(guān)于光的本性的光子理論。理論的基礎(chǔ)上提出了關(guān)于光的本性的光子理論。理論認(rèn)為：光是由一個(gè)個(gè)具有一定動(dòng)量

9、、質(zhì)量和能量認(rèn)為：光是由一個(gè)個(gè)具有一定動(dòng)量、質(zhì)量和能量的粒子組成的粒子流。這些微粒叫光子。的粒子組成的粒子流。這些微粒叫光子。v一個(gè)頻率為一個(gè)頻率為的光子具有的能量為：的光子具有的能量為： 0= hv光在空間傳播時(shí)也具有粒子性，光子可獨(dú)立存在光在空間傳播時(shí)也具有粒子性，光子可獨(dú)立存在于自由空間。光不僅是一種波動(dòng)，而且是實(shí)體。于自由空間。光不僅是一種波動(dòng)，而且是實(shí)體。* 由于該貢獻(xiàn)，由于該貢獻(xiàn)，Einstein獲獲1912年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)三個(gè)基本假設(shè)：三個(gè)基本假設(shè)：定態(tài)假設(shè)：定態(tài)假設(shè)：定態(tài)的電子不輻射定態(tài)的電子不輻射能量。最低為基態(tài)能量。最低為基態(tài)(ground state)，其

10、其余為激發(fā)態(tài)余為激發(fā)態(tài)(excited state)。9.1 9.1 原子結(jié)構(gòu)理論原子結(jié)構(gòu)理論二、玻爾理論二、玻爾理論能級(jí)躍遷（頻率）假設(shè)：能級(jí)躍遷（頻率）假設(shè)：原子由一定態(tài)躍遷到另一定態(tài)時(shí)要吸收或放出一原子由一定態(tài)躍遷到另一定態(tài)時(shí)要吸收或放出一定頻率的光。光的能量定頻率的光。光的能量E=h=E2-E1。)(Nn 量子化能量假設(shè)：量子化能量假設(shè)： 電子運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量為：電子運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量為：L = mvr =nh/2 對(duì)于氫原子：對(duì)于氫原子：E = -13.6/n2 (eV) 9.1 9.1 原子結(jié)構(gòu)理論原子結(jié)構(gòu)理論二、玻爾理論二、玻爾理論（1）原子的穩(wěn)定性）原子的穩(wěn)定性（2）闡明了氫原子光譜的不

11、連續(xù)性）闡明了氫原子光譜的不連續(xù)性112345頻率頻率氫原子光譜的一部分氫原子光譜的一部分玻爾理論解決的問題玻爾理論解決的問題32玻爾理論的局限性玻爾理論的局限性只限于解釋氫原子或類氫離子（單電子體只限于解釋氫原子或類氫離子（單電子體系）光譜，不能解釋多電子原子的光譜。系）光譜，不能解釋多電子原子的光譜。沒有正確描述電子的微觀狀態(tài)。沒有正確描述電子的微觀狀態(tài)。（一）光的波粒二象性（一）光的波粒二象性 波動(dòng)性：光能發(fā)生衍射和干涉等波的現(xiàn)象。波動(dòng)性：光能發(fā)生衍射和干涉等波的現(xiàn)象。 粒子性：光的性質(zhì)可以用動(dòng)量來描述。粒子性：光的性質(zhì)可以用動(dòng)量來描述。 p = mc = h / c = h / 9.2

12、 9.2 氫原子的量子力學(xué)模型氫原子的量子力學(xué)模型一、電子的波粒二象性一、電子的波粒二象性 德布羅意受光的波粒二象性啟發(fā)，提出假設(shè)：德布羅意受光的波粒二象性啟發(fā)，提出假設(shè)：任何實(shí)物粒子都具有波動(dòng)性，其物質(zhì)波波長任何實(shí)物粒子都具有波動(dòng)性，其物質(zhì)波波長 電子衍射環(huán)紋及其解釋電子衍射環(huán)紋及其解釋(證實(shí)物質(zhì)波假設(shè)證實(shí)物質(zhì)波假設(shè))（二）德布羅意的物質(zhì)波假設(shè)（二）德布羅意的物質(zhì)波假設(shè)9.2 9.2 氫原子的量子力學(xué)模型氫原子的量子力學(xué)模型一、電子的波粒二象性一、電子的波粒二象性電子衍射環(huán)紋電子衍射環(huán)紋電子衍射圖電子衍射圖 例：子彈的例：子彈的m= 2.5 10-2 kg, = 300 ms-1;電子的電子

