大學(xué)化學(xué)-原子結(jié)構(gòu)PPT課件

1、大學(xué)化學(xué)大學(xué)化學(xué)原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)大學(xué)化學(xué)大學(xué)化學(xué)原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述經(jīng)典波（如水波）：經(jīng)典波（如水波）： 可用可用波動(dòng)方程波動(dòng)方程來(lái)準(zhǔn)確描述其運(yùn)動(dòng)軌跡。來(lái)準(zhǔn)確描述其運(yùn)動(dòng)軌跡。 具有具有波粒二象性的電子波粒二象性的電子是否也有相應(yīng)的波是否也有相應(yīng)的波動(dòng)方程呢動(dòng)方程呢?1926年，奧地利物理學(xué)家薛定諤，提出了著名的年，奧地利物理學(xué)家薛定諤，提出了著名的薛定諤方程薛定諤方程0)(822222222VEhmzyx 描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方程式（描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方程式（二階偏微分方程）二階偏微分方程） 勢(shì)能勢(shì)能，表示原子，表示原子核對(duì)電子的吸引核對(duì)電子的吸引

2、總能量總能量普郎克常數(shù)普郎克常數(shù)電子質(zhì)量電子質(zhì)量波函數(shù)波函數(shù) 原則上講，原則上講，只要找出體系勢(shì)能（只要找出體系勢(shì)能（V）的表達(dá)式，帶入）的表達(dá)式，帶入薛定諤方程，便可得到薛定諤方程，便可得到波函數(shù)（波函數(shù)（ ），即求出電子的運(yùn)），即求出電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。動(dòng)狀態(tài)。0)(822222222VEhmzyx 但是但是，解薛定諤方程并非易事，至今只能求解單電，解薛定諤方程并非易事，至今只能求解單電子體系（子體系（H, He+, Li2+）的薛定諤方程。在此，我們只）的薛定諤方程。在此，我們只用其結(jié)論。用其結(jié)論。波函數(shù)波函數(shù) 、原子軌道、原子軌道就是薛定諤方程的解就是薛定諤方程的解。0)(82222222

3、2VEhmzyx可見，可見，波函數(shù)就是描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)函數(shù)式。波函數(shù)就是描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)函數(shù)式。 (x,y,z) 量子力學(xué)中，要使所得量子力學(xué)中，要使所得的解有特定物理意義，的解有特定物理意義， 中的中的n,l,m三個(gè)量子數(shù)必三個(gè)量子數(shù)必須符合一定條件須符合一定條件 n,l,m（x,y,z）1、波函數(shù)（、波函數(shù)（ ）原子軌道原子軌道 量子力學(xué)中，把原子體系的量子力學(xué)中，把原子體系的每一個(gè)波函數(shù)稱為一條每一個(gè)波函數(shù)稱為一條原子軌道原子軌道。如如n=2，l=0，m=0，波函數(shù)，波函數(shù) 2,0,0就稱為就稱為2s原子軌道原子軌道因而，波函數(shù)與原子軌道同義，?；煊?。因而，波函數(shù)與原

4、子軌道同義，常混用。 or：原子軌道是由三個(gè)量子數(shù)（原子軌道是由三個(gè)量子數(shù)（n，l，m）所確定的）所確定的一個(gè)波函數(shù)一個(gè)波函數(shù) n,l,m（x,y,z）。）。 解薛定諤方程可得到一個(gè)解薛定諤方程可得到一個(gè)波函數(shù)波函數(shù) ，也就得到一條，也就得到一條原原子軌道子軌道。四個(gè)量子數(shù)四個(gè)量子數(shù) 【即即】三個(gè)量子數(shù)三個(gè)量子數(shù)(n,l,m) 一定時(shí)一定時(shí) 就確定了一個(gè)波函就確定了一個(gè)波函數(shù)或一條原子軌道數(shù)或一條原子軌道 也就確定了也就確定了核外電子的一種空間運(yùn)動(dòng)核外電子的一種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。狀態(tài)。 (1,0,0); (2,0,0);【但是但是】要使其合理，需要指定三個(gè)量子數(shù)要使其合理，需要指定三個(gè)量子數(shù)n，l

