基礎(chǔ)化學(xué)原子結(jié)構(gòu)cz2011

1、會(huì)計(jì)學(xué)1基礎(chǔ)化學(xué)原子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)化學(xué)原子結(jié)構(gòu)cz2011第1頁(yè)/共119頁(yè) 宏觀現(xiàn)象的微觀本質(zhì)：微觀決定了宏觀物宏觀現(xiàn)象的微觀本質(zhì)：微觀決定了宏觀物質(zhì)的性質(zhì)。質(zhì)的性質(zhì)。 化學(xué)反應(yīng)中，原子核不變，起變化的只是核外電子。要了解物質(zhì)的性質(zhì)及其化學(xué)反應(yīng)中，原子核不變，起變化的只是核外電子。要了解物質(zhì)的性質(zhì)及其變化規(guī)律，有必要先了解原子結(jié)構(gòu)，特別是核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。變化規(guī)律，有必要先了解原子結(jié)構(gòu)，特別是核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 化學(xué)的特點(diǎn)：化學(xué)的特點(diǎn)：既研究既研究物質(zhì)宏觀物質(zhì)宏觀上的性質(zhì)及變化，也研究上的性質(zhì)及變化，也研究物質(zhì)微觀物質(zhì)微觀上的組成和上的組成和結(jié)構(gòu)，宏觀與微觀的聯(lián)系是化學(xué)學(xué)科最特征的思維方式。結(jié)

2、構(gòu)，宏觀與微觀的聯(lián)系是化學(xué)學(xué)科最特征的思維方式。第2頁(yè)/共119頁(yè)3.1 微觀粒子運(yùn)動(dòng)的特性微觀粒子運(yùn)動(dòng)的特性3.2 氫及類(lèi)氫原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)氫及類(lèi)氫原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)3.3 多電子原子核外電子的排布多電子原子核外電子的排布3.4 原子的電子層結(jié)構(gòu)與元素周期性原子的電子層結(jié)構(gòu)與元素周期性3.5 元素基本性質(zhì)的周期性元素基本性質(zhì)的周期性第三章第三章 原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)第3頁(yè)/共119頁(yè) 研究原子結(jié)構(gòu)，主要就是研究原子核外電子的運(yùn)動(dòng)。量子力學(xué)研究表明，原子核研究原子結(jié)構(gòu)，主要就是研究原子核外電子的運(yùn)動(dòng)。量子力學(xué)研究表明，原子核外電子的運(yùn)動(dòng)主要有兩大特征：外電子的運(yùn)動(dòng)主要有兩大特征：3.1.

3、1 核外電子運(yùn)動(dòng)的量子化特征核外電子運(yùn)動(dòng)的量子化特征 氫原子光譜和玻爾理論氫原子光譜和玻爾理論量子化特征和波粒二象性量子化特征和波粒二象性3.1 微觀粒子運(yùn)動(dòng)的特性微觀粒子運(yùn)動(dòng)的特性第4頁(yè)/共119頁(yè)光是電磁波光是電磁波 = c ：頻率；：頻率； ：波長(zhǎng)，：波長(zhǎng)，c：光速：光速連續(xù)光譜連續(xù)光譜第5頁(yè)/共119頁(yè)不連續(xù)光譜不連續(xù)光譜 氣體原子被激發(fā)而產(chǎn)氣體原子被激發(fā)而產(chǎn)生的光，分光后產(chǎn)生的是生的光，分光后產(chǎn)生的是分立的、有明顯分界的分立的、有明顯分界的不不連續(xù)光譜或連續(xù)光譜或線狀光譜線狀光譜由激發(fā)態(tài)原子發(fā)射出來(lái)的光譜叫原子光譜。由激發(fā)態(tài)原子發(fā)射出來(lái)的光譜叫原子光譜。第6頁(yè)/共119頁(yè)氫原子光譜氫

4、原子光譜氫原子光譜儀示意圖和氫原子可見(jiàn)光譜氫原子光譜儀示意圖和氫原子可見(jiàn)光譜 氫原子可見(jiàn)光譜有四條顏色不同的譜線氫原子可見(jiàn)光譜有四條顏色不同的譜線H 、H 、H 、H 頻率頻率 分別為：分別為：4.57 1014 s-1, 6.17 1014 s-1, 6.91 1014 s-1, 7.31 1014 s-1第7頁(yè)/共119頁(yè) n = 3, 4, 5, 6時(shí)可以算出時(shí)可以算出 分別等于實(shí)驗(yàn)中分別等于實(shí)驗(yàn)中得到的氫的得到的氫的4條譜線的頻率。條譜線的頻率。223646.00 ()4nnBalmer 經(jīng)驗(yàn)公式：經(jīng)驗(yàn)公式： 除了可見(jiàn)光的除了可見(jiàn)光的Balmer線系，后來(lái)又發(fā)現(xiàn)了線系，后來(lái)又發(fā)現(xiàn)了氫原

5、子紫外光譜氫原子紫外光譜Lyman線系，紅外光譜的線系，紅外光譜的Paschen線系，線系，Bracket線系，線系，Pfund線系。線系。第8頁(yè)/共119頁(yè) 繞核高速旋轉(zhuǎn)的電子將不斷從原子發(fā)射繞核高速旋轉(zhuǎn)的電子將不斷從原子發(fā)射連續(xù)的電磁波，原子光譜應(yīng)是連續(xù)的；連續(xù)的電磁波，原子光譜應(yīng)是連續(xù)的； 而且由此，電子的能量逐漸降低，最后而且由此，電子的能量逐漸降低，最后墜入原子核，使原子不復(fù)存在。墜入原子核，使原子不復(fù)存在。氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)事實(shí)與經(jīng)典電磁理論不符氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)事實(shí)與經(jīng)典電磁理論不符經(jīng)典電磁理論：經(jīng)典電磁理論：第9頁(yè)/共119頁(yè) 1911年，盧瑟夫根據(jù)年，盧瑟夫根據(jù) 粒子粒子(He2

6、+)散射實(shí)驗(yàn)，散射實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)立了關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的創(chuàng)立了關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的 “核型原子模型核型原子模型 ”。1. 原子中心有一個(gè)原子核，它集中了原子全部的正原子中心有一個(gè)原子核，它集中了原子全部的正電荷和幾乎全部的質(zhì)量電荷和幾乎全部的質(zhì)量;2. 帶負(fù)電的電子于核外空間繞核高速運(yùn)動(dòng)帶負(fù)電的電子于核外空間繞核高速運(yùn)動(dòng);3. 原子核體積很小，原子核外空間較大。原子核體積很小，原子核外空間較大。1.經(jīng)典核原子結(jié)構(gòu)模型經(jīng)典核原子結(jié)構(gòu)模型玻爾理論玻爾理論第10頁(yè)/共119頁(yè)經(jīng)典核原子模型解決了原子的組成問(wèn)題：經(jīng)典核原子模型解決了原子的組成問(wèn)題：原子原子原子核原子核質(zhì)子質(zhì)子中子中子電子電子 究竟原子中核外電子如何分布