13、的me= 9.110-31 kg, = 5.910-5 ms-1。 求波長：求波長：解解:子彈子彈 = h / mv = 6.62610-34 / (2.5 10-2 300) = 8.8 10-35 (m)可忽略，主要表現(xiàn)為粒子性?？珊雎裕饕憩F(xiàn)為粒子性。 電子電子 = h / (mv) = 6.62610-34 / (9.1 10-31 5.910-5) = 12 10-10 (m) = 1.2 nm由于微觀粒子具有波粒二象性，所以不可能同時(shí)由于微觀粒子具有波粒二象性，所以不可能同時(shí)精確地測出它的位置和速度。精確地測出它的位置和速度。 x：粒子位置的不準(zhǔn)量粒子位置的不準(zhǔn)量 p：粒子動(dòng)量的

14、不準(zhǔn)量粒子動(dòng)量的不準(zhǔn)量 h：普朗克常數(shù)，普朗克常數(shù)， h=6.6261034Js注：宏觀物質(zhì)同樣有物質(zhì)波和測不準(zhǔn)原理，只是注：宏觀物質(zhì)同樣有物質(zhì)波和測不準(zhǔn)原理，只是與自身大小相比不顯著與自身大小相比不顯著9.2 9.2 氫原子的量子力學(xué)模型氫原子的量子力學(xué)模型二、二、測不準(zhǔn)原理測不準(zhǔn)原理顯然，顯然， x ,則則 p ; x ,則則 p 測不準(zhǔn)原理意義：應(yīng)用測不準(zhǔn)關(guān)系，可以測不準(zhǔn)原理意義：應(yīng)用測不準(zhǔn)關(guān)系，可以檢驗(yàn)經(jīng)典力學(xué)適用的范圍，區(qū)分宏觀世界檢驗(yàn)經(jīng)典力學(xué)適用的范圍，區(qū)分宏觀世界和微觀世界。和微觀世界。9.2 9.2 氫原子的量子力學(xué)模型氫原子的量子力學(xué)模型二、二、測不準(zhǔn)原理測不準(zhǔn)原理電子運(yùn)動(dòng)的

15、規(guī)律電子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律1.量子化量子化 電子的某些物理量只能是某個(gè)基本量的電子的某些物理量只能是某個(gè)基本量的 整數(shù)倍，只能做不連續(xù)變化。整數(shù)倍，只能做不連續(xù)變化。2.波粒二象性波粒二象性 電子的行為有時(shí)表現(xiàn)其粒子性，有時(shí)電子的行為有時(shí)表現(xiàn)其粒子性，有時(shí) 表現(xiàn)其波動(dòng)性。電子在核外空間的出表現(xiàn)其波動(dòng)性。電子在核外空間的出 現(xiàn)有幾率現(xiàn)有幾率 。3.測不準(zhǔn)關(guān)系測不準(zhǔn)關(guān)系 無法同時(shí)準(zhǔn)確測量電子動(dòng)量及位置無法同時(shí)準(zhǔn)確測量電子動(dòng)量及位置薛定諤薛定諤方程方程9.2 9.2 氫原子的量子力學(xué)模型氫原子的量子力學(xué)模型三、波函數(shù)和原子軌道三、波函數(shù)和原子軌道直角坐標(biāo)直角坐標(biāo)( x,y,z)與球坐標(biāo)與球坐標(biāo) (r, ,

16、) 的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換 222cossinsincossinzyxrrzryrx (x, y, z)= (r, , )=R(r) Y( , )1.是電子的波函數(shù)表達(dá)是電子的波函數(shù)表達(dá) 2 是電子在某點(diǎn)是電子在某點(diǎn)(r, , ) 的幾率密度的幾率密度 2 dv v = dP 的意義：描述電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的函數(shù)的意義：描述電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的函數(shù) 2. 波函數(shù)波函數(shù)=原子軌道原子軌道3.值的正負(fù)影響成鍵時(shí)電子波的疊加值的正負(fù)影響成鍵時(shí)電子波的疊加4.每個(gè)波函數(shù)每個(gè)波函數(shù)(運(yùn)動(dòng)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)狀態(tài))對(duì)應(yīng)一種能量對(duì)應(yīng)一種能量9.2 9.2 氫原子的量子力學(xué)模型氫原子的量子力學(xué)模型三、波函數(shù)和原子軌道三、波函數(shù)和原子軌道四、量