5、，m； 【后來(lái)后來(lái)】原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)表明原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)表明核外電子除空間運(yùn)核外電子除空間運(yùn)動(dòng)外，還有一種動(dòng)外，還有一種“自旋運(yùn)動(dòng)自旋運(yùn)動(dòng)”，用自旋量子數(shù)，用自旋量子數(shù)ms表示。表示。n， l ，m， mS稱為四個(gè)量子數(shù)。稱為四個(gè)量子數(shù)。1、 主量子數(shù)主量子數(shù) n 【意義意義】描述電子出現(xiàn)概率最大的區(qū)域離核的描述電子出現(xiàn)概率最大的區(qū)域離核的距距離離，是決定電子能量高低的，是決定電子能量高低的主要因素主要因素（但不是唯一（但不是唯一因素）因素）。 n 越小，電子離核越近，能量越低。越小，電子離核越近，能量越低。n越大，電子離核越遠(yuǎn)，越大，電子離核越遠(yuǎn)， 能量越高。能量越高。【n的取值及符號(hào)的

6、取值及符號(hào)】1， 2， 3， 4 n 正整數(shù)正整數(shù)光譜學(xué)上用光譜學(xué)上用 K，L，M，N 表示表示分別稱為第一、第二、第三分別稱為第一、第二、第三.第第n 電子層電子層2、角量子數(shù)、角量子數(shù) l研究發(fā)現(xiàn)，研究發(fā)現(xiàn)，n1，只有，只有1種原子軌道種原子軌道n2，有，有2種原子軌道；種原子軌道；n3，有，有3種原子軌道種原子軌道為了表示此現(xiàn)象，引入角量子數(shù)（為了表示此現(xiàn)象，引入角量子數(shù)（l）【l的取值及符號(hào)的取值及符號(hào)】受主量子數(shù)受主量子數(shù) n 的限制；的限制； 用用 s，p，d，f， g 表示表示 。l : 0，1，2，3，4 ( n -1 )，共，共 n 個(gè)取值。個(gè)取值。l = 0： s 軌道，形

7、狀為球形，即軌道，形狀為球形，即 3s 軌道；軌道；zxsl = 1： p 軌道，形狀為啞鈴形，軌道，形狀為啞鈴形， 3p 軌道軌道;xyzzpl = 2 ： d 軌道，形狀為花瓣形，軌道，形狀為花瓣形， 3d 軌道軌道;xydxyz因此，在第三層上，有因此，在第三層上，有 3 種不同形狀的軌道（亞層）種不同形狀的軌道（亞層）當(dāng)當(dāng)n=3時(shí)時(shí) l 可取可取0，1，2【l的意義的意義】 （1） 決定決定原子軌道（或電子云）的形狀，即表示原子軌道（或電子云）的形狀，即表示亞層亞層（2） 決定電子空間運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量決定電子空間運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量（3） 在多電子原子中與在多電子原子中與n共同決定電子能量的高低共

8、同決定電子能量的高低【亞層亞層】同一層中同一層中 ( n 相同相同 ) 不同形狀的軌道不同形狀的軌道第第n層有多少個(gè)亞層？層有多少個(gè)亞層？有有n個(gè)個(gè)電子亞層電子亞層 如如n=4，l 可取可取0，1，2，3，分別表示，分別表示4s、4p、4d，4f 亞層；亞層；【因此因此】l 標(biāo)志電子亞層標(biāo)志電子亞層3、磁量子數(shù)、磁量子數(shù) mn=2, l=1 （2p亞層）亞層） ,發(fā)現(xiàn)在空間有發(fā)現(xiàn)在空間有3種不同的取向種不同的取向n=3, l=2 （3d亞層）亞層） , 發(fā)現(xiàn)在空間有發(fā)現(xiàn)在空間有5種不同的取向種不同的取向?yàn)榱吮硎敬朔N現(xiàn)象，引入磁量子數(shù)（為了表示此種現(xiàn)象，引入磁量子數(shù)（m）【 m的取值及符號(hào)的取值

9、及符號(hào)】受角量子數(shù)受角量子數(shù) l 的限制的限制 對(duì)于給定的對(duì)于給定的 l ，m 可取可取 0， 1， 2， 3， l ，共（共（2 l +1）個(gè)值。）個(gè)值。 這些取值意味著？這些取值意味著？ 在角量子數(shù)為在角量子數(shù)為l的亞層有（的亞層有（2l+1）個(gè)取向，即）個(gè)取向，即有（有（2l+1）條取向不同的原子軌道。）條取向不同的原子軌道。s軌道：軌道：l=0, m=0, 只有一種空間取向，所以只有一種空間取向，所以s軌道為球形。軌道為球形。zxsp軌道：軌道：l=1, m = 0, +1, -1, 在空間有三種取向。在空間有三種取向。xpxyzxyzypxyzzpd軌道：軌道：l = 2, m =