7、？以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何？究竟原子中核外電子如何分布？以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何？ 第11頁(yè)/共119頁(yè)2. Bohr的原子結(jié)構(gòu)理論的原子結(jié)構(gòu)理論Rutherford 核原子模型核原子模型M. Planck 量子論量子論A. Einstein光子學(xué)說(shuō)光子學(xué)說(shuō)氫原子的光譜實(shí)驗(yàn)氫原子的光譜實(shí)驗(yàn)Bohr 根據(jù)根據(jù)建立了建立了Bohr 理論理論P(yáng)lanck的量子論：的量子論： 物質(zhì)吸收和發(fā)射能量是不連物質(zhì)吸收和發(fā)射能量是不連續(xù)的，即量子化的。吸收和發(fā)續(xù)的，即量子化的。吸收和發(fā)射能量最小的單位是光量子。射能量最小的單位是光量子。Einstein的光子學(xué)說(shuō)：的光子學(xué)說(shuō)： 光既是一種波，但又具有光既是一種波，但又具有粒子性

8、粒子性第12頁(yè)/共119頁(yè)Bohr 理論的三點(diǎn)假設(shè)理論的三點(diǎn)假設(shè) 關(guān)于固定軌道的概念關(guān)于固定軌道的概念：核外電子只能在具有確定核外電子只能在具有確定半徑半徑和和能量能量的特定軌道上繞核運(yùn)動(dòng)。的特定軌道上繞核運(yùn)動(dòng)。 這些軌道的角動(dòng)量要滿足一定的量子化條件：這些軌道的角動(dòng)量要滿足一定的量子化條件： (1, 2, 3, .)2hmvrnnm 為電子的質(zhì)量為電子的質(zhì)量v 是電子運(yùn)動(dòng)的速度是電子運(yùn)動(dòng)的速度r 是軌道的半徑是軌道的半徑h 普朗克常數(shù)普朗克常數(shù)n 是量子數(shù)是量子數(shù)在一定軌道中運(yùn)動(dòng)的電子具有一定的能量，稱(chēng)為在一定軌道中運(yùn)動(dòng)的電子具有一定的能量，稱(chēng)為定態(tài)定態(tài)第13頁(yè)/共119頁(yè) 電子在不同的軌道

9、上運(yùn)動(dòng)有不同的能量（能級(jí)）電子在不同的軌道上運(yùn)動(dòng)有不同的能量（能級(jí)）。正常情況下，氫原子中的電子盡可能處在離核。正常情況下，氫原子中的電子盡可能處在離核最近的軌道上最近的軌道上 (n=1)，即原子處于，即原子處于基態(tài)基態(tài)。當(dāng)原子獲。當(dāng)原子獲得能量，電子可以得能量，電子可以躍遷躍遷到離核較遠(yuǎn)的高能軌道上到離核較遠(yuǎn)的高能軌道上去，原子處于去，原子處于激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)。 處于激發(fā)態(tài)的電子不穩(wěn)定，可以躍遷到其它軌道處于激發(fā)態(tài)的電子不穩(wěn)定，可以躍遷到其它軌道上，同時(shí)釋放或吸收光能。上，同時(shí)釋放或吸收光能。光能的頻率決定于兩光能的頻率決定于兩個(gè)軌道的能量差個(gè)軌道的能量差。E2：離核較遠(yuǎn)的軌道的能量（高能級(jí)）：

10、離核較遠(yuǎn)的軌道的能量（高能級(jí)）E1：離核較近軌道的能量（低能級(jí)）：離核較近軌道的能量（低能級(jí)）：光的頻率：光的頻率h： Planck 常量，常量，6.62 10-34 Jsh = E2 - E1第14頁(yè)/共119頁(yè)Bohr 根據(jù)經(jīng)典力學(xué)原理和量子化條件：根據(jù)經(jīng)典力學(xué)原理和量子化條件：252.9 pmrn2224182222213.62.179 10 eV=kmZ eEJn hnn n 為量子數(shù)為量子數(shù) (1, 2, 3)，當(dāng)，當(dāng) n = 時(shí)，電子時(shí)，電子完全脫離了原子核的束縛，能量完全脫離了原子核的束縛，能量 E = 0波爾半徑波爾半徑這種這種不連續(xù)性不連續(xù)性量子化量子化，即電子的運(yùn)動(dòng)是量子化

11、的。即電子的運(yùn)動(dòng)是量子化的。第15頁(yè)/共119頁(yè)（1）解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)事實(shí)；）解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)事實(shí)；（2）提出了能級(jí)（軌道）的概念，確定了）提出了能級(jí)（軌道）的概念，確定了Balmer公式中公式中n1、n2的物理意義：代表不同能量的軌道的物理意義：代表不同能量的軌道(能級(jí)能級(jí))的序號(hào)；的序號(hào)；（3）提出了核外電子運(yùn)動(dòng)時(shí)物理量的量子化特性。）提出了核外電子運(yùn)動(dòng)時(shí)物理量的量子化特性。玻爾理論的成功之處玻爾理論的成功之處建立的基礎(chǔ)：經(jīng)典物理學(xué)，采用宏觀物體運(yùn)動(dòng)的固定軌道概念建立的基礎(chǔ)：經(jīng)典物理學(xué)，采用宏觀物體運(yùn)動(dòng)的固定軌道概念Bohr 理論的局限之處理論的局限之處 不能解釋氫原子光譜的精

12、細(xì)結(jié)構(gòu)不能解釋氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu) 不能解釋氫原子光譜在磁場(chǎng)中的分裂不能解釋氫原子光譜在磁場(chǎng)中的分裂 不能解釋多電子原子的光譜不能解釋多電子原子的光譜第16頁(yè)/共119頁(yè)3.1.2 微觀粒子運(yùn)動(dòng)的波粒二象性微觀粒子運(yùn)動(dòng)的波粒二象性 17世紀(jì)末，牛世紀(jì)末，牛頓和惠更斯頓和惠更斯 分別提分別提出了光的粒子性和出了光的粒子性和波動(dòng)性。波動(dòng)性。 ：運(yùn)動(dòng)時(shí)具有動(dòng)量和動(dòng)能，稱(chēng)為粒子性運(yùn)動(dòng)時(shí)具有動(dòng)量和動(dòng)能，稱(chēng)為粒子性 微粒流在運(yùn)動(dòng)中表現(xiàn)出微粒流在運(yùn)動(dòng)中表現(xiàn)出“波波”的特性的特性微觀粒子運(yùn)動(dòng)有時(shí)表現(xiàn)出粒子性，微觀粒子運(yùn)動(dòng)有時(shí)表現(xiàn)出粒子性，有時(shí)呈現(xiàn)出波動(dòng)性有時(shí)呈現(xiàn)出波動(dòng)性波粒二象性。波粒二象性。 第17頁(yè)/共1