17、子數(shù)四、量子數(shù)得到薛定諤方程的合理解，必須引入三個(gè)量子數(shù)：得到薛定諤方程的合理解，必須引入三個(gè)量子數(shù)：n、l、m，一組量子數(shù)確定波函數(shù)的一個(gè)合理解。一組量子數(shù)確定波函數(shù)的一個(gè)合理解。此時(shí)，其解及電子的幾率密度此時(shí)，其解及電子的幾率密度2 為：為：9.2 9.2 氫原子的量子力學(xué)模型氫原子的量子力學(xué)模型),()(),(),()(),(2,2,2, mllnmlnmllnmlnYrRrYrRr 主量子數(shù)主量子數(shù)n物理意義：物理意義：決定電子出現(xiàn)幾率最大區(qū)域離核距離決定電子出現(xiàn)幾率最大區(qū)域離核距離決定電子能量的主要因素決定電子能量的主要因素取值：取值： 1、2、3、4 (電子層數(shù)電子層數(shù)) 光譜學(xué)符

18、號(hào)：光譜學(xué)符號(hào)： K，L，M，N 可描述為：可描述為：n 越大，電子能量越高，離核平均距越大，電子能量越高，離核平均距離越遠(yuǎn)。離越遠(yuǎn)。 (電子層電子層) *對(duì)于單電子原子或離子，電子能量只決定于對(duì)于單電子原子或離子，電子能量只決定于nNn 角角(副副)量子數(shù)量子數(shù) l物理意義：物理意義：決定波函數(shù)決定波函數(shù)(原子軌道原子軌道)圖象的形狀圖象的形狀在多電子原子中，是決定電子能量的次要因素。在多電子原子中，是決定電子能量的次要因素。n相同，則相同，則 l 越大能量越高。越大能量越高。取值：取值： 0、1、2、3(n-1)，共共n個(gè)個(gè)光譜學(xué)符號(hào)：光譜學(xué)符號(hào)： s，p，d，f* n、l 值相同的軌道能

19、量相同，稱簡并或等價(jià)軌道。值相同的軌道能量相同，稱簡并或等價(jià)軌道。結(jié)合量子數(shù)n值和l值來判定具體的代表軌道v1 0 1s 1種種 n l 代表軌道代表軌道 每層軌道種類每層軌道種類(能級(jí)）能級(jí)）v4 0 4s 4種種 1 4p 2 4d 3 4fv3 0 3s 3種種 1 3p 2 3dv2 0 2s 2種種 1 2p結(jié)結(jié) 論論n：電子層電子層 l：亞層，即軌道亞層，即軌道 (1)n層有層有n個(gè)個(gè)l值，有值，有n種軌道。種軌道。 (2)n值相同，值相同，l值不同的電子，值不同的電子，l值值越大，電子的能越大，電子的能量越高。量越高。 (3)n、l值相同的電子，能量相同，能級(jí)相同。值相同的電子，

20、能量相同，能級(jí)相同。磁量子數(shù)磁量子數(shù)m物理意義：物理意義： 決定波函數(shù)圖象在空間的伸展方向決定波函數(shù)圖象在空間的伸展方向取值：取值： 0、1、2、l，共共(2l+1)個(gè)個(gè) *n,l,m ： n、l、m 一定，就可以表示一個(gè)原子軌一定，就可以表示一個(gè)原子軌道。如道。如1，0，0表示表示1s軌道。軌道。結(jié)合量子數(shù)n,l,m值來判定具體的代表軌道v1 0 0 1s 1種種 n l m 代表軌道代表軌道 每層軌道種類每層軌道種類(能級(jí)）能級(jí)）v4 0 0 4s 4種種 1 +1,0,-1 4p 2 +2,+1,0,-1, -2 4d 3 +3,+2,+1,0,-1, -2,-3 4fv3 0 0 3s