10、0, +1, -1,+2, -2, 在空間有五種取向；在空間有五種取向；2d3zxyzyzd3xyzxzd3xyzxyd3xyz22d3yx xyzf軌道：軌道：l=3, m = 0, +1, -1, +2, -2, +3, -3，七個(gè)值，七個(gè)值在空間有七種取向；在空間有七種取向；f軌道為花瓣形。軌道為花瓣形?！?m的物理意義的物理意義】 描述描述原子軌道或電子云在空間的原子軌道或電子云在空間的伸展方向伸展方向。每一每一個(gè)個(gè) m 的取值，對(duì)應(yīng)一種空間取向。的取值，對(duì)應(yīng)一種空間取向。xpxyzxyzypxyzzp m 的不同取值，意味著原子軌道的空間取向不同的不同取值，意味著原子軌道的空間取向不

11、同，但一般不影響能量。，但一般不影響能量。【 簡(jiǎn)并簡(jiǎn)并】 把同一亞層（即把同一亞層（即l相同），伸展方向不同的原子軌相同），伸展方向不同的原子軌道稱為道稱為等價(jià)軌道等價(jià)軌道或或簡(jiǎn)并軌道簡(jiǎn)并軌道 。 l=1, m=0,+1, -1, 有有3種空間取向。種空間取向。Px，Py，Pz為為 3條條簡(jiǎn)并軌道簡(jiǎn)并軌道，或者說(shuō)，或者說(shuō) p 軌道是軌道是 3 重簡(jiǎn)并的。重簡(jiǎn)并的。 d軌道軌道 有有 5 種不同的空間取向，種不同的空間取向， d 軌道軌道是是 5 重簡(jiǎn)并的。重簡(jiǎn)并的。 f 軌道有軌道有 7 種不同的空間取向，種不同的空間取向， f 軌道軌道是是 7重簡(jiǎn)并的。重簡(jiǎn)并的?！拘〗Y(jié)小結(jié)】量子數(shù)與電子云的

12、關(guān)系量子數(shù)與電子云的關(guān)系 主量子數(shù)主量子數(shù)n：決定電子云的能量；決定電子云的能量； 角量子數(shù)角量子數(shù)l：描述電子云的形狀；描述電子云的形狀； 磁量子數(shù)磁量子數(shù)m：描述電子云的空間取向；描述電子云的空間取向； n, l, m 一定，原子軌道也就確定一定，原子軌道也就確定4、自旋量子數(shù)自旋量子數(shù) ms 用高分辨光譜儀研究原子光譜時(shí)發(fā)現(xiàn)：在無(wú)外磁場(chǎng)用高分辨光譜儀研究原子光譜時(shí)發(fā)現(xiàn)：在無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)，每條譜線由作用時(shí)，每條譜線由兩條十分接近兩條十分接近的譜線組成。的譜線組成。 為了解釋這種現(xiàn)象，認(rèn)為為了解釋這種現(xiàn)象，認(rèn)為電子有自旋運(yùn)動(dòng)電子有自旋運(yùn)動(dòng)，并提，并提出了自旋量子數(shù)，用出了自旋量子數(shù)，用ms表

13、示。表示。 因此，因此，電子既圍繞原子核旋轉(zhuǎn)電子既圍繞原子核旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也自身旋轉(zhuǎn)。運(yùn)動(dòng)，也自身旋轉(zhuǎn)。m s 的取值只有兩個(gè)：的取值只有兩個(gè)：+ 1/2 和和 -1/2 ； 即電子的自旋方式只有兩種，通常用即電子的自旋方式只有兩種，通常用 “ ” 和和 “ ” 表示。表示?！咀⒁庾⒁狻?【1】 指定三個(gè)量子數(shù)指定三個(gè)量子數(shù)n，l，m，就解出一個(gè)波函數(shù)就解出一個(gè)波函數(shù)（ ），得到一條），得到一條原子軌道，因此，可用原子軌道，因此，可用三個(gè)量子數(shù)三個(gè)量子數(shù)n， l ，m描述一條描述一條原子軌道；原子軌道； 3,0,0,3s軌道；軌道； 3,1,13p軌道中的軌道中的一條一條 【2】 描述一個(gè)描述一個(gè)