13、19頁(yè) 1924年，年， 法國(guó)物理學(xué)家法國(guó)物理學(xué)家de Broglie：電子等電子等微觀粒子微觀粒子除具有粒子性外，同樣具除具有粒子性外，同樣具有波動(dòng)性。這種波被稱(chēng)為有波動(dòng)性。這種波被稱(chēng)為物質(zhì)波物質(zhì)波 (德布羅德布羅意波意波)。hhPmv根據(jù)根據(jù)電子衍射電子衍射圖計(jì)算得到的圖計(jì)算得到的電子電子波的波長(zhǎng)波的波長(zhǎng)與與de Broglie 公式公式計(jì)算出計(jì)算出的波長(zhǎng)的波長(zhǎng)一致。一致。1927年，年，Davission 和和 Germer ：質(zhì)量為質(zhì)量為 m ，運(yùn)動(dòng)速度為運(yùn)動(dòng)速度為v 的粒子，相應(yīng)的波長(zhǎng)為的粒子，相應(yīng)的波長(zhǎng)為：電子的波粒二象性電子的波粒二象性第18頁(yè)/共119頁(yè)波粒二象性是所有微觀粒子

14、的運(yùn)動(dòng)特征。波粒二象性是所有微觀粒子的運(yùn)動(dòng)特征。電子的粒子性與波動(dòng)性定量的聯(lián)系起來(lái)。電子的粒子性與波動(dòng)性定量的聯(lián)系起來(lái)。任何運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)，包括宏觀物體都可以按照任何運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)，包括宏觀物體都可以按照 de Broglie 公公式計(jì)算它們的波長(zhǎng)。式計(jì)算它們的波長(zhǎng)。物質(zhì)波的意義物質(zhì)波的意義第19頁(yè)/共119頁(yè)宏觀物體宏觀物體: :可用準(zhǔn)確的位置和動(dòng)量描述運(yùn)動(dòng)（經(jīng)典力學(xué)）可用準(zhǔn)確的位置和動(dòng)量描述運(yùn)動(dòng)（經(jīng)典力學(xué)）微觀粒子微觀粒子: :？1927年，年， Heisenberg 提出了提出了測(cè)不準(zhǔn)原理測(cè)不準(zhǔn)原理：3.1.3 海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理 x Px h/4式中：式中： x 粒子位置的測(cè)不準(zhǔn)值粒

15、子位置的測(cè)不準(zhǔn)值 P 粒子動(dòng)量的測(cè)不準(zhǔn)粒子動(dòng)量的測(cè)不準(zhǔn)值值 h Planck常數(shù)常數(shù) 具有波動(dòng)性的微觀粒子和宏觀物體有著完具有波動(dòng)性的微觀粒子和宏觀物體有著完全不同的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，全不同的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，不可能同時(shí)而又準(zhǔn)確的測(cè)不可能同時(shí)而又準(zhǔn)確的測(cè)量微觀粒子在某一時(shí)刻的位置和動(dòng)量（速度）量微觀粒子在某一時(shí)刻的位置和動(dòng)量（速度）第20頁(yè)/共119頁(yè)對(duì)質(zhì)量為對(duì)質(zhì)量為10克的宏觀物體，若克的宏觀物體，若 x = 0.01 cmsmxmhv/1028. 51001. 0101014. 34/10626. 64/292334對(duì)電子，對(duì)電子，m = 9.11 10-31 kg， x = 10-9 cmsmxmhv/

16、1079. 510101011. 914. 34/10626. 64/6293134第21頁(yè)/共119頁(yè) 重要暗示重要暗示不可能存在不可能存在 Rutherford 和和 Bohr 模型中行星繞太陽(yáng)那樣的固模型中行星繞太陽(yáng)那樣的固定電子軌道，只能用統(tǒng)計(jì)的方法表述出它在核外某區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的可能性。定電子軌道，只能用統(tǒng)計(jì)的方法表述出它在核外某區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的可能性。 測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系不是限制人們的認(rèn)識(shí)限度，而是限制經(jīng)典力學(xué)的適用范圍。說(shuō)明測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系不是限制人們的認(rèn)識(shí)限度，而是限制經(jīng)典力學(xué)的適用范圍。說(shuō)明微觀體系的運(yùn)動(dòng)有更深刻的規(guī)律在起作用，這就是量子力學(xué)所反應(yīng)的規(guī)律。微觀體系的運(yùn)動(dòng)有更深刻的規(guī)律在起作用，這就

17、是量子力學(xué)所反應(yīng)的規(guī)律。第22頁(yè)/共119頁(yè)3.2 氫及類(lèi)氫原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)氫及類(lèi)氫原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)3.2.1 Schrodinger方程方程-微粒的波動(dòng)方程微粒的波動(dòng)方程 電子的波動(dòng)性電子的波動(dòng)性可以看成是粒子性可以看成是粒子性統(tǒng)計(jì)的結(jié)果。統(tǒng)計(jì)的結(jié)果。 微觀粒子的運(yùn)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，雖然不能同時(shí)動(dòng)，雖然不能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定位置和速準(zhǔn)確測(cè)定位置和速度，但它空間某一度，但它空間某一范圍出現(xiàn)的幾率可范圍出現(xiàn)的幾率可用統(tǒng)計(jì)方法描述。用統(tǒng)計(jì)方法描述。第23頁(yè)/共119頁(yè)Schrodinger建立了描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的量子力學(xué)基本方程式。建立了描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的量子力學(xué)基本方程式。22222

18、2228()()0mEVxyzh ：波函數(shù)：波函數(shù)x、y、z：空間直角坐標(biāo)方向：空間直角坐標(biāo)方向m：微觀粒子：微觀粒子 (電子電子) 的質(zhì)量的質(zhì)量E ：微觀粒子：微觀粒子 (電子電子) 的總能量的總能量V : 微觀粒子微觀粒子 (電子電子) 的勢(shì)能的勢(shì)能第24頁(yè)/共119頁(yè) 把微觀粒子（電子）的粒子性與波動(dòng)性有機(jī)地把微觀粒子（電子）的粒子性與波動(dòng)性有機(jī)地融合在一起，更能真實(shí)地反映出微觀粒子的運(yùn)融合在一起，更能真實(shí)地反映出微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。動(dòng)狀態(tài)。 可以解出一系列波函數(shù)可以解出一系列波函數(shù) ，代表電子在原子中，代表電子在原子中的各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。的各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 解方程的目的，是求運(yùn)動(dòng)狀態(tài)函數(shù)解方

19、程的目的，是求運(yùn)動(dòng)狀態(tài)函數(shù) 以及與這以及與這個(gè)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的能量個(gè)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的能量 E。Schrodinger方程的意義方程的意義第25頁(yè)/共119頁(yè)* Schrodinger方程的求解簡(jiǎn)介方程的求解簡(jiǎn)介222222228()()0mEVxyzh2kZeVr 222sincossinsincosxryrzrrxyz(1) 坐標(biāo)變換：坐標(biāo)變換： (x, y, z) (r, , ) 第26頁(yè)/共119頁(yè)222222222111()(sin)sinsin8()0rrrrrrmEVh(2) 分離變量：分離變量：( , , ), )(YRrr 徑向分布函數(shù)徑向分布函數(shù)角度分布函數(shù)角度分布函數(shù)第27頁(yè)/共1