21、 3種種 1 +1,0,-1 3p 2 +2,+1,0,-1, -2 3dv2 0 0 2s 2種種 1 +1,0,-1 2p自旋量子數(shù)自旋量子數(shù)ms物理意義：表征電子的自旋方向。物理意義：表征電子的自旋方向。取值：取值：+1/2 或或 -1/2。符號(hào)：符號(hào)：(正自旋正自旋) (逆自旋逆自旋)*四個(gè)量子數(shù)一旦確定，電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就完全確定。四個(gè)量子數(shù)一旦確定，電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就完全確定。離核平均距離離核平均距離(n)、在核外空間出現(xiàn)的幾率分布在核外空間出現(xiàn)的幾率分布(2n,l,m )、能量高低、能量高低(n、l及核電荷數(shù)及核電荷數(shù))、自旋方向、自旋方向(ms)四個(gè)量子數(shù)描述核外電子運(yùn)動(dòng)的可能狀態(tài)

22、四個(gè)量子數(shù)描述核外電子運(yùn)動(dòng)的可能狀態(tài)41五、波函數(shù)的圖形表示五、波函數(shù)的圖形表示9.2 9.2 氫原子的量子力學(xué)模型氫原子的量子力學(xué)模型電子云電子云 電子在核外空間出現(xiàn)的幾率密度分布情況，用電子在核外空間出現(xiàn)的幾率密度分布情況，用小黑點(diǎn)的疏密程度形象化地表示，所得到的圖形小黑點(diǎn)的疏密程度形象化地表示，所得到的圖形稱電子云。稱電子云。電子云界面：電子云界面： 在一界面內(nèi)，電子出現(xiàn)的總幾率在一界面內(nèi)，電子出現(xiàn)的總幾率95%，則該，則該空間面稱電子云界面。空間面稱電子云界面。42a.電子云圖電子云圖b.電子云界面圖電子云界面圖電電 子子 云云分開討論：分開討論：1.角度波函數(shù)部分角度波函數(shù)部分(要求

23、記住圖形要求記住圖形) 2.徑向波函數(shù)部分徑向波函數(shù)部分(一般了解一般了解) 五、波函數(shù)的圖形表示五、波函數(shù)的圖形表示9.2 9.2 氫原子的量子力學(xué)模型氫原子的量子力學(xué)模型),()(),(, mllnmlnYrRr S軌道的角度分布：軌道的角度分布：l=0，m=0 410,0 YYS S波函數(shù)與角度無關(guān)，所以分布圖是一個(gè)球面。波函數(shù)與角度無關(guān)，所以分布圖是一個(gè)球面。+yzx1.1.角度波函數(shù)部分角度波函數(shù)部分(1)(1)波函數(shù)的角度分布波函數(shù)的角度分布s 軌道軌道(l = 0, m = 0 ) : m 一一種取值種取值,一種空間取向一種空間取向,一條一條s軌道軌道。+s : 球形，函數(shù)值無負(fù)

24、值球形，函數(shù)值無負(fù)值1.1.角度波函數(shù)部分角度波函數(shù)部分(1)(1)波函數(shù)的角度分布波函數(shù)的角度分布pz軌道的角度分布：軌道的角度分布：l=1，m=0 cos430, 1 YYpz求節(jié)面：求節(jié)面： =900極大值：極大值： =00， =1800作圖：作圖：yzx+-1.1.角度波函數(shù)部分角度波函數(shù)部分(1)(1)波函數(shù)的角度分布波函數(shù)的角度分布p 軌道軌道 (l = 1, m = +1, 0, -1) m 三種取值三種取值, 三種三種空間空間取向取向, 三條等價(jià)三條等價(jià)(簡并簡并) p 軌軌道。道。-+-+-p : 啞鈴形，啞鈴形，3個(gè)軌道個(gè)軌道(px，py，pz) 分布與對(duì)稱性：沿軸方向，正