14、電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，需要電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，需要四個(gè)量子數(shù)四個(gè)量子數(shù)，n，l ，m， mS。（3,1,0,+1/2）表示在）表示在3p軌道上軌道上“正旋正旋”的一個(gè)電子的一個(gè)電子。【四個(gè)量子數(shù)總結(jié)四個(gè)量子數(shù)總結(jié)】 解薛定諤方程可能得到多個(gè)解（解薛定諤方程可能得到多個(gè)解（ ），要使解有意義，要使解有意義，還取決于還取決于n,l,m三個(gè)量子數(shù)。三個(gè)量子數(shù)。 n（主量子數(shù)）（主量子數(shù)）決定電子的能量和離核的遠(yuǎn)近；決定電子的能量和離核的遠(yuǎn)近； l（角量子數(shù)）（角量子數(shù)）決定軌道的形狀；決定軌道的形狀； m（磁量子數(shù)）（磁量子數(shù)）決定軌道的空間伸展方向；決定軌道的空間伸展方向； 因此，描述一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)需要

15、因此，描述一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)需要n，l，m，ms四個(gè)量子數(shù)四個(gè)量子數(shù)為了描述電子的自旋，引入自旋量子數(shù)（為了描述電子的自旋，引入自旋量子數(shù)（ ms ）【1】 主量子數(shù)主量子數(shù) n n=1, 2, 3,; K, L, M, N, 【2】角量子數(shù)角量子數(shù)ll = 0, 1, 2n-1; s, p, d, f共共n個(gè)個(gè)【3】磁量子數(shù)磁量子數(shù) mm = +l,0,-l；共；共2l+1個(gè)個(gè)【4】自旋量子數(shù)自旋量子數(shù) ms,21sm21sm概率密度、電子云概率密度、電子云 核外電子沒(méi)有固定的運(yùn)動(dòng)軌跡，只能用核外電子沒(méi)有固定的運(yùn)動(dòng)軌跡，只能用統(tǒng)計(jì)規(guī)律統(tǒng)計(jì)規(guī)律來(lái)描述其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。來(lái)描述其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 把電子在核外

16、空間把電子在核外空間某一區(qū)域內(nèi)某一區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)機(jī)會(huì)的多少出現(xiàn)機(jī)會(huì)的多少，稱為，稱為概率概率。 電子在核外空間某處電子在核外空間某處單位體積內(nèi)單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率叫出現(xiàn)的概率叫概率密度概率密度。1、概率密度、概率密度 量子力學(xué)中，用波函數(shù)絕對(duì)值的平方量子力學(xué)中，用波函數(shù)絕對(duì)值的平方 表示表示電子電子出現(xiàn)的出現(xiàn)的概率密度概率密度。因此，空間某點(diǎn)因此，空間某點(diǎn)(x,y,z)附近體積內(nèi)電子出現(xiàn)的概率附近體積內(nèi)電子出現(xiàn)的概率概率密度概率密度體積體積 2( , , )dpx y zd2( , , )dpx y zd22、電子云、電子云 化學(xué)上習(xí)慣用化學(xué)上習(xí)慣用小黑點(diǎn)分布的疏密小黑點(diǎn)分布的疏密來(lái)表示電子出來(lái)表

17、示電子出現(xiàn)幾率的大小?，F(xiàn)幾率的大小?？杀硎究杀硎倦娮映霈F(xiàn)的電子出現(xiàn)的概率密度，但不直觀，較復(fù)雜。概率密度，但不直觀，較復(fù)雜。2 這種形象化表示概率密度分布的圖形稱為這種形象化表示概率密度分布的圖形稱為電子云電子云，是電子行為具有是電子行為具有統(tǒng)計(jì)性統(tǒng)計(jì)性的一種的一種形象化形象化描述。描述。 小黑點(diǎn)較密的地方，表示該點(diǎn)小黑點(diǎn)較密的地方，表示該點(diǎn) 較大，單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)較大，單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多，概率密度大。多，概率密度大。2 【 需要注意的是需要注意的是】在研究原子中電子的運(yùn)動(dòng)時(shí)，在研究原子中電子的運(yùn)動(dòng)時(shí)，無(wú)法說(shuō)明電子恰好在某一位置，無(wú)法說(shuō)明電子恰好在某一位置，只能指出只能指出電子