20、19頁(yè)(3) 為保證解的合理性，引入三個(gè)參數(shù)為保證解的合理性，引入三個(gè)參數(shù) (量子數(shù)量子數(shù)) n, l, m 解得的解得的 不是具體的數(shù)值，而是包括三個(gè)參數(shù)不是具體的數(shù)值，而是包括三個(gè)參數(shù) (n, l, m) 和三個(gè)變量和三個(gè)變量 (r,) 的函數(shù)式的函數(shù)式 n, l, m (r,)，每一個(gè)解對(duì)應(yīng)著某一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及相應(yīng)的能量。，每一個(gè)解對(duì)應(yīng)著某一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及相應(yīng)的能量。n = 1，2，3l = 0，1，2，3 (n-1)m = 0， 1， 2， 3 l主量子數(shù)主量子數(shù)角量子數(shù)角量子數(shù)磁量子數(shù)磁量子數(shù)表示電子距核的平均距離表示電子距核的平均距離表示波函數(shù)的形狀表示波函數(shù)的形狀表示波函數(shù)在空間的伸

21、展方向表示波函數(shù)在空間的伸展方向,( , ),),()nln llmmYrRr 第28頁(yè)/共119頁(yè)3.2.2 波函數(shù)和原子軌道波函數(shù)和原子軌道 波函數(shù)波函數(shù) 是量子力學(xué)中描述核外電子運(yùn)動(dòng)是量子力學(xué)中描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的函數(shù)式，而且又是空間坐標(biāo)的函數(shù)。狀態(tài)的函數(shù)式，而且又是空間坐標(biāo)的函數(shù)。 一定的波函數(shù)表示電子的一定的波函數(shù)表示電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，也叫原子軌道。，也叫原子軌道。每一種原子軌道每一種原子軌道 (即每一種波函數(shù)即每一種波函數(shù)) 都有與之都有與之相對(duì)應(yīng)的能量相對(duì)應(yīng)的能量。 | |2具有物理意義：表示空間某處單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的概率，即具有物理意義：表示空間某處單位體積內(nèi)

22、電子出現(xiàn)的概率，即概率密度概率密度。第29頁(yè)/共119頁(yè)3.2.3 概率密度和電子云概率密度和電子云概率密度概率密度 (| |2) ：由理論計(jì)算得到，電子在原子核：由理論計(jì)算得到，電子在原子核外空間某點(diǎn)附近單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率。外空間某點(diǎn)附近單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率。電子云電子云：概率密度的形象化圖示，是：概率密度的形象化圖示，是| |2的圖像。的圖像。氫原子的氫原子的1s電子云示意圖電子云示意圖 用統(tǒng)計(jì)方法描述電子用統(tǒng)計(jì)方法描述電子在核外某一區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)機(jī)在核外某一區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)機(jī)會(huì)的多少。會(huì)的多少。第30頁(yè)/共119頁(yè)s 電子云電子云 (l = 0的狀態(tài)的狀態(tài)) 球形，處于球形，處于s狀態(tài)的電子，它

23、在核外空間中狀態(tài)的電子，它在核外空間中半徑相同的各個(gè)方向上出現(xiàn)的概率相同，半徑相同的各個(gè)方向上出現(xiàn)的概率相同，等概率等概率密度面密度面。p 電子云電子云 (l = 1的狀態(tài)的狀態(tài))啞鈴形，啞鈴形，3種空間取向。種空間取向。第31頁(yè)/共119頁(yè)d 電子云電子云 (l = 2的狀態(tài)的狀態(tài))f 電子云電子云* (l = 3的狀態(tài)的狀態(tài))花瓣形，花瓣形，5種空間取向。種空間取向。第32頁(yè)/共119頁(yè)3.2.4 波函數(shù)的空間圖象波函數(shù)的空間圖象,( , ),),()nln llmmYrRr 徑向部分徑向部分角度部分角度部分1. 徑向分布圖徑向分布圖球面的面積：球面的面積：4 r2球殼薄層的體積：球殼薄層

24、的體積：4 r2r概率密度：概率密度：| |2球殼內(nèi)發(fā)現(xiàn)電子的概率：球殼內(nèi)發(fā)現(xiàn)電子的概率：4 r2 | |2r單位厚度球殼中的概率：?jiǎn)挝缓穸惹驓ぶ械母怕剩? r2 | |2 令令D(r) = 4 r2| |2 ，D(r) 是是 r 的函數(shù)的函數(shù)徑向分布函數(shù)徑向分布函數(shù)第33頁(yè)/共119頁(yè)氫原子電子云徑向分布圖氫原子電子云徑向分布圖D (r) 只隨半徑只隨半徑 r 變化，由量子數(shù)變化，由量子數(shù) n、l 決定。決定。52.9 pmn - l 個(gè)峰個(gè)峰52.9 pm第34頁(yè)/共119頁(yè)說(shuō)明：說(shuō)明：D(r) 指在半徑為指在半徑為 r 的的單位厚度球殼單位厚度球殼內(nèi)發(fā)現(xiàn)電子的概率。內(nèi)發(fā)現(xiàn)電子的概率。電子

25、在核外是按層分布的：主峰離核的距離電子在核外是按層分布的：主峰離核的距離1s最近，最近，2s、2p次之，次之，3s、3p、3d更次之，同理更次之，同理4s、4p、4d、4f更遠(yuǎn)。更遠(yuǎn)。離核較近的小峰都伸到離核較近的小峰都伸到 (n-1) 各峰的內(nèi)部，伸入的程度各不相同。各峰的內(nèi)部，伸入的程度各不相同。 外層電子鉆到內(nèi)層外層電子鉆到內(nèi)層空間而靠近原子核的現(xiàn)空間而靠近原子核的現(xiàn)象，稱(chēng)為象，稱(chēng)為“鉆穿效應(yīng)鉆穿效應(yīng)”。第35頁(yè)/共119頁(yè)徑向分布圖的意義：徑向分布圖的意義： 電子概率的徑向分布圖表示了電子在整個(gè)空間出現(xiàn)的電子概率的徑向分布圖表示了電子在整個(gè)空間出現(xiàn)的概率隨半徑變化概率隨半徑變化的的情況

26、，從而反映了核外電子概率分布的情況，從而反映了核外電子概率分布的層次性層次性和和穿透性穿透性。 電子云的徑向分布圖反映的是概率密度在距核不同處的分布情況。電子云的徑向分布圖反映的是概率密度在距核不同處的分布情況。第36頁(yè)/共119頁(yè)2. 角度分布圖角度分布圖波函數(shù)波函數(shù) (r, , ) 的角度部分：的角度部分： Y( , )只隨只隨 和和 角度變化，角度變化， 由量子數(shù)由量子數(shù) l 和和 m 決定決定，與，與 n 無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。波函數(shù)的角度分布圖：波函數(shù)的角度分布圖：Y( , ) 隨隨 和和 角度變化作圖。角度變化作圖。電子云的角度分布圖：電子云的角度分布圖：|Y( , )|2 隨隨 和和 角度