25、軸為分布與對(duì)稱性：沿軸方向，正軸為+ +，負(fù)軸為，負(fù)軸為- -。1.1.角度波函數(shù)部分角度波函數(shù)部分(1)(1)波函數(shù)的角度分布波函數(shù)的角度分布d : 花瓣形，花瓣形，5個(gè)軌道個(gè)軌道 (l = 2, m = +2, +1, 0, -1, -2) 1.1.角度波函數(shù)部分角度波函數(shù)部分(1)(1)波函數(shù)的角度分布波函數(shù)的角度分布1. 波函數(shù)角度分布圖中的正負(fù)號(hào)表示波函數(shù)波函數(shù)角度分布圖中的正負(fù)號(hào)表示波函數(shù)的值為正或?yàn)樨?fù)，不要誤以為是正電荷或的值為正或?yàn)樨?fù)，不要誤以為是正電荷或負(fù)電荷。負(fù)電荷。2. 由于波函數(shù)角度分布圖與由于波函數(shù)角度分布圖與r（或或n）無關(guān)，無關(guān)，所以所以1s、2s、3s其角度分布

26、圖都是相同的其角度分布圖都是相同的球曲面。球曲面。2p、3p、4p也是完全相同的。也是完全相同的。3. 原子軌道組合形成分子軌道時(shí)常用到波函原子軌道組合形成分子軌道時(shí)常用到波函數(shù)的角度分布圖。數(shù)的角度分布圖。強(qiáng)強(qiáng) 調(diào)調(diào) 注注 意意角度波函數(shù)的平方角度波函數(shù)的平方|Yl,m( , ) |2稱為電子云的角度稱為電子云的角度分布圖分布圖如如s, p, d電子云的角度分布圖電子云的角度分布圖1.1.角度波函數(shù)部分角度波函數(shù)部分(2)(2)電子云的角度分布電子云的角度分布電子云角度分布特點(diǎn)：電子云角度分布特點(diǎn)：a. 形狀與原子軌道角度分布圖相似形狀與原子軌道角度分布圖相似b. 無負(fù)值無負(fù)值c. 電子云角

27、度分布圖比原子軌道角度分布圖電子云角度分布圖比原子軌道角度分布圖“瘦小瘦小”1.1.角度波函數(shù)部分角度波函數(shù)部分(2)(2)電子云的角度分布電子云的角度分布原子軌道徑向波函數(shù)原子軌道徑向波函數(shù) Rn,l(r) 2.2.徑向波函數(shù)部分徑向波函數(shù)部分R(r)R(r)R(r)R(r)R(r)R(r)rrrrrr1s2s3s2p3p3d 半徑為半徑為r，厚度為，厚度為dr的薄球殼電子出現(xiàn)的概率。的薄球殼電子出現(xiàn)的概率。D=4r2R2dr; 稱為徑向分布函數(shù)。稱為徑向分布函數(shù)。Drrrrrr1s2s3s2p3p3dDDDDD2.2.徑向波函數(shù)部分徑向波函數(shù)部分電子云的徑向分布圖：電子云的徑向分布圖：電子

28、云徑向分布特點(diǎn)：電子云徑向分布特點(diǎn)：a. n值相同，離核平均距離一致值相同，離核平均距離一致b. n越大，最大幾率處越大，最大幾率處(主峰主峰)越遠(yuǎn)越遠(yuǎn)c. 曲線曲線極大值極大值(峰峰)數(shù)目數(shù)目 = (n-l)2.2.徑向波函數(shù)部分徑向波函數(shù)部分薄球殼剖面圖薄球殼剖面圖D（r）r52.9pm氫原子氫原子1s電子云的徑向分布圖電子云的徑向分布圖 9.3 9.3 核外電子的排布和元素周期系核外電子的排布和元素周期系（一）屏蔽效應(yīng)（一）屏蔽效應(yīng): 在多電子原子中，由于受同層及內(nèi)層電子排斥在多電子原子中，由于受同層及內(nèi)層電子排斥影響，可認(rèn)為被考察電子所感受到的核電荷減少。影響，可認(rèn)為被考察電子所感受到

29、的核電荷減少。則電子能量為：則電子能量為：一、屏蔽效應(yīng)與鉆穿效應(yīng)一、屏蔽效應(yīng)與鉆穿效應(yīng)能級(jí)與能級(jí)與n、l的關(guān)系的關(guān)系 如如: E1sE2s E3s E4s E2p E3p E4p E5p E3d E4d E5d 一方面，一方面，n越大，電子離核的平均距離越遠(yuǎn)，核越大，電子離核的平均距離越遠(yuǎn)，核對(duì)其吸引力減弱，使能級(jí)升高；對(duì)其吸引力減弱，使能級(jí)升高；另一方面另一方面，n越大，內(nèi)層電子越多，原子中其它越大，內(nèi)層電子越多，原子中其它電子對(duì)它的屏蔽作用則電子對(duì)它的屏蔽作用則越大，即越大，即越大，有效核越大，有效核電荷越少，使能級(jí)升高。電荷越少，使能級(jí)升高。（1）l相同相同: n，E 如：如：Ens E