18、在空間電子在空間的的幾率密度分布幾率密度分布，即電子云分布。，即電子云分布。電子云的角度分布圖電子云的角度分布圖 電子云的角度分布圖既電子云的角度分布圖既Y2( , )對(duì)對(duì) , 作圖作圖222n,l,mn,ll,m(r, , )=R(r) Y ( , ) 37幾率密度和電子云幾率密度和電子云【原子軌道和電子云角度分布圖的比較原子軌道和電子云角度分布圖的比較】 分布圖類似，區(qū)別在于：分布圖類似，區(qū)別在于： （1）電子云的角度分布圖要電子云的角度分布圖要“瘦瘦”些，些，Y( , )1，則，則Y2( , )更小更小。 （2）原子軌道的角度分布圖有正、負(fù)之分原子軌道的角度分布圖有正、負(fù)之分（不是（不是

19、指帶正電或帶負(fù)電）指帶正電或帶負(fù)電），而電子云的角度分布圖全部為，而電子云的角度分布圖全部為正，正，Y( , )平方后總為正值。平方后總為正值。 核外電子排布和元素周期律核外電子排布和元素周期律電子在原子核外如何排列？有無(wú)規(guī)律可言？電子在原子核外如何排列？有無(wú)規(guī)律可言？ 光譜實(shí)驗(yàn)表明：光譜實(shí)驗(yàn)表明：基態(tài)原子核外電子的排布有基態(tài)原子核外電子的排布有嚴(yán)格規(guī)律，首先必須遵循嚴(yán)格規(guī)律，首先必須遵循能量最低原理能量最低原理。 為此，必須先知道各為此，必須先知道各原子軌道的能級(jí)順序原子軌道的能級(jí)順序，再，再討論電子排布！討論電子排布！單電子體系：?jiǎn)坞娮芋w系：eVnZ13.6E22n 相同的軌道，能量相同：

20、相同的軌道，能量相同：E 4 s = E 4 p = E 4 d = E 4 fn 越大能量越高：越大能量越高：E 1 s E 2 s E 3 s E 4 s電子只受原子核的作用，能量關(guān)系簡(jiǎn)單。電子只受原子核的作用，能量關(guān)系簡(jiǎn)單。 只由主量子只由主量子數(shù)數(shù) n 決定決定多電子體系：多電子體系： 電子不僅受原子核的作用，而且還受其余電電子不僅受原子核的作用，而且還受其余電子的作用，能量關(guān)系復(fù)雜。子的作用，能量關(guān)系復(fù)雜。多電子體系中，多電子體系中， n和和l共同決定共同決定能量。能量。屏蔽效應(yīng)屏蔽效應(yīng)研究最外層的一個(gè)電子研究最外層的一個(gè)電子受到核的受到核的 的引力；的引力；同時(shí)受到內(nèi)層兩個(gè)電子的（

21、同時(shí)受到內(nèi)層兩個(gè)電子的（-2）的排斥。）的排斥。實(shí)際上實(shí)際上受到的引力不是受到的引力不是+ 3 ，受到的斥力也不是，受到的斥力也不是- 2 ，很復(fù)雜，很復(fù)雜。 由于電子間相互排斥，使指定電子受到的核電荷減由于電子間相互排斥，使指定電子受到的核電荷減少的作用稱為屏蔽效應(yīng)少的作用稱為屏蔽效應(yīng) ?？闯梢粋€(gè)整體，即被中和掉部分正電荷的原子核看成一個(gè)整體，即被中和掉部分正電荷的原子核 因而可認(rèn)為最外層的一個(gè)電子處在因而可認(rèn)為最外層的一個(gè)電子處在單電子體系單電子體系中中，將問(wèn)題簡(jiǎn)化。，將問(wèn)題簡(jiǎn)化。 此時(shí)的核電荷不是此時(shí)的核電荷不是Z，而，而變成了變成了Z*（有效核電荷）（有效核電荷）研究最外層的一個(gè)電子。

