文學研究原子結構與原子周期系

文學研究原子結構與原子周期系第1頁/共171頁

1741年羅蒙諾索夫（俄國1711～1763）提出：物質構造粒子學說，但限于實驗基礎不夠，沒有引起重視?；瘜W原子論的創(chuàng)立1756年羅蒙諾索夫提出：質量守恒定律1785年拉瓦錫（法國化學家）明確指出：化學反應發(fā)生了物質組成的變化，但反應前后物質的總質量不變。第2頁/共171頁定比定律和倍比定律1799年普魯斯特（法國化學家）提出定比定律：

兩種或兩種以上的元素相互化合成某一化合物時，其重量之比例是天然一定的，人力不能增減。

1803年道爾頓提出倍比定律：相同的兩種元素生成兩種或兩種以上的化合物時，若其中一種元素的質量不變，另一種元素在化合物中的相對重量成簡單的整數(shù)比。第3頁/共171頁7-1道爾頓原子論

1803年9月6日，道爾頓在他筆記中寫下了原子論的要點：1.原子是組成化學元素的、非常微小的、不可在分割的物質微粒。在化學反應中原子保持其本來的性質。

2.同一種元素的所有原子的質量以及其他性質完全相同。不同元素的原子具有不同的質量以及其他性質。原子的質量是每一種元素的原子的最根本特征。第4頁/共171頁3.有簡單數(shù)值比的元素的原子結合時，原子之間就發(fā)生化學反應而生成化合物?；衔锏脑臃Q為復雜原子。

4.一種元素的原子與另一種元素的原子化合時，他們之間成簡單的數(shù)值比。實驗證實：碳和氧有2種化合物：一氧化碳和二氧化碳,

其中碳與氧的質量比是4:3和8:3。道爾頓原子論十分圓滿地解釋了當時已知的化學反應的定量關系。第5頁/共171頁第6頁/共171頁道爾頓從“思維經(jīng)濟原則”出發(fā)，不能正確給出許多元素的原子量。例如：設氫的原子量為1，作為相對原子質量的標準，已知水中氫和氧的質量比是1:8：若水分子是由1個氫原子和1個氧原子構成的，氧的原子量是8，若水分子是由2個氫原子和1個氧原子構成的，氧的原子量便是16。道爾頓武斷地認為，可以從“思維經(jīng)濟原則”出發(fā)，認定水分子由1個氫原子和1個氧原子構成，因而就定錯了氧的原子量。道爾頓原子論的不足第7頁/共171頁

1.道爾頓用來表示原子的符號,是最早的元素符號。

2.

圖中他給出的許多分子組成是錯誤的。這給人以歷史的教訓——要揭示科學的真理不能光憑想象，

3.客觀世界的復雜性不會因為人類或某個人主觀意念的簡單化而改變。第8頁/共171頁

貝采里烏斯的原子量

在1818和1826年,瑞典化學家貝采里烏斯(C-L.Berzelius1779-1848)通過大量實驗正確地確定了當時已知化學元素的原子量，糾正了道爾頓原子量的誤值，為化學發(fā)展奠定了堅實的實驗基礎（如表）。同時，貝采里烏斯還創(chuàng)造性地發(fā)展了一套表達物質化學組成和反應的符號體系，他用拉丁字母表達元素符號,一直沿用至今。第9頁/共171頁貝采里烏斯原子量(1818和1826)元素道爾頓原子量（1810）貝采里烏斯原子量（1818）貝采里烏斯原子量（1826）現(xiàn)今相對原子質量（1997）O71616.02615.9994Cl35.4135.47035.4527F18.73 18.9984032N514.18614.00674S13.032.2 32.23932.066P962.7 31.43630.973761C5.412.512.2512.0107H10.9911.00794As42150.5275.32974.92160Pt100194.4194.753195.078第10頁/共171頁7-2相對原子質量（原子量）7-2-1元素原子序數(shù)和元素符號7-2-2核素、同位素和同位素豐度7-2-3原子的質量7-2-4元素的相對原子質量（原子量）第11頁/共171頁基本概念

元素、原子序數(shù)和元素符號元素:

具有一定核電荷數(shù)（等于核內質子數(shù)）的原子稱為一種（化學）元素。原子序數(shù):

按（化學）元素的核電荷數(shù)進行排序，所得序號叫做原子序數(shù)。元素符號:

每一種元素有一個用拉丁字母表達的元素符號。元素符號表達的含義：在不同場合，元素符號可以代表一種元素，或者該元素的一個原子，也可代表該元素的1摩爾原子。第12頁/共171頁核素、同位素和同位素豐度核素

——具有一定質子數(shù)和一定中子數(shù)的原子(的總稱）。核素品種超過2000種,分兩類：1.穩(wěn)定核素：它們的原子核是穩(wěn)定的；2.放射性核素：它們的原子核不穩(wěn)定，會自發(fā)釋放出某寫亞原子微粒（α、β等）而轉變?yōu)榱硪环N核素。第13頁/共171頁核素的表示方式

元素符號質量數(shù)質子數(shù)例如：168O、178O、188O126C、136C——即核內質子數(shù)與中子數(shù)之和。第14頁/共171頁同位素、同位素——質子數(shù)相同中子數(shù)不同的原子的總稱。既多核元素中的不同核素互稱同位素。穩(wěn)定同位素3517Cl

3715Cl；126C136C;放射性同位素:146C第15頁/共171頁同量異位素、同中素同量異位素——核子數(shù)（質量數(shù)）相同而質子數(shù)和中子數(shù)不同的原子（的總稱）。例如：6529Cu6530Zn同中素——具有一定中子數(shù)的原子（的總稱)第16頁/共171頁核素