30、np End E4f E3s E3p E3d E4s E4p E4d E4f 因電子的角量子數(shù)因電子的角量子數(shù)l的不同而不同，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，故在多電子受到其它電子的屏蔽作用依次增大，故在多電子體系體系中，中，n 相同而相同而l不同的軌道，發(fā)生能級(jí)分裂。不同的軌道，發(fā)生能級(jí)分裂。（2）n相同相同: l，E 能級(jí)與能級(jí)與n、l的關(guān)系的關(guān)系 n4,Ens E(n-1)d Enp n6,Ens E(n-2)fE(n-1)d Enp主量子數(shù)主量子數(shù)n相同時(shí)，電子離核的平均距離相同，為相同時(shí)，電子離核的平均距離相同，為什么能量會(huì)有高低什么能量會(huì)有

31、高低之分呢？之分呢？n、l都不同時(shí)，為什都不同時(shí)，為什么會(huì)出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象呢？這個(gè)問題可以從電子么會(huì)出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象呢？這個(gè)問題可以從電子的鉆穿效應(yīng)來解釋。的鉆穿效應(yīng)來解釋。 （3）n、l均不同，出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)均不同，出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)能級(jí)與能級(jí)與n、l的關(guān)系的關(guān)系（二）鉆穿效應(yīng)（二）鉆穿效應(yīng)v從電子云徑向函數(shù)圖從電子云徑向函數(shù)圖(圖圖9-8)可以看出，可以看出，l 較小的電較小的電子鉆到核附近的能力較強(qiáng)，使屏蔽效應(yīng)減弱，以至子鉆到核附近的能力較強(qiáng)，使屏蔽效應(yīng)減弱，以至電子能量降低。該現(xiàn)象稱鉆穿效應(yīng)。電子能量降低。該現(xiàn)象稱鉆穿效應(yīng)。9.3 9.3 核外電子的排布和元素周期系核外電子的排布和元素周期系一

32、、屏蔽效應(yīng)與鉆穿效應(yīng)一、屏蔽效應(yīng)與鉆穿效應(yīng) 鉆穿效應(yīng)的結(jié)果，使核對(duì)電子的吸引力增大，電鉆穿效應(yīng)的結(jié)果，使核對(duì)電子的吸引力增大，電子的能量降低。子的能量降低。 當(dāng)當(dāng) n 同而同而 l 不同，不同，l 越小的電子越小的電子鉆穿效應(yīng)鉆穿效應(yīng)越強(qiáng)，越強(qiáng)，E 越低。越低。 對(duì)對(duì)n相同，相同，l 不同的軌道能級(jí)解釋不同的軌道能級(jí)解釋l鉆穿能力順序?yàn)椋恒@穿能力順序?yàn)椋簄s np nd nfl因此，因此，Ens Enp End Enf以以4s和和3d軌道為例：軌道為例：4s：l小，鉆穿效應(yīng)大，降低軌道能量小，鉆穿效應(yīng)大，降低軌道能量 n大，半徑大，升高軌道能量大，半徑大，升高軌道能量 （前者占主導(dǎo)因素）（前者占主導(dǎo)因素）3d：l大，鉆穿效應(yīng)小，升高軌道能量大，鉆穿效應(yīng)小，升高軌道能量 n小，半徑小，降低軌道能量小，半徑小，降低軌道能量 （前者占主導(dǎo)因素）（前者占主導(dǎo)因素） 結(jié)果：結(jié)果： E4s E3d對(duì)對(duì)n相同、相同、l不同的軌道能級(jí)交錯(cuò)順序解釋不同的軌道能級(jí)交錯(cuò)順序解釋3d 與與 4s電子云的徑向分布圖電子云的徑向分布圖1s、2s、3s電子云的徑向分布圖電子云的徑向分布圖能級(jí)交錯(cuò)能級(jí)交錯(cuò)由于由于ns電子很強(qiáng)的鉆穿能力，使得電子很強(qiáng)的鉆穿能力，使得ns電子能量反而電子能量