22、研究最外層的一個(gè)電子。*ZZ 為屏蔽常數(shù)為屏蔽常數(shù) 原子軌道能級(jí)中常出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)，如原子軌道能級(jí)中常出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)，如3d不排在第不排在第三能級(jí)，而排在第四能級(jí)，三能級(jí)，而排在第四能級(jí)， E4sE3d，為什么？為什么？鉆穿效應(yīng)鉆穿效應(yīng) 4s的第一小的第一小峰鉆到比峰鉆到比3d離離核更近處，核更近處，能能量降低許多。量降低許多。故故E4sE3d ，出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)。3d 與與 4s軌道的徑向分布軌道的徑向分布圖圖核外電子排布的規(guī)則核外電子排布的規(guī)則1、Pauli ( 保利保利 ) 不相容原理不相容原理 同一原子中同一原子中沒(méi)有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完沒(méi)有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完沒(méi)有四個(gè)量子數(shù)完全沒(méi)有四個(gè)量子數(shù)完全相同

23、相同全相同全相同的電子的電子。即同一原子中的兩個(gè)電子。即同一原子中的兩個(gè)電子。 因此，因此，n電子層可容納的電子數(shù)為電子層可容納的電子數(shù)為2n2。 于是于是每個(gè)原子軌道只能容納兩個(gè)自旋方向相反的電子。每個(gè)原子軌道只能容納兩個(gè)自旋方向相反的電子。2、能量最低原理、能量最低原理 在不違背保利不相容原理的條件下，電子的在不違背保利不相容原理的條件下，電子的排布總是排布總是優(yōu)先占據(jù)能量最低的軌道優(yōu)先占據(jù)能量最低的軌道，盡可能使，盡可能使體系的能量最低。體系的能量最低。電電子子填填入入軌軌道道次次序序：近似能級(jí)組：近似能級(jí)組：(1 s) (2 s , 2 p ) (3 s , 3 p ) (4 s ,

24、3 d , 4 p ) (5 s ,4 d ,5 p)(6 s , 4 f , 5 d ,6 p ) 能量最低原理能量最低原理3、Hunt ( 洪特洪特 ) 規(guī)則規(guī)則 （1） 能量相同的軌道上能量相同的軌道上（等價(jià)軌道，等價(jià)軌道，n、l相同，相同，m不不同）排布的電子盡可能同）排布的電子盡可能自旋平行、分占自旋平行、分占m不同不同的軌道。的軌道。Z=7, N：1s2 2s2 2p3如如p軌道上的軌道上的3個(gè)電子，分占個(gè)電子，分占px，py和和pz軌道，且自旋平行。軌道，且自旋平行。 軌道全空軌道全空 半充滿半充滿 全充滿全充滿 因?yàn)椋阂驗(yàn)椋簩?duì)稱性高，體系穩(wěn)定。對(duì)簡(jiǎn)并度高的對(duì)稱性高，體系穩(wěn)定。對(duì)

25、簡(jiǎn)并度高的 d 、f 軌軌道尤其明顯。道尤其明顯。(2) 等價(jià)軌道全充滿、半充滿或全空時(shí)，最穩(wěn)定。等價(jià)軌道全充滿、半充滿或全空時(shí)，最穩(wěn)定。 Z=7, N：24 Cr Z ：22626511s 2s 2p 3s 3p 3d 4s29 Cu Z ：226261011s 2s 2p 3s 3p 3d 4s1s2 2s2 2p31、鮑林近似能級(jí)圖、鮑林近似能級(jí)圖 Pauling ，美國(guó)著名的結(jié)構(gòu)化學(xué)家，根據(jù)，美國(guó)著名的結(jié)構(gòu)化學(xué)家，根據(jù)大量光譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算，提出了大量光譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算，提出了多電子原多電子原子的原子軌道近似能級(jí)圖子的原子軌道近似能級(jí)圖。 多電子原子的能級(jí)多電子原子的能級(jí)鮑林將

26、所有的原子軌道，分成七個(gè)能級(jí)組鮑林將所有的原子軌道，分成七個(gè)能級(jí)組第一組第一組 1s第二組第二組 2s 2p第三組第三組 3s 3p第四組第四組 4s 3d 4p第五組第五組 5s 4d 5p第六組第六組 6s 4f 5d 6p第七組第七組 7s 5f 6d 7p (1) 第一能級(jí)組只有第一能級(jí)組只有1s，其余，其余各能級(jí)組均以各能級(jí)組均以ns開始，開始，np結(jié)束。結(jié)束。(2) 能級(jí)交錯(cuò)，并非按層排列。能級(jí)交錯(cuò)，并非按層排列。 (3) 鮑林鮑林近似能級(jí)圖反映了近似能級(jí)圖反映了多多電子原子電子原子的原子軌道能量高低，的原子軌道能量高低，不適合單電子體系（如不適合單電子體系（如H）。）。 (4)