27、變化作圖。角度變化作圖。第37頁(yè)/共119頁(yè)原子軌道的角度分布圖原子軌道的角度分布圖 Y( , ) 只與量子數(shù)只與量子數(shù) l 和和 m有關(guān)，有關(guān)， l 和和 m相同的軌道，角度分布相同。相同的軌道，角度分布相同。第38頁(yè)/共119頁(yè)注意：圖中的注意：圖中的“+”、“-”號(hào)沒(méi)有正負(fù)電性的意思號(hào)沒(méi)有正負(fù)電性的意思例：對(duì)于例：對(duì)于pz軌道軌道3( , )cos4Y 第39頁(yè)/共119頁(yè)原子軌道原子軌道 (波函數(shù)波函數(shù)) 角度分布圖角度分布圖 (剖面圖剖面圖)第40頁(yè)/共119頁(yè)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表示電子在核外空間電子云的角度分布圖表示電子在核外空間不同角度出現(xiàn)的

28、概率密度不同角度出現(xiàn)的概率密度大大小。反映了電子概率密度分布的小。反映了電子概率密度分布的方向性方向性。3( , )cos4Y 2()2Pz電子云的角度分布圖電子云的角度分布圖第41頁(yè)/共119頁(yè) 原子軌道角度分布圖有正負(fù)之分，而電子云角度分布圖都是正值原子軌道角度分布圖有正負(fù)之分，而電子云角度分布圖都是正值 電子云角度分布圖比原子軌道角度分布圖要電子云角度分布圖比原子軌道角度分布圖要“瘦瘦”一些一些第42頁(yè)/共119頁(yè)3. 電子云的空間分布圖電子云的空間分布圖 電子云的空間分布圖是徑向部分與角度部分綜合的結(jié)果。電子云的空間分布圖是徑向部分與角度部分綜合的結(jié)果。ns 電子云空間分布圖電子云空間

29、分布圖電子云的實(shí)際形狀電子云的實(shí)際形狀與角度曲面有關(guān)，與角度曲面有關(guān)，但又是不相同的。但又是不相同的。把電子云的實(shí)際形把電子云的實(shí)際形狀當(dāng)成電子云的角狀當(dāng)成電子云的角度分布圖是不合適度分布圖是不合適的。的。第43頁(yè)/共119頁(yè)2p 與與 3d 電子云空間分布圖電子云空間分布圖主量子數(shù)主量子數(shù) n 決定電子云的大?。粵Q定電子云的大??；角量子數(shù)角量子數(shù) l 決定電子云的形狀；決定電子云的形狀；磁量子數(shù)磁量子數(shù) m 決定電子云的伸展方向決定電子云的伸展方向第44頁(yè)/共119頁(yè)9.2.5 四個(gè)量子數(shù)四個(gè)量子數(shù) 由由n、l、m 這三個(gè)量子數(shù)所確定的一套參數(shù)，就可以表示一種波函數(shù)。后這三個(gè)量子數(shù)所確定的一

30、套參數(shù)，就可以表示一種波函數(shù)。后來(lái)根據(jù)實(shí)驗(yàn)和理論的要求，又引入了一個(gè)描述電子自旋特征的量子數(shù)來(lái)根據(jù)實(shí)驗(yàn)和理論的要求，又引入了一個(gè)描述電子自旋特征的量子數(shù) ms。 這些量子數(shù)對(duì)描述核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，電子這些量子數(shù)對(duì)描述核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，電子的能量，原子軌道或電子云的形狀和空間的伸展方的能量，原子軌道或電子云的形狀和空間的伸展方向，以及多電子原子核外電子的排布非常重要。向，以及多電子原子核外電子的排布非常重要。第45頁(yè)/共119頁(yè)1. 主量子數(shù)主量子數(shù) n決定電子層數(shù)，決定電子層數(shù)，表示電子出現(xiàn)概率最大的區(qū)域離核的遠(yuǎn)近。表示電子出現(xiàn)概率最大的區(qū)域離核的遠(yuǎn)近。n 的取值范圍：的取值范圍：n =

31、1，2，3，4， n 越大，電子與原子核的平均距離越遠(yuǎn)越大，電子與原子核的平均距離越遠(yuǎn)n = 1 2 3 4 5 6 K L M N O P 電子層符號(hào)電子層符號(hào)第46頁(yè)/共119頁(yè)決定電子能量高低的主要因素。決定電子能量高低的主要因素。 對(duì)于對(duì)于單電子原子單電子原子或類(lèi)氫離子來(lái)說(shuō)，或類(lèi)氫離子來(lái)說(shuō)，n值越大，電子的能量越高。值越大，電子的能量越高。n = 1 時(shí)，時(shí)，r1 =12 52.9 pm，E1 = -1312.17 kJ mol-1n = 2 時(shí)，時(shí)，r2 =22 52.9 pm，E2 = -328.04 kJ mol-1n = 3 時(shí)，時(shí)，r3 =32 52.9 pm，E3 = -1

32、45.80 kJ mol-1 對(duì)于對(duì)于多電子原子多電子原子，核外電子能量既與，核外電子能量既與 n 有關(guān)，又與有關(guān)，又與 l 有關(guān)。有關(guān)。第47頁(yè)/共119頁(yè)2. 角量子數(shù)角量子數(shù) ll 的值常用英文小寫(xiě)字母代替：的值常用英文小寫(xiě)字母代替：l 的取值：的取值：l = 0，1，2，3，(n-1)代號(hào)：代號(hào)： s p d f gl ： 0 1 2 3 4 決定了電子運(yùn)動(dòng)空間區(qū)域的形狀，即原子決定了電子運(yùn)動(dòng)空間區(qū)域的形狀，即原子軌道或電子云的形狀。軌道或電子云的形狀。s 軌道軌道球形球形p 軌道軌道啞鈴形啞鈴形d軌軌道道有有兩兩種種形形狀狀第48頁(yè)/共119頁(yè) 表示同一電子層中具有不同狀態(tài)的電子亞層

33、。表示同一電子層中具有不同狀態(tài)的電子亞層。第49頁(yè)/共119頁(yè) 與多電子原子中電子的能量有關(guān)，與多電子原子中電子的能量有關(guān)，多電子多電子原子原子中電子的能量取決于中電子的能量取決于 n 和和 l 。n 不同，不同，l 相同時(shí)：相同時(shí)：n 值越大，能量越高值越大，能量越高 E1s E2s E3s E4s E5s對(duì)于多電子原子，對(duì)于多電子原子，l 值越大，能量越高值越大，能量越高n 相同，相同，l 相同時(shí)：能量相同相同時(shí)：能量相同 n 相同，相同，l 不同時(shí)：不同時(shí)： 對(duì)于單電子體系，對(duì)于單電子體系， 能量相同能量相同 E4s = E4p = E4d = E4fE4s E4p E4d E4f第50

34、頁(yè)/共119頁(yè)3. 磁量子數(shù)磁量子數(shù) mm = 0， 1， 2， 3， l 決定了原子軌道或電子云在空間的伸展方?jīng)Q定了原子軌道或電子云在空間的伸展方向。它的取值表示伸展方向是被限制在某向。它的取值表示伸展方向是被限制在某些特定的方向上，即限定原子軌道數(shù)目。些特定的方向上，即限定原子軌道數(shù)目。如：如：l =1 時(shí)時(shí) (p 軌道軌道)，m 有有 0、+1、-1 三個(gè)值三個(gè)值第51頁(yè)/共119頁(yè) 在沒(méi)有外加磁場(chǎng)作用時(shí)，磁量子數(shù)在沒(méi)有外加磁場(chǎng)作用時(shí)，磁量子數(shù) m 與能與能量無(wú)關(guān)。量無(wú)關(guān)。 在一般情況下，在一般情況下，n，l 相同，相同， m 不同的軌道能量相同，這樣的軌道稱(chēng)為不同的軌道能量相同，這樣的