——具有一定質子數(shù)和一定中子數(shù)的原子(的總稱）元素——具有一定核電荷數(shù)（等于核內質子數(shù)）的原子稱為一種（化學）元素。同位素——質子數(shù)相同中子數(shù)不同的原子（的總稱）。既多核元素中的不同核素互稱同位素。同量異位素——核子數(shù)相同而質子數(shù)和中子數(shù)不同的原子（的總稱）。同中素——具有一定中子數(shù)的原子（的總稱）第17頁/共171頁核素、同位素和同位素豐度同位素豐度：某元素的各種天然同位素的分數(shù)組成（原子百分比）稱為同位素豐度。例如，氧的同位素豐度為：

f（16O）=99.76%,f（17O）=0.04%f（18O）=0.20%,而單核素元素，如氟，同位素豐度為

f（19F）=100%。第18頁/共171頁

有些元素的同位素豐度隨取樣樣本不同而漲落。通常所說的同位素豐度是指從地殼（包括巖石、水和大氣）為取樣范圍的多樣本平均值。若取樣范圍擴大，需特別注明。第19頁/共171頁7-3原子的起源和演化1宇宙之初2氫燃燒、氦燃燒、碳燃燒3α過程、e過程4重元素的誕生5宇宙大爆炸理論的是非第20頁/共171頁

原子結構理論的發(fā)展簡史

一、古代希臘的原子理論

二、道爾頓(J.Dolton)的原子理論---19世紀初三、盧瑟福(E.Rutherford)的行星式原子模型

-------19世紀末四、近代原子結構理論-------氫原子光譜第21頁/共171頁7-4原子結構的玻爾行星模型7-4-1氫原子光譜7-4-2玻爾理論第22頁/共171頁一、氫原子光譜1. 連續(xù)光譜(continuousspectrum)2. 線狀光譜(原子光譜)(linespectrum)3. 氫原子可見光譜第23頁/共171頁氫原子光譜一、氫原子光譜熱致發(fā)光——焰火是熱致發(fā)光電致發(fā)光——把氣體裝進真空管，真空管兩端施以高壓電，氣體也會發(fā)光，叫做電致發(fā)光。

如：霓虹燈、高壓汞燈、高壓鈉燈就是氣體的電致發(fā)光現(xiàn)象。如：氫、氖發(fā)紅光，氬、汞發(fā)藍光。第24頁/共171頁光譜儀

1859年，德國海德堡大學的基爾霍夫和本生發(fā)明了光譜儀，奠定了光譜學的基礎,使光譜分析成為認識物質和鑒定元素的重要手段第25頁/共171頁氫原子光譜光譜儀可以測量物質發(fā)射或吸收的光的波長，拍攝各種光譜圖。光譜圖就像“指紋”辨人一樣，可以辨別形成光譜的元素。人們用光譜分析發(fā)現(xiàn)了許多元素,如銫、銣、氦、鎵、銦等十幾種。第26頁/共171頁氫原子的線狀光譜第27頁/共171頁氫原子光譜

然而，直到本世紀初，人們只知道物質在高溫或電激勵下會發(fā)光，卻不知道發(fā)光機理；人們知道每種元素有特定的光譜，卻不知道為什么不同元素有不同光譜。（從上到下）氫、氦、鋰、鈉、鋇、汞、氖的發(fā)射光譜第28頁/共171頁氫原子光譜氫光譜是所有元素的光譜中最簡單的光譜。在可見光區(qū)，它的光譜只由幾根分立的線狀譜線組成,其波長和代號如下所示：

譜線HαHβHγHδH…

編號(n)１２３４５…

波長/nm656.279486.133434.048410.175397.009…

不難發(fā)現(xiàn)，從紅到紫,譜線的波長間隔越來越小。ｎ>5的譜線密得用肉眼幾乎難以區(qū)分。第29頁/共171頁1883年，瑞士的巴爾麥（J.J.Balmer1825-1898）發(fā)現(xiàn)，譜線波長(λ)與編號(n)之間存在如下經(jīng)驗方程：n:大于2的正整數(shù)第30頁/共171頁后來，里德堡(J.R.Rydberg1854-1919)把巴爾麥的經(jīng)驗方程改寫成如下的形式：

上式中的常數(shù)Ｒ后人稱為里德堡常數(shù)，其數(shù)值為1.09677×107m-1。第31頁/共171頁氫的紅外光譜和紫外光譜的譜線也符合里德堡方程，只需將1/22改為1/n12,n1=1,2,3,4;而把后一個n改寫成n2=n1+1,n1+2,…即可。當ｎ1=2時,所得到的是可見光譜的譜線,稱為巴爾麥當n1=3,得到氫的紅外光譜,稱為帕遜系,當n1=1,得到的是氫的紫外光譜,稱為來曼系。第32頁/共171頁氫原子光譜巴爾麥的經(jīng)驗方程引發(fā)了一股研究各種元素的光譜的熱潮，但人們發(fā)現(xiàn)，只有氫光譜(以及類氫原子光譜)有這種簡單的數(shù)學關系。類氫原子是指He+、Li2+等原子核外只有一個電子的離子。里德堡把巴爾麥的方程作了改寫大大促進了揭示隱藏在這一規(guī)律后面的本質,這是科學史上形式與內容的關系的一個典型例子。尋找表達客觀規(guī)律的恰當形式是一種重要的科學思維方法。第33頁/共171頁玻爾理論的建立1913年,年輕的丹麥物理學家玻爾在總結當時最新的物理學發(fā)現(xiàn)：普朗克黑體輻射和量子概念、愛因斯坦光子論、盧瑟福原子帶核模型——上述三者的基礎上建立了氫原子核外電子運動模型,解釋了氫原子光譜，后人稱為玻爾理論。第34頁/共171頁普朗克量子概念普朗克量子概念假定：對于一定頻率υ的輻射，物體只能以hυ為單位吸收或發(fā)射它，h是一個普適常數(shù)（稱為Planck常數(shù)）。h＝6.62559×10-34J·S換言之，物體吸收或發(fā)射電磁輻射，只能以“量子”(Quantum)的方式進行，每個“量子”的能量為(粒子性)(波動性)從經(jīng)典力學來看，這種能量不連續(xù)的概念是完全不容許的第35頁/共171頁愛因斯坦的光量子論