27、按此能級(jí)圖填充電子與光譜實(shí)驗(yàn)一致，按此能級(jí)圖填充電子與光譜實(shí)驗(yàn)一致， 7個(gè)能級(jí)組對(duì)個(gè)能級(jí)組對(duì)應(yīng)元素周期表的應(yīng)元素周期表的7個(gè)周期。個(gè)周期。(1) l相同，相同，n越大，能級(jí)越高越大，能級(jí)越高，如，如E1sE2sE3s，E2pE3pE4p(2) n相同，相同，l越大，能級(jí)越高越大，能級(jí)越高，如，如EnsEnpEndEnf (3) n和和l均不同，可能出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)均不同，可能出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)。如。如E4sE3d， E5sE4d，E6sE4f r共共(3) 范德華半徑范德華半徑 單原子分子單原子分子 ( He，Ne 等稀有氣體等稀有氣體 )，原子間靠范，原子間靠范德華力結(jié)合，因此無(wú)法得到共價(jià)半徑。德華力

28、結(jié)合，因此無(wú)法得到共價(jià)半徑。 低溫高壓低溫高壓下，稀有氣體能形成分子晶體，原子下，稀有氣體能形成分子晶體，原子核間距的一半定義為范德華半徑。核間距的一半定義為范德華半徑。 鹵素在極低溫度下能形成雙原子的分子晶體，鹵素在極低溫度下能形成雙原子的分子晶體，相鄰的相鄰的不同分子中的兩個(gè)鹵素原子的核間距的一半不同分子中的兩個(gè)鹵素原子的核間距的一半，就是鹵素原，就是鹵素原子的范氏半徑。子的范氏半徑。 范德華半徑（非鍵合）范德華半徑（非鍵合） 金屬半徑（緊密堆積金屬半徑（緊密堆積） 共價(jià)半徑（軌道重疊）共價(jià)半徑（軌道重疊）討論原子半徑的變化規(guī)律時(shí)，常采用討論原子半徑的變化規(guī)律時(shí)，常采用共價(jià)半徑共價(jià)半徑。

29、由此可見：由此可見：(4) 原子半徑的周期性原子半徑的周期性同周期中，有哪些因素影響原子半徑？同周期中，有哪些因素影響原子半徑？(a) 從左向右，核電荷數(shù)從左向右，核電荷數(shù) （Z） ，對(duì)電子吸引力，對(duì)電子吸引力 ，r (b) 從左向右，核外電子數(shù)從左向右，核外電子數(shù) ，電子之間排斥力，電子之間排斥力 ，r 這是一對(duì)矛盾，這是一對(duì)矛盾， 以哪方面為主？以哪方面為主？以以 (a) 為主。為主。即同周期中從左向右，原子半徑減小。即同周期中從左向右，原子半徑減小。同族中，原子半徑如何變化？同族中，原子半徑如何變化？(a) 從上到下，從上到下， Z ，對(duì)電子吸引力，對(duì)電子吸引力 ， r (b) 從上到下

30、，從上到下， 核外電子增多，增加一個(gè)電子層，核外電子增多，增加一個(gè)電子層， r 這一對(duì)矛盾中，這一對(duì)矛盾中，(b) 起主導(dǎo)作用。起主導(dǎo)作用。同族中，從上到下，同族中，從上到下，原子半徑一般逐漸增大。原子半徑一般逐漸增大。主族元素主族元素 Li 123 pm Na 154 pm K 203 pm Rb 216 pm Cs 235 pm依次增大依次增大71主主族族元元素素【副族元素和主族元素的情況有所差異副族元素和主族元素的情況有所差異】副族元素副族元素 Ti V Cr r/pm 132 122 118 Zr Nb Mo 145 134 130 Hf Ta W 144 134 130 對(duì)于第五、第