35、軌道稱(chēng)為簡(jiǎn)簡(jiǎn)并軌道并軌道。如：如：p 軌道具有軌道具有3種伸展方向不同，但能量相同的種伸展方向不同，但能量相同的 3個(gè)簡(jiǎn)并軌道。個(gè)簡(jiǎn)并軌道。 （當(dāng)有外加磁場(chǎng)時(shí)，由于伸展方向不同，會(huì)顯示出微小的能量差別）（當(dāng)有外加磁場(chǎng)時(shí)，由于伸展方向不同，會(huì)顯示出微小的能量差別）第52頁(yè)/共119頁(yè) 制約關(guān)系：一組合理的制約關(guān)系：一組合理的n，l，m 量子數(shù)會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)確量子數(shù)會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的波函數(shù)定的波函數(shù) n,l,m(r, , )，決定一個(gè)原子軌道離核的決定一個(gè)原子軌道離核的遠(yuǎn)近、形狀和伸展方向遠(yuǎn)近、形狀和伸展方向。l0123mmmmn = 40-1,0,1-2,-1,0,1,2-3,-2,-1,0,1,2,

36、3s軌道軌道p軌道軌道d軌道軌道f 軌道軌道n 個(gè)亞層個(gè)亞層n2 個(gè)軌個(gè)軌道道第53頁(yè)/共119頁(yè)4. 自旋量子數(shù)自旋量子數(shù) ms 為了解釋光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)，為了解釋光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)，Uhlenbeck 和和 Goudsmit 提出了電子自旋的假設(shè)。提出了電子自旋的假設(shè)。1922年，年，Stern-Gerlach 描述電子繞自軸旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)描述電子繞自軸旋轉(zhuǎn)的狀態(tài) 自旋運(yùn)動(dòng)使電子具有類(lèi)似于微磁體的行為自旋運(yùn)動(dòng)使電子具有類(lèi)似于微磁體的行為 ms 取值取值+1/2和和-1/2，分別用，分別用和和表示表示第54頁(yè)/共119頁(yè)小結(jié)小結(jié) 原子中每個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以用原子中每個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以用 n，l，m

37、，ms 四個(gè)量子數(shù)描述，四個(gè)量子數(shù)確定后，電子在核外的運(yùn)四個(gè)量子數(shù)描述，四個(gè)量子數(shù)確定后，電子在核外的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也就確定了。動(dòng)狀態(tài)也就確定了。沒(méi)有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子沒(méi)有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子。主量子數(shù)主量子數(shù) n：決定電子層數(shù)，并主要決定電子的能量：決定電子層數(shù)，并主要決定電子的能量角量子數(shù)角量子數(shù) l：決定原子軌道的形狀，影響電子的能量：決定原子軌道的形狀，影響電子的能量磁量子數(shù)磁量子數(shù) m：決定原子軌道在空間的伸展方向：決定原子軌道在空間的伸展方向自旋量子數(shù)自旋量子數(shù) ms：決定電子的自旋方向：決定電子的自旋方向例如例如: n =2， l =0， m =0， 2s n =3， l =1，

38、 m =0， 3pz n =3， l =2， m =0， 3dz2第55頁(yè)/共119頁(yè)電子層、亞層、原子軌道、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)同量子數(shù)間的關(guān)系電子層、亞層、原子軌道、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)同量子數(shù)間的關(guān)系第56頁(yè)/共119頁(yè)四個(gè)量子數(shù)可以確定電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而三個(gè)量子數(shù)四個(gè)量子數(shù)可以確定電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而三個(gè)量子數(shù) n，l，m 只可只可以確定一個(gè)原子軌道。以確定一個(gè)原子軌道。每種類(lèi)型的原子軌道的數(shù)目每種類(lèi)型的原子軌道的數(shù)目= 磁量子數(shù)磁量子數(shù)m的個(gè)數(shù)的個(gè)數(shù) = (2l + 1) 。各電子層的原子軌道數(shù)目各電子層的原子軌道數(shù)目 = n2。各電子層最多的亞層數(shù)目各電子層最多的亞層數(shù)目 = n。各電子層可能有的狀

39、態(tài)數(shù)各電子層可能有的狀態(tài)數(shù) = 2n2，這也是各電子層最多可容納的電子數(shù)，這也是各電子層最多可容納的電子數(shù)目。目。第57頁(yè)/共119頁(yè)練習(xí)練習(xí)1. 假定有下列電子的各套量子數(shù)，指出哪幾套假定有下列電子的各套量子數(shù)，指出哪幾套不可能存在，并說(shuō)明理由。不可能存在，并說(shuō)明理由。 3，2，2，1/2； 3，0，-1，1/2； 2，2，2，2； 1，0，0，0； 2，-1，0，1/2； 2，0，-2，1/2。2. 以下各以下各“亞層亞層”哪些可能存在？包含多少軌道？哪些可能存在？包含多少軌道？ 解釋之。解釋之。 2s； 3f； 4p； 5d。第58頁(yè)/共119頁(yè)3.3 多電子原子核外電子的排布多電子原子

40、核外電子的排布 各種狀態(tài)的原子軌道，它們的能量象階梯一樣有高有低，稱(chēng)為能級(jí)。各種狀態(tài)的原子軌道，它們的能量象階梯一樣有高有低，稱(chēng)為能級(jí)。 而且而且 n 越大能量越高越大能量越高 ： E 1 sE 2 sE 3 sE 4 s n 相同的軌道，能量相同相同的軌道，能量相同 ： E 4 s=E 4 p=E 4 d=E 4 f 即單電子體系中，軌道即單電子體系中，軌道 ( 或軌道上的電子或軌道上的電子 ) 的的能量，只由主量子數(shù)能量，只由主量子數(shù) n 決定。決定。對(duì)于對(duì)于單電子體系單電子體系，其能量為，其能量為eVnZ13.6E22第59頁(yè)/共119頁(yè)而對(duì)于而對(duì)于多電子體系多電子體系： 系統(tǒng)的能量可看

41、作是各個(gè)系統(tǒng)的能量可看作是各個(gè)單電子單電子在某個(gè)原子軌道上運(yùn)動(dòng)對(duì)原子系統(tǒng)在某個(gè)原子軌道上運(yùn)動(dòng)對(duì)原子系統(tǒng)能量能量貢獻(xiàn)的貢獻(xiàn)的總和總和。 對(duì)某一特定電子而言，對(duì)某一特定電子而言，除受原子核的吸引外，除受原子核的吸引外，還受到其它電子的排斥作用，導(dǎo)致還受到其它電子的排斥作用，導(dǎo)致主量子數(shù)相同而角主量子數(shù)相同而角量子數(shù)不同的原子軌道的能級(jí)產(chǎn)生分裂量子數(shù)不同的原子軌道的能級(jí)產(chǎn)生分裂。 軌道軌道: 與氫原子類(lèi)似，其電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可描述為與氫原子類(lèi)似，其電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可描述為1s， 2s， 2px ，2py， 2pz， 3s能量能量: 與氫原子不同，與氫原子不同， 不僅與不僅與n有關(guān)，也與有關(guān)，也與l有關(guān)。有關(guān)

42、。第60頁(yè)/共119頁(yè)3.3.1 多電子原子的能級(jí)多電子原子的能級(jí)鮑鮑林林原原子子軌軌道道近近似似能能級(jí)級(jí)圖圖能級(jí)組能級(jí)組第61頁(yè)/共119頁(yè)角量子數(shù)角量子數(shù) l 相同的能相同的能級(jí)，能量高低由主量級(jí)，能量高低由主量子數(shù)子數(shù) n 決定：決定：如如 E1s E2s E3s E4s主量子數(shù)主量子數(shù) n 和角量子和角量子數(shù)數(shù) l 均不相同時(shí)出現(xiàn)：均不相同時(shí)出現(xiàn)：如如 E4s E3d E4p能級(jí)分裂能級(jí)分裂主量子數(shù)主量子數(shù) n 相同，相同，角量子數(shù)角量子數(shù) l 不同的能不同的能級(jí)，能量隨級(jí)，能量隨 l 的增大的增大而升高：而升高：如如 Ens Enp End np nd nf 。E(ns) E(np)

43、 E(nd) E(nf)第67頁(yè)/共119頁(yè) 屏蔽效應(yīng)與鉆穿效應(yīng)是兩個(gè)相反的作用。正是屏蔽效應(yīng)與鉆穿效應(yīng)是兩個(gè)相反的作用。正是屏蔽與反屏蔽的作用，使得電子在核外不斷運(yùn)動(dòng)，屏蔽與反屏蔽的作用，使得電子在核外不斷運(yùn)動(dòng)，電子不會(huì)落在核上，也不會(huì)遠(yuǎn)離核電子不會(huì)落在核上，也不會(huì)遠(yuǎn)離核原子能夠穩(wěn)原子能夠穩(wěn)定存在。它們也是產(chǎn)生能級(jí)分裂和交錯(cuò)的原因。定存在。它們也是產(chǎn)生能級(jí)分裂和交錯(cuò)的原因。對(duì)能級(jí)交錯(cuò)的解釋?zhuān)簩?duì)能級(jí)交錯(cuò)的解釋?zhuān)乎U林能級(jí)圖中：鮑林能級(jí)圖中：E4s E3d 過(guò)渡元素過(guò)渡元素 內(nèi)過(guò)渡元素內(nèi)過(guò)渡元素相鄰元素原子半徑的減小幅度：相鄰元素原子半徑的減小幅度：l主族元素：主族元素： 從左向右，逐漸從左向右，

44、逐漸減小減小，其中短周期：，其中短周期：平均幅度平均幅度10 pm。l過(guò)渡元素：過(guò)渡元素：半徑減小的幅度半徑減小的幅度較為緩慢較為緩慢，平均幅度，平均幅度 4 pm，d 半半/全充滿時(shí)，原子半徑略有增加。全充滿時(shí)，原子半徑略有增加。l內(nèi)過(guò)渡元素：內(nèi)過(guò)渡元素：半徑減小的幅度半徑減小的幅度更為緩慢更為緩慢，鑭系，鑭系15個(gè)元素平均減小個(gè)元素平均減小 1 pm。 f 半半/全充滿時(shí)，原子全充滿時(shí)，原子半徑略有增加。半徑略有增加。鑭系收縮效應(yīng)鑭系收縮效應(yīng)從從 La 到到 Lu，15個(gè)元素共減小個(gè)元素共減小11pm。第96頁(yè)/共119頁(yè)原子半徑原子半徑在族中在族中的變化的變化同族元素原子半徑自上而下增大

45、同族元素原子半徑自上而下增大：電子層依次增加，有效核：電子層依次增加，有效核電荷的影響退居次要地位。電荷的影響退居次要地位。 第第6周期過(guò)渡元素周期過(guò)渡元素 (如如Hf、Ta) 的原子半徑與第的原子半徑與第5周周期同族元素期同族元素 (如如Zr、Nb) 相比幾乎沒(méi)有增大，這是相比幾乎沒(méi)有增大，這是鑭系收縮鑭系收縮的重要效應(yīng)之一。的重要效應(yīng)之一。 K Ca Sc Ti V Crr/pm 203 174 144 132 122 118 Rb Sr Y Zr Nb Mor/pm 216 191 162 145 134 130 Cs Ba La Hf Ta Wr/pm 235 198 169 144

46、134 130第97頁(yè)/共119頁(yè)3.5.2 電離電離能能 1 mol 基態(tài)氣體原子失去基態(tài)氣體原子失去1個(gè)電子成為個(gè)電子成為+1價(jià)氣態(tài)離子價(jià)氣態(tài)離子所吸收所吸收的能量，稱(chēng)為該元的能量，稱(chēng)為該元素素第一電離能第一電離能( I1 )。同一元素的原子：同一元素的原子： I1 I2 I3 I4 -112-1223-13Li(g)Li (g) 520.2 kJ molLi (g)Li(g) 7298.1 kJ molLi(g)Li (g) 11815 kJ mole Ie Ie I 電離能的大小反映了原子失去電子的難易程度電離能的大小反映了原子失去電子的難易程度。也說(shuō)明了元素的金屬活潑性強(qiáng)弱。也說(shuō)明了

47、元素的金屬活潑性強(qiáng)弱。第98頁(yè)/共119頁(yè)同族總趨勢(shì)：同族總趨勢(shì)： 主族元素自上至下減小，與原子半徑增大的趨主族元素自上至下減小，與原子半徑增大的趨 勢(shì)一致。（過(guò)渡元素變化不大）勢(shì)一致。（過(guò)渡元素變化不大）同周期總趨勢(shì)：同周期總趨勢(shì)： 自左至右增大，與原子半徑減小的趨勢(shì)一致。自左至右增大，與原子半徑減小的趨勢(shì)一致。第99頁(yè)/共119頁(yè)影響電離能大小的因素：影響電離能大小的因素：與原子的核電荷數(shù)、原子半徑有關(guān)與原子的核電荷數(shù)、原子半徑有關(guān)同一周期，自左向右，電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)增同一周期，自左向右，電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)增加，半徑減小，電離能隨之增大。加，半徑減小，電離能隨之增大。過(guò)渡元素，由

48、于電子加到次外層，有效核電荷增加過(guò)渡元素，由于電子加到次外層，有效核電荷增加不多，原子半徑減小緩慢，電離能僅略有增加。不多，原子半徑減小緩慢，電離能僅略有增加。在同一主族中，從上到下，最外層電子數(shù)相同，電在同一主族中，從上到下，最外層電子數(shù)相同，電子層數(shù)增加，半徑增大，電離能也隨之減小。子層數(shù)增加，半徑增大，電離能也隨之減小。與電子的構(gòu)型有關(guān)與電子的構(gòu)型有關(guān) 半充滿、全充滿的軌道具有較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，半充滿、全充滿的軌道具有較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，因此具有較大的電離能。因此具有較大的電離能。第100頁(yè)/共119頁(yè) 1 mol 的基態(tài)氣體原子得到電子生成的基態(tài)氣體原子得到電子生成 -1 價(jià)價(jià)氣態(tài)離子時(shí)氣態(tài)離子

49、時(shí)所放出所放出的能量，稱(chēng)為該元素的的能量，稱(chēng)為該元素的第一第一電子親合能電子親合能 (A1)。3.5.3 電子親合能電子親合能 電子親合能的大小反映了原子得到電子的難易。電子親合能的大小反映了原子得到電子的難易。元素第一電子親和能越負(fù)，原子越容易得到電子。元素第一電子親和能越負(fù)，原子越容易得到電子。 第一電子親和能多為負(fù)數(shù)（第一電子親和能多為負(fù)數(shù)（IIA/IIB/0族除外），族除外），第二電子親和能為正數(shù)。第二電子親和能為正數(shù)。 如：如： O (g) + e- = O- (g) A1 = -141 kJ . mol-1 O- (g) + e- = O2- (g) A2 = 780 kJ . m

50、ol-1第101頁(yè)/共119頁(yè)同族總趨勢(shì)：同族總趨勢(shì)：自上至下增大。自上至下增大。同周期總趨勢(shì)：同周期總趨勢(shì)：自左至右減小。自左至右減小。210-1-2-3-40510152025303540Z電子親和能電子親和能(eV)LiHeNeFClArKrBrNaKNPBeMgCaAsA族例外，族例外，原因原因P軌道半充滿軌道半充滿電子親合能最小的是電子親合能最小的是第三周期元素第三周期元素第102頁(yè)/共119頁(yè)3.5.4 電負(fù)性電負(fù)性 電負(fù)性是指原子在分子中對(duì)電負(fù)性是指原子在分子中對(duì)成鍵電子成鍵電子吸吸引力引力相對(duì)大小相對(duì)大小的量度。的量度。鮑林鮑林(pauling)電負(fù)性（以熱化學(xué)為基礎(chǔ)）電負(fù)性（

51、以熱化學(xué)為基礎(chǔ)） 1932年，年，Pauling首先提出用電負(fù)性表示首先提出用電負(fù)性表示一個(gè)元素的原子在分子中吸引電子的能力。并一個(gè)元素的原子在分子中吸引電子的能力。并規(guī)定規(guī)定 F 的電負(fù)性約為的電負(fù)性約為4.0，其它元素與，其它元素與 F 相比，相比，得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。電負(fù)性的標(biāo)度：電負(fù)性的標(biāo)度：第103頁(yè)/共119頁(yè) 根據(jù)電負(fù)性大小，可以衡量元素的金屬性根據(jù)電負(fù)性大小，可以衡量元素的金屬性和非金屬性的強(qiáng)弱。和非金屬性的強(qiáng)弱。（非金屬元素的電負(fù)性多在（非金屬元素的電負(fù)性多在2.0 以上，金屬元以上，金屬元素的電負(fù)性多在素的電負(fù)性多在2.0 以下）以下）第104頁(yè)/共119頁(yè)同周

52、期：同周期：從左到右元素的電負(fù)性增大。從左到右元素的電負(fù)性增大。同主族：同主族：從上到下元素的電負(fù)性減小。從上到下元素的電負(fù)性減小。副族元素電負(fù)性沒(méi)有明顯的變化。副族元素電負(fù)性沒(méi)有明顯的變化。電負(fù)性的變化規(guī)律：電負(fù)性的變化規(guī)律：第105頁(yè)/共119頁(yè)3.5.5 元素的金屬性和非金屬性元素的金屬性和非金屬性22種非金屬，其余均為金屬。種非金屬，其余均為金屬。半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：7種種（其中（其中3個(gè)金屬元素，個(gè)金屬元素，4個(gè)非金屬元素）個(gè)非金屬元素）第106頁(yè)/共119頁(yè)周期性變化規(guī)律：周期性變化規(guī)律：同周期元素同周期元素 從左至右從左至右 金屬性減弱，非金屬性增強(qiáng)金屬性減弱，非金屬性增強(qiáng) 同族元素

53、同族元素 從上至下從上至下 金屬性增強(qiáng)，非金屬性減弱金屬性增強(qiáng)，非金屬性減弱金屬性最強(qiáng)：金屬性最強(qiáng)：Cs 非金屬性最強(qiáng)：非金屬性最強(qiáng)：F第107頁(yè)/共119頁(yè)變化規(guī)律：變化規(guī)律：s 區(qū)、區(qū)、p 區(qū)元素區(qū)元素最高氧化值最高氧化值 = 最外層電子數(shù)目最外層電子數(shù)目p 區(qū)元素區(qū)元素 最低氧化值最低氧化值 = ( 8 最外層電子數(shù)目最外層電子數(shù)目)d 區(qū)元素區(qū)元素 最高氧化值最高氧化值 = (n 1)d與與ns電子數(shù)目之和電子數(shù)目之和 例外：例外：VIII族（不定）族（不定）3.5.6 元素的氧化值元素的氧化值 取決于原子的取決于原子的 價(jià)層電子數(shù)目?jī)r(jià)層電子數(shù)目 外層電子結(jié)構(gòu)外層電子結(jié)構(gòu)化學(xué)反應(yīng)時(shí)，原

54、子常通過(guò)失去化學(xué)反應(yīng)時(shí)，原子常通過(guò)失去/獲得獲得/共用電子對(duì)的方式使共用電子對(duì)的方式使其最外層電子結(jié)構(gòu)達(dá)到其最外層電子結(jié)構(gòu)達(dá)到2/8/18/18+2個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。ds 區(qū)元素區(qū)元素 最高氧化值最高氧化值 IIB = 2，IB不定不定第108頁(yè)/共119頁(yè)思考思考1、解釋、解釋 S (16)的第一電離能為什么小于的第一電離能為什么小于 P(15)?2、解釋、解釋 Be 的核電荷大于的核電荷大于Li，但電子親和能卻較小，但電子親和能卻較小第109頁(yè)/共119頁(yè)思考思考 Li:He2s1 Be:He2s2，加入的電子進(jìn)，加入的電子進(jìn)入入 Li 的的 2s 軌道，但對(duì)軌道，但對(duì) Be 進(jìn)入進(jìn)入 2p 軌道，核軌道，核對(duì)對(duì) 2p 軌道上的電子束縛較松。軌道上的電子束縛較松。1、解釋、解釋 S 的第一電離能為什么小于的第一電離能為什么小于 PP:Ne3s23px13py13pz1 S:Ne3s23px23py13pz1 S原子的電子有兩個(gè)處于同一個(gè)原子的電子有兩個(gè)處于同一個(gè)3p軌道，軌道，緊密接近引起強(qiáng)烈排斥，使核電荷更多被抵消。緊密接近引起強(qiáng)烈排斥，使核電荷更多被抵消。2、解釋、解釋 Be 的核電荷大于的核電荷大于Li，但電子親和能卻較小，但電子親和能卻較小第110頁(yè)/共119頁(yè)基本內(nèi)容基本內(nèi)容掌握內(nèi)容