A.Einstein:首先注意到量子假設有可能解決經(jīng)典物理學所碰到的其它困難的是年輕的。1905年，他試圖用量子假設去說明光電效應中碰到的疑難，提出了光量子(lightquantum)概念。他認為：輻射場就是由光量子組成，每個光量子（光子）的能量E與輻射的頻率υ的關系是：(粒子性)(波動性)(2)第36頁/共171頁他還根據(jù)他同年提出的相對論中給出的光動量和能量關系：

(3)提出光子的動量與輻射的波長λ有下列關系：(粒子性)(波動性)(4)采用光量子概念后，光電效應中出現(xiàn)的困難立即迎刃而解第37頁/共171頁盧瑟福原子帶核模型

Figure1-1:Inclassicaltheory:1.atomsconstructedarenotstable;2.theelectronwouldquicklyspiralintothenucleus.3.Notisthelinespectraofatoms據(jù)經(jīng)典力學，電子在原子核的正電場里運行，應不斷地釋放能量，最后掉入原子核。如果這樣，原子就會毀滅，客觀世界就不復存在。第38頁/共171頁第39頁/共171頁玻爾理論的要點1：1、行星模型假定氫原子核外電子是處在一定的線性軌道上繞核運行的，正如太陽系的行星繞太陽運行一樣。這是一種“類比”的科學思維方法。因此，玻爾的氫原子模型形象地稱為行星模型。后來的新量子論根據(jù)新的實驗基礎完全拋棄了玻爾行星模型的“外殼”，而玻爾行星模型的合理“內核”卻被保留了，并被賦予新的內容。第40頁/共171頁玻爾理論的要點2：

2、定態(tài)假設假定氫原子的核外電子在軌道上運行時具有一定的、不變的能量,不會釋放能量,這種狀態(tài)被稱為定態(tài)。能量最低的定態(tài)叫做基態(tài)；能量高于基態(tài)的定態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。因此，定態(tài)假設為解釋原子能夠穩(wěn)定存在所必需。玻爾從核外電子的能量的角度提出的定態(tài)、基態(tài)、激發(fā)態(tài)的概念至今仍然是說明核外電子運動狀態(tài)的基礎。第41頁/共171頁

玻爾理論的要點3：

3、量子化條件

玻爾假定，氫原子核外電子的軌道不是連續(xù)的，而是分立的，在軌道上運行的電子具有一定的角動量（L=mvr，其中m電子質量，v電子線速度，r電子線性軌道的半徑），只能按下式取值：

這一要點稱為量子化條件。這是玻爾為了解釋氫原子光譜提出它的模型所作的突破性假設。上式中的正整數(shù)n稱為量子數(shù)。第42頁/共171頁如果氫原子核外電子不具有這樣的量子化條件，就不可能有一定的能量。量子化條件是違背經(jīng)典力學的，是他受到普朗克量子論和愛因斯坦光子論的啟發(fā)提出來的。第43頁/共171頁玻爾理論的要點4：4、躍遷規(guī)則

電子吸收光子就會躍遷到能量較高的激發(fā)態(tài)；反過來，激發(fā)態(tài)的電子會放出光子，返回基態(tài)或能量較低的激發(fā)態(tài)；

光子的能量為躍遷前后兩個能級的能量之差，這就是躍遷規(guī)則，可以用下式來計算任一能級的能量及從一個能級躍遷到另一個能級時放出光子的能量：第44頁/共171頁由公式：及E=E2-E1=h當n=1時能量最低，此時能量為2.179×10-18J,此時對應的半徑為52.9pm,稱為玻爾半徑。

通過理論計算得到的波長與實驗值驚人的吻合，誤差小于千分之一。第45頁/共171頁第46頁/共171頁玻爾理論的不足與合理新量子力學證明了電子在核外的所謂“行星軌道”是根本不存在的。用玻爾的方法計算比氫原子稍復雜的氦原子的光譜便有非常大的誤差。玻爾理論合理的是：核外電子處于定態(tài)時有確定的能量；原子光譜源自核外電子的能量變化。這一真理為后來的量子力學所繼承。第47頁/共171頁玻爾理論的基本科學思想方法玻爾理論的基本科學思想方法是，承認原子體系能夠穩(wěn)定而長期存在的客觀事實，大膽地假定光譜的來源是核外電子的能量變化，用類比的科學方法，形成核外電子的行星模型，提出量子化條件和躍遷規(guī)則等革命性的概念。玻爾及早把握了最新的科學成就信息是他獲得成功的基本條件。單單這一點也值得我們學習。第48頁/共171頁Bohr’stheorySuccessful1.establishedtheconceptofatomicenergylevels(atomicorbit)2.explainingthespectrum

ofhydrogen

Unsuccessful1.atomicorbitisfastness2.can’texplainminutenessthespectrumofhydrogen

atom第49頁/共171頁玻爾理論盡管玻爾理論已被新量子論所代替，玻爾的科學思想?yún)s永遠值得我們學習，而且，玻爾理論中的核心概念——定態(tài)、激發(fā)態(tài)、躍遷、能級等并沒有被完全拋棄，而被新量子力學繼承發(fā)展，甚至“軌道”的概念，量子力學賦予了新的內涵。第50頁/共171頁7-5氫原子結構（核外電子運動）的量子力學模型7-5-1波粒二象性7-5-2德布羅意關系式7-5-3海森堡不確定原理7-5-4氫原子的量子力學模型第51頁/共171頁在20世紀初，有些物理學家認為：光具有粒子性，光是粒子流，光的粒子稱為光子光的強度I=光子的密度和光子的能量的乘積

(=h，其中是光的頻率)：光的強度：I=h光的粒子性和光的波動性另外物理學家認為：光具有波動性，光是電磁波，光的強度I和光的電磁波的振幅的平方成正比：光的強度：I=2/4第52頁/共171頁光的波粒二象性

后來，物理學家們把光的粒子說和光的波動說統(tǒng)一起來，提出光的波粒二象性，認為：光兼具粒子性和波動性兩重性。因此有光的強度：

I=h=2/4(1-11)第53頁/共171頁

(1)在光的頻率一定時，光子的密度()與光的振幅的平方(Y2)成正比：∝Y2（1-12）即光的強度大，則光子的密度大，光波的振幅也大。（2）光子的動量P與光的波長(l)成反比：

(P=mc，E=mc2其中m是光子的質量，c是光速)P=h/(1-13)

或=h/P(1-13)式光的波粒二象性的數(shù)學表達式。這表明，光既是連續(xù)的波又是不連續(xù)的粒子流。I=h=2/4（1-11）式的意義:

第54頁/共171頁德布羅意關系式

1927年,年輕的法國博士生德布羅意（deBroglie1892-1987）在他的博士論文中大膽地假定：所有的實物粒子都具有跟光一樣的波粒二象性，引起科學界的轟動。這就是說，表明光的波粒二象性的關系式不僅是光的特性，而且是所有像電子、質子、中子、原子等實物粒子的特性。這就賦予這個關系式以新的內涵，后來稱為德布羅意關系式：=h/P=h/mv按德布羅意關系式計算的各種實物粒子的質量、速度和波長。第55頁/共171頁德布羅意關系式實物顆粒的質量、速度與波長的關系實物質量m/kg速度v/(m.s-1)波長λ/pm1V電壓加速的電子9.1×10-315.9×1051200100V電壓加速的電子9.1×10-315.9×1061201000V電壓加速的電子9.1×10-311.9×1073710000V電壓加速的電子9.1×10-315.9×10712He原子（300K）6.6×10-271.4×10372Xe原子（300K）2.3×10-252.4×10212壘球2.0×10-1301.1×10-22槍彈1.0×10-21.0×1036.6×10-23第56頁/共171頁計算表明，宏觀物體的波長太短，根本無法測量，也無法察覺，因此我們對宏觀物體不必考察其波動性，對高速運動著的質量很小的微觀物體，如核外電子，不能忽視其波動性。這一關系式被戴維森和革爾麥的電子衍射實驗所證實。電子衍射實驗表明，電子的運動并不服從經(jīng)典力學(即牛頓力學)規(guī)律，因為符合經(jīng)典力學的質點運動時有確定的軌道，在任一瞬間有確定的坐標和動量。戴維森和革爾麥的電子衍射實驗第57頁/共171頁Fig.X-diffractedelectrondiffracted

第58頁/共171頁海森堡不確定原理微觀粒子不同于宏觀物體,它們的運動是無軌跡的，即在一確定的時間沒有一確定的位置。這一點可以用海森堡不確定原理來說明：海森堡不確定原理：對于一個物體的動量(mv)的測量的偏差(mv)和對該物體的位置(x)的測量偏差(x)的乘積處于普朗克常數(shù)的數(shù)量級,即：(x)·(mv)≥h/4＝5.273×10-35kg·m2·s-1第59頁/共171頁玻爾理論得出的氫原子的基態(tài)電子：核外電子的玻爾半徑是52.9pm;

運動速度為2.18×107m/s,

相當于光速(3×108m/s)的7％。例如：已知電子的質量為9.1×10-31kg,假設我們對電子速度的測量準確量v=104m/s時，即：

(mv)=9.1×10-31×104kg·m/s

=9.1×10-27kg·m/s這樣,電子的運動坐標的測量偏差就會大到:x=5.273×10-35kg·m2·s-1÷9.1×10-27kg·m/s=5795×10-12m=5795pm(mv)和x不準量的計算Heisenberg(Germanphysicist,1901-1971)第60頁/共171頁第61頁/共171頁海森堡不確定原理對于不能同時確定其位置與時間的事物，需要換一種描述方式，即用“幾率”來描述。許多宏觀事物也需要用幾率才能描述。例如，一個技術穩(wěn)定的射箭選手，我們并不能肯定他射出的第幾根箭會射中靶心，但可以給出這根箭射中靶心的百分率，也就是幾率。我們不可能得知他射出100根箭時每一根箭落在哪里，但是，若在他射完100根箭后，可以得到無須記錄射箭時序的幾率分布圖。描述核外電子不用軌跡，也無法確定它的軌跡，但可以用幾率，用電子出現(xiàn)在核外空間各點的幾率分布圖來描述。第62頁/共171頁核外電子運動狀態(tài)的描述1926年，奧地利科學家薛定諤提出（E.Schr?dinger1887-1961）在量子力學處理氫原子核外電子的理論模型中，最基本的方程叫做薛定諤方程。

薛定諤方程是一個二階偏微分方程，它的自變量是核外電子的坐標（直角坐標x，y，z或者極坐標r，q，f），它的因變量是電子波的振幅（Y）。第63頁/共171頁Itisasecond-orderdifferentialequation

Ethetotalenergy

Vthepotentialenergy

maparticleintermsofitsmass

xyzrespecttoitspositioninthree

dimensions

ψ

(psi)

waveproperties,intermsofawavefunction；量子力學中描述核外電子在空間運動的數(shù)學函數(shù)式，即原子軌道

第64頁/共171頁

給定電子在符合原子核外穩(wěn)定存在的必要、合理的條件時（如Y的取值必須是連續(xù)的、單值的，也就是坐標一定時電子波的振幅是唯一的單值，是連續(xù)的函數(shù)，等等）.

薛定諤方程得到的每一個解就是核外電子的一個定態(tài)，它具有一定的能量（E）.

具有一個電子波的振幅隨坐標改變的的函數(shù)關系式[Y=f(x,y,z)或Y=f(r,q,f)]，稱為振幅方程或波動方程。第65頁/共171頁核外電子運動狀態(tài)的描述

為了得到電子運動狀態(tài)合理的解，必須引用只能取某些整數(shù)值的三個參數(shù)，稱它們?yōu)榱孔訑?shù)，這三個量子數(shù)可取的數(shù)值及它們的關系如下：主量子數(shù)：n=1,2,3,4…角量子數(shù)：l=0,1,2…,(n-1)磁量子數(shù)：m=0,±1,±2,±3…,…l

第66頁/共171頁１、主量子數(shù)n

常用符號：K,L,M,N,O,P,Q

n：1,2,3,4,5,6,71）主量子數(shù)確定電子運動的能量。n值越大電子所具有的能量越大。2）電子出現(xiàn)概率最大的離核的平均距離。3）代表電子層或能層。在一個原子內，具有相同主量子數(shù)的電子，幾乎在同樣的空間范圍運動，故稱為主量子數(shù)。n相同的電子為一個電子層。第67頁/共171頁第68頁/共171頁第69頁/共171頁2、角量子數(shù)l

1)

l對應的能級表示亞層，決定原子軌道形狀

2)在多電子原子中l(wèi)和主量子數(shù)一起決定電子的能級

。

s＜p＜d＜f＜g…

如：當n=2,l=0的狀態(tài)就為2s電子；處在n=2,l=1的狀態(tài)為2p電子。

常用符號：

s，p，d,f

l:0,1,2,3…(n-1)第70頁/共171頁3、磁量子數(shù)m

磁量子數(shù)m

取值受角量子數(shù)的限制。

m=（2l+1）或者0,±1,±2,±3…,…l。

1）m決定原子軌道在空間的取向。某種形狀原子軌道，可以在空間取不同的伸展方向，這是由線狀光譜在磁場中還能發(fā)生分裂，顯示出微小差別的現(xiàn)象得出的結果。

Example:porbithave3differentorientation

px.pypz2）磁量子數(shù)與電子能量無關。第71頁/共171頁當l=0時:m=0,即只有一種運動狀態(tài)，s軌道一種。當l=1時:

m=0,1-1,即有三種運動狀態(tài)，p軌道三種。當l=2時，

m=-2,-1,0,1,2,即有五種運動狀態(tài),d軌道五種。第72頁/共171頁ms自旋量子數(shù):表示電子的自旋方向。

ms取值：+1/2、-1/2。自旋磁量子數(shù)ms

第73頁/共171頁第74頁/共171頁綜上所述，四個量子數(shù)可以確定原子核外電子的運動狀態(tài)，一個電子的一種運動狀態(tài)需要用四個量子數(shù)來確定。我們把具有一定“軌道”的電子稱為具有一定空間運動狀態(tài)的電子；把既具有一定空間運動狀態(tài)又具有一定自旋狀態(tài)的電子稱為具有一定運動狀態(tài)的電子。第75頁/共171頁核外電子運動狀態(tài)的描述能層 能級 軌道 可能空間運動狀態(tài)數(shù)可能運動狀態(tài)數(shù)1(K) 1s 1s122(L)2s 2s 1 2

2p 2px,2py,2pz3 63(M)3s 3s 1 2

3p3px,3py,3pz 3 6

3d 3dxy,3dyz,3dxz,

3dx2-y2,3dz2510

4(N) 4s1個軌道 1 2

4p3個軌道 3 6

4d5個軌道5 10

4f 7個軌道 7 14第76頁/共171頁第77頁/共171頁

SizesandShapesofAtomicOrbitalsΨn,l,m(x,y,z)ψ(x,y,z)n=1,l=0,m=0Ψn,l,m(x,y,z)=Ψ1,0,0(x,y,z)=

Ψ1s(x,y,z)

n=3,l=1,m=-1Ψn,l,m(x,y,z)=Ψ3,1,-1(x,y,z)=

Ψ2py(x,y,z)第78頁/共171頁核外電子空間運動狀態(tài)的描述由于電子的波函數(shù)是一個三維空間函數(shù)，很難用適當?shù)暮唵蔚膱D形表示清楚，通常我們是把作為三維坐標x，y，z的函數(shù)的振幅Y首先轉化為極坐標r，q，f的函數(shù)：Y=f(x,y,z)→Y=f‘(r,q,f)然后再把函數(shù)Y分解成分解成兩個函數(shù)的乘積：Y=f‘(r,q,f)→Y=R(r)·Y(q,f)其中R只是離核距離r的函數(shù),R叫做徑向分布函數(shù)Y只是方位角q，f的函數(shù)。Y叫做角度分布函數(shù)。

s，px，py，pz，dz2，dx2–y2，dxy，dxz和dyz的Y函數(shù)的圖象。第79頁/共171頁徑向分布函數(shù)角度分布函數(shù)第80頁/共171頁第81頁/共171頁由于1s,2s,3s,...的振幅在角度分布差別：它們的振幅不隨方位角q，f的變動而變動，因而，一個圖象(Ys圖象)就表達了所有不同能層的s軌道；同理，一個Ypx圖象表達了所有不同能層的px軌道，...。第82頁/共171頁注意：波函數(shù)的Y圖象是帶正負號的：“+”區(qū)的Y函數(shù)的取正值，“–”區(qū)的Y函數(shù)取負值。它們的“波性”相反。其物理意義在于：

2個波疊加時將充分顯示：“+”與“+”疊加波的振幅將增大，“–”與“–”疊加波的振幅也增大，但“+”與“–”疊加波的振幅將減小。這一性質在后面討論化學鍵時很有用。第83頁/共171頁1、波函數(shù)角度分布圖示1、波函數(shù)角度部分圖示波函數(shù)的角度部分圖Yl,m(q,f)與主量子數(shù)無關，如：1s,2s,3s其角度分布圖都是完全相同的球面。Yl,m(q,f)的球極坐標圖是從原點引出方向為(q,f)的直線，長度取Y的絕對值，所有這些直線的端點聯(lián)系起來的空間構成一曲面，曲面內根據(jù)Y的正負標記正號或負號。并稱它為原子軌道的角度部分圖。第84頁/共171頁核外電子空間運動狀態(tài)的描述如：氫原子的角度部分【s軌道】Ys是一常數(shù)與(q,f)無關，故原子軌道的角度部分為一球面，半徑為:【pz軌道】節(jié)面：當cosq=0時，Ｙ=0，q=90°我們下來試做一下函數(shù)在Pz平面的圖形。第85頁/共171頁核外電子空間運動狀態(tài)的描述q0153045607590Y0.4890.4720.4230.3450.2440.1260q18016515013512010590Y-0.489-0.472-0.423-0.345-0.244-0.1260第86頁/共171頁第87頁/共171頁第88頁/共171頁第89頁/共171頁第90頁/共171頁核外電子空間運動狀態(tài)的描述2、波函數(shù)的徑向部分圖示第91頁/共171頁氫原子的量子力學模型電子云

為了形象化地表示出電子的幾率密度(Ψ2)分布，可以將其看作為帶負電荷的電子云。電子出現(xiàn)幾率密度大的地方，電子云濃密一些，電子出現(xiàn)幾率密度小的地方，電子云稀薄一些。因此，電子云的正確意義并不是電子真的象云那樣分散，不再是一個粒子，而只是電子行為統(tǒng)計結果的一種形象表示。

電子云圖象中每一個小黑點表示電子出現(xiàn)在核外空間中的一次幾率，幾率密度越大，電子云圖象中的小黑點越密。第92頁/共171頁氫原子的量子力學模型1、電子云的角度部分圖示第93頁/共171頁第94頁/共171頁第95頁/共171頁第96頁/共171頁第97頁/共171頁第98頁/共171頁|Ψn,l,m(r,θ,φ)

|2=R2n,l(r)?Y2l,m(θ,φ)

Probabilitydensity第99頁/共171頁|Ψn,l,m(r,θ,φ)

|2=R2n,l(r)?Y2l,m(θ,φ)

P=|Ψ|2?dV=|Ψ|2?4πr2drProbability第100頁/共171頁P=|Ψ|2

?dV=|Ψ|2

?4πr2dr=4πr2dr

?R2(r)?Y2l,m(θ,φ)=D(r)?Y2l,m(θ,φ)徑向函數(shù)角向函數(shù)第101頁/共171頁氫原子的量子力學模型2、電子云的徑向部分圖示

D=4pr2R。

D函數(shù)——稱為電子的徑向分布函數(shù)物理意義是：離核r“無限薄球殼”里電子出現(xiàn)的幾率（幾率等于幾率密度乘體積，這里的體積就是極薄球殼的體積）。

D值越大表明在這個球殼里電子出現(xiàn)的幾率越大。因而D函數(shù)可以稱為電子球面幾率圖象（“球面”是“無限薄球殼”的形象語言）。氫原子的電子處于1s,2s,2p,3s,3p,3d等軌道的D函數(shù)圖象氫原子核外電子的D函數(shù)圖象3s3d3p2s2p1s第102頁/共171頁第103頁/共171頁第104頁/共171頁第105頁/共171頁第106頁/共171頁氫原子的量子力學模型我們從圖中看到，D函數(shù)圖象是峰形的，峰數(shù)恰等于相應能級的主量子數(shù)n和角量子數(shù)l之差（n–l）。特別要指出的是，氫原子的1s電子的D函數(shù)圖象表明，該電子在離核52.9pm的球殼內出現(xiàn)的幾率是最大的。52.9pm正好是玻爾半徑ao！這就表明，玻爾理論說1s電子在52.9pm的圓形線性軌道上運行的結論是對氫原子核外基態(tài)電子運動的一種近似描述.而量子力學則說，1s電子在原子核外任何一個點上都可能出現(xiàn)，只是在離核52.9pm的球殼內（不再是線性軌道）出現(xiàn)的幾率最大.第107頁/共171頁氫原子的量子力學模型3、電子云在空間的取向

s電子是球形的，s電子的電子云圖象是球形對稱的，不存在取向問題。

p、d、f電子則與s電子不同。

p電子有3種取向，它們相互垂直（正交），分別叫px、py和pz電子。d電子有5種取向，分別叫dz2、dx2–y2、dxy、dxz和dyz。f電子有7種取向。

第108頁/共171頁為方便起見，我們今后用“軌道”一詞（orbital，有的書譯為“軌函”，以與玻爾軌道—orbit—區(qū)別）來描述不同狀態(tài)的電子云。這里的“軌道”可以理解為電子在核外空間幾率密度較大的區(qū)域。換句話說，第一能層只有1個“軌道”——1s軌道；第二能層有4個“軌道”——2s軌道、2px軌道、

2py軌道、2pz軌道；……，第n能層有n2個“軌道”。第109頁/共171頁7-6基態(tài)原子組態(tài)（電子排布）7-6-1構造原理7-6-2基態(tài)原子電子排布第110頁/共171頁第111頁/共171頁構造原理一、多電子原子的能級除氫(及類氫原子)外的多電子原子中核外電子不止一個，不但存在電子與原子核之間的相互作用，而且還存在電子之間的相互作用。

1、屏蔽效應如：鋰原子核外的三個電子是1s22s1我們選定任何一個電子，其處在原子核和其余兩個電子的共同作用之中，且這三個電子又在不停地運動，因此，要精確地確定其余兩個電子對這個電子的作用是很困難的。我們用近似的方法來處理。第112頁/共171頁構造原理其余兩個電子對所選定的電子的排斥作用，認為是它們屏蔽或削弱了原子核對選定電子的吸引作用。屏蔽效應:這種其余電子對所選定的電子的排斥作用，相當于降低了部分核電荷（）對指定電子的吸引力，稱為屏蔽效應。

—“屏蔽常數(shù)”或將原有核電荷抵消的部分。

Z-=Z*

Z*—有效核電荷數(shù)第113頁/共171頁構造原理2、斯萊特規(guī)則他由光譜數(shù)據(jù)，歸納出一套估算屏蔽常數(shù)的方法：

（1）先將電子按內外次序分組：

ns,np一組

nd一組

nf一組如：1s;2s,2p;

3s3p;

3d;

4s,4p;

4d;4f;5s,5p;

5d;5f。

（2）外組電子對內組電子的屏蔽作用=0

（3）同一組，=0.35(但1s，=0.3)

（4）對ns,np，(n-1)組的=0.85；更內的各組=1

（5）對nd、nf的內組電子=1注：該方法用于n為4的軌道準確性較好，n大于4后較差。

這樣能量公式為：第114頁/共171頁構造原理從能量公式中可知E與n有關，但與l有關，因此角量子數(shù)也間接地與能量聯(lián)系。例：求算基態(tài)鉀原子的4s和3d電子的能量。(此題從填充電子的次序來看,最后一個電子是填入3d軌道,還是4s軌道?)K1s22s22p63s23p63d1

3d=181=18,

Z*=19-18=1K1s22s22p63s23p64s14s=101+80.85=16.8,Z*=19-16.8=2.2第115頁/共171頁構造原理3、鉆穿效應為什么電子在填充時會發(fā)生能級交錯現(xiàn)象？這是因4s電子具有比3d電子較大的穿透內層電子而被核吸引的能力（鉆穿效應）。可從圖中看出4s軌道3d軌道鉆得深，可以更好地回避其它電子的屏蔽，所以填充電子時先填充4s電子。注：一旦填充上3d電子后3d電子的能量又比4s能量低，如銅。第116頁/共171頁第117頁/共171頁第118頁/共171頁構造原理二、構造原理(多電子原子核外電子運動狀態(tài)或填充規(guī)則）大量實驗與理論研究表明，如果假定每個電子的運動是獨立的，又假定所有電子的相互作用力可以集中到原子核上，如同在原子核上添加一份負電荷，那么，氫原子電子運動狀態(tài)——能層、能級、軌道和自旋——的概念可以遷移到多電子原子上描述其電子運動狀態(tài)，但對基態(tài)原子，必須遵循如下原理：第119頁/共171頁核外電子的填充規(guī)則

(1)泡利原理——基態(tài)多電子原子中不可能同時存在4個量子數(shù)完全相同的電子?；颍谝粋€軌道里最多只能容納2個電子，它們的自旋方向相反。

(2)洪特規(guī)則——基態(tài)多電子原子中同一能級的軌道能量相等，稱為簡并軌道；基態(tài)多電子原子的電子總是首先自旋平行地、單獨地填入簡并軌道。例如，2p能級有3個簡并軌道，如果2p能級上有3個電子，它們將分別處于2px、2py和2pz軌道，而且自旋平行，如氮原子。如果2p能級有4個電子，其中一個軌道將有1對自旋相反的電子，這對電子處于哪一個2p軌道可認為沒有差別。第120頁/共171頁構造原理(3)能量最低原理——基態(tài)原子是處于最低能量狀態(tài)的原子。能量最低原理認為，基態(tài)原子核外電子的排布力求使整個原子的能量處于最低狀態(tài)。隨核電荷數(shù)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動軌道，叫做構造原理。

電子先填最外層的ns，后填次外層的(n-1)d，甚至填入倒數(shù)第三層的(n-2)f的規(guī)律叫做“能級交錯”。請注意：能級交錯現(xiàn)象是電子隨核電荷遞增填充電子次序上的交錯,并不意味著先填能級的能量一定比后填能級的能量低。第121頁/共171頁構造原理隨核電荷數(shù)遞增,電子每一次從填入ns能級開始到填滿np能級,稱為建立一個周期，于是有：周期:ns開始→np結束同周期元素的數(shù)目第一周期：1s 2

第二周期：2s，2p 8

第三周期：3s，3p 8

第四周期：4s，3d，4p 18

第五周期：5s，4d，5p 18

第六周期：6s，4f，5d，6p 32

第七周期：7s，5f，5d，... ?第122頁/共171頁基態(tài)原子電子排布周期系中有約20個元素的基態(tài)電中性原子的電子組態(tài)（electronconfiguration，又叫構型或排布)不符合構造原理，其中的常見元素是：元素按構造原理的組態(tài) 實測組態(tài)

(24Cr)1s22s22p63s23p63d44s2

1s22s22p63s23p63d54s1(29Cu)1s22s22p63s23p63d94s2

1s22s22p63s23p63d104s1(42Mo)1s22s22p63s23p63d104s24p64d45s2

1s22s22p63s23p63d104s24p64d55s1

(47Ag)1s22s22p63s23p63d104s24p64d95s2

1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1

(79Au)1s2···4s24p64d104f145s25p65d96s1

1s2···4s24p64d104f145s25p65d106s1

第123頁/共171頁基態(tài)原子電子排布鉻和鉬的組態(tài)為(n-1)d5ns1,而不是(n-1)d4ns2,這被稱為“半滿規(guī)則”——5個d軌道各有一個電子,且自旋平行。但同族的鎢卻符合構造原理，不符合“半滿規(guī)則”。不過，某些鑭系元素和錒系元素也符合“半滿規(guī)則”——以7個f軌道填滿一半的(n-2)f7構型來代替(n-2)f8。因此，總結更多實例，半滿規(guī)則還是成立。銅銀金基態(tài)原子電子組態(tài)為(n-1)d10ns1,而不是(n-1)d9ns2,這被總結為“全滿規(guī)則”?？疾熘芷诒砜砂l(fā)現(xiàn)，第5周期有較多副族元素的電子組態(tài)不符合構造原理，多數(shù)具有5s1的最外層構型,尤其是鈀(4d105s0)，是最特殊的例子。這表明第五周期元素的電子組態(tài)比較復雜，難以用簡單規(guī)則來概括**半滿、全滿和全空規(guī)則第124頁/共171頁基態(tài)原子電子排布第五周期過渡金屬原子的4d能級和5s能級的軌道能差別較小，導致5s1構型比5s2構型的能量更低。第六周期，其過渡金屬的電子組態(tài)多數(shù)遵循構造原理，可歸咎為6s能級能量降低、穩(wěn)定性增大，與這種現(xiàn)象相關的還有第6周期p區(qū)元素的所謂“6s2惰性電子對效應”。第125頁/共171頁6s2惰性電子對效應6s2惰性電子對效應：是因隨核電荷增大，電子的速度明顯增大，這種效應對6s電子的影響尤為顯著，這是由于6s電子相對于5d電子有更強的鉆穿效應，受到原子核的有效吸引更大。這種效應致使核外電子向原子核緊縮，整個原子的能量下降。6s2惰性電子對效應對第六周期元素許多性質也有明顯影響，如原子半徑、過渡后元素的低價穩(wěn)定性、汞在常溫下呈液態(tài)等等。第126頁/共171頁基態(tài)原子電子排布實驗還表明，當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)不符合構造原理。例如:元素電中性原子正離子價電子組態(tài)的價電子組態(tài) （最外層電子數(shù)）

Fe3d64s2 Fe2+ 3d6（14e） Fe3+3d5（13e）

Cu 3d104s1 Cu+ 3d10（18e） Cu2+ 3d9

（17e）我國著名化學家徐光憲將電中性原子和正離子的電子組態(tài)的差異總結為：基態(tài)電中性原子的電子組態(tài)符合(n+0.7l)的順序,基態(tài)正離子的電子組態(tài)符合(n+0.4l)的順序（n和l分別是主量子數(shù)和角量子數(shù)）。第127頁/共171頁表：基態(tài)電中性原子的電子組態(tài)1氫H1s12氦He1s23鋰Li[He]2s14鈹Be[He]2s25硼B(yǎng)[He]2s22p16碳C[He]2s22p27氮N[He]2s22p38氧O[He]2s22p49氟F[He]2s22p510氖Ne

1s22s22p611鈉Na[Ne]3s112鎂Mg[Ne]3s213鋁Al[Ne]3s23p114硅Si[Ne]3s23p2

15磷P[Ne]3s23p3

16硫S [Ne]3s23p4

17氯Cl[Ne]3s23p5

18氬Ar1s22s22p63s23p6

19鉀K[Ar]4s120鈣Ca[Ar]4s221鈧Sc[Ar]3d14s222鈦Ti[Ar]3d24s223釩V[Ar]3d34s224鉻Cr*[Ar]3d54s125錳Mn[Ar]3d54s226鐵Fe[Ar]3d64s227鈷Co[Ar]3d74s228鎳Ni[Ar]3d84s2不符合構造原理價層電子價電子層“電子仁”或“電子實”第128頁/共171頁表：基態(tài)電中性原子的電子組態(tài)29銅Cu*[Ar]3d104s130鋅Zn[Ar]3d104s231鎵Ga[Ar]3d104s24p132鍺Ge[Ar]3d104s24p233砷As[Ar]3d104s24p334硒Se[Ar]3d104s24p435溴Br[Ar]3d104s24p536氪Kr[Ar]3d104s24p637銣Rb[Kr]5s138鍶Sr[Kr]5s239釔Y[Kr]4d15s240鋯Zr[Kr]4d25s241鈮Nb*[Kr]4d45s142鉬Mo*[Kr]4d55s143锝Tc[Kr]4d55s244釕Ru*[Kr]4d75s145銠Rh*[Kr]4d85s146鈀Pd*[Kr]4d1047銀Ag*[Kr]4d105s148鎘Cd[Kr]4d105s249銦In[Kr]4d105s25p150錫Sn[Kr]4d105s25p251銻Sb[Kr]4d105s25p352碲Te[Kr]4d105s25p453碘I[Kr]4d105s25p554氙Xe[Kr]4d105s25p655銫Cs[Xe]6s156鋇Ba[Xe]6s2第129頁/共171頁表：基態(tài)電中性原子的電子組態(tài)57鑭La*[Xe]5d16s258鈰Ce*[Xe]4f15d16s259鐠Pr[Xe]4f36s260釹Nd[Xe]4f46s261钷Pm[Xe]4f56s262釤Sm[Xe]4f66s263銪Eu[Xe]4f76s264釓Gd*[Xe]4f75d16s265鋱Tb[Xe]4f96s266鏑Dy[Xe]4f106s267鈥Ho[Xe]4f116s268鉺Er[Xe]4f126s269銩Tm[Xe]4f136s270鐿Yb[Xe]4