31、六周期的副族元素，它們的原子半對(duì)于第五、第六周期的副族元素，它們的原子半徑非常接近（鑭系收縮）徑非常接近（鑭系收縮）2、電離能（、電離能（I）的周期性）的周期性 1 mol 基態(tài)氣態(tài)原子，失去最高能級(jí)的基態(tài)氣態(tài)原子，失去最高能級(jí)的 1 mol電子電子，形成，形成 1 mol 氣態(tài)正離子氣態(tài)正離子 ( M+ ) 所吸收的能量，叫所吸收的能量，叫這種元素的這種元素的第一電離能第一電離能 ( 用用 I1 表示表示) 。M ( g ) M+ ( g ) + e H = I1 1 mol 氣態(tài)氣態(tài)M+ 繼續(xù)失去最高能級(jí)的繼續(xù)失去最高能級(jí)的 1 mol 電子，形成電子，形成 1 mol 氣態(tài)氣態(tài)M2+ 所

32、吸收的能量為所吸收的能量為第二電離能第二電離能 I2 M+( g ) M2+ ( g ) + e H = I2 用類似的方法定義用類似的方法定義 I3 ，I4 ， In 。 【可見可見】電離能（電離能（I）表示）表示原子失去電子的能力原子失去電子的能力，I越大，越難失去電子；越大，越難失去電子；I越小，越易失去電子。越小，越易失去電子。 失去電子形成正離子后，失去電子形成正離子后， 半徑半徑 減小，核對(duì)電子減小，核對(duì)電子的引力增加，再失去電子變得困難。的引力增加，再失去電子變得困難。 對(duì)一種元素而言：對(duì)一種元素而言： I1 I2 I3 I4 電離能逐級(jí)加大電離能逐級(jí)加大I1、I2、I3 、I4

33、之間的大小關(guān)系如何？之間的大小關(guān)系如何？(1) 同周期中電離能的變化規(guī)律同周期中電離能的變化規(guī)律 同周期，從左向右，同周期，從左向右，Z 增大，增大，r 減小減小。核對(duì)電子的吸核對(duì)電子的吸引增強(qiáng)引增強(qiáng)，愈來(lái)愈不易失去電子愈來(lái)愈不易失去電子，所以所以I1 逐漸逐漸增大增大。短周期主族元素短周期主族元素 I1 / kJmol -1 Li Be B C N O F Ne 520 900 801 1086 1402 1314 1681 2081從左向右從左向右 I1 逐漸逐漸增大，增大，但有兩處反常。但有兩處反常。B Be ？ B：1s2 2s2 2p1， 失去失去 2p 的一個(gè)電子，達(dá)到的一個(gè)電子，

34、達(dá)到2s2 全滿的全滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。所以穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。所以B容易失去最外層電子，容易失去最外層電子， I1 小于小于 Be 。O N ？ N： 1s2 2s2 2p3， 2p3 為半充滿結(jié)構(gòu)，比較穩(wěn)定，不為半充滿結(jié)構(gòu)，比較穩(wěn)定，不易失去電子。易失去電子。I1 增大明顯。增大明顯。 O： 1s2 2s2 2p4 ， 失去失去 2p4 的一個(gè)電子，即達(dá)到的一個(gè)電子，即達(dá)到 2p3 半充滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。所以半充滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。所以 I1 有所降低。有所降低。長(zhǎng)周期副族元素的長(zhǎng)周期副族元素的 I1 / kJmol-1 ？ Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn631 658 650 653 7

35、17 759 758 737 746 906 總體上看，長(zhǎng)周期副族元素的電離能總體上看，長(zhǎng)周期副族元素的電離能隨隨 Z 的增的增加而增加，但增加的幅度比主族元素小加而增加，但增加的幅度比主族元素小。(2) 同族中電離能的變化同族中電離能的變化自上而下，自上而下， Z ，核對(duì)電子吸引力，核對(duì)電子吸引力 ，I 增大增大。 自上而下電子層增加，自上而下電子層增加，r ，核對(duì)電子吸引力核對(duì)電子吸引力 ， I 減小減小。所以，同族中自上而下，元素的電離能減小。所以，同族中自上而下，元素的電離能減小。主要因素主要因素3、電子親合能的周期性、電子親合能的周期性 氣態(tài)基態(tài)原子獲得一個(gè)電子成為一價(jià)氣態(tài)負(fù)離子氣態(tài)基態(tài)原子獲得一個(gè)電子成為一價(jià)氣態(tài)負(fù)離子所放所放出的能量出的能量稱為稱為電子親和能（電子親和能（A或或E)。 O (g) + e - O- (g) A1 = 140.0 kJ . mol-1A越大？越大？越易得到電子，生成負(fù)離子傾向大，非金屬性越強(qiáng)越易得到電子，生成負(fù)離子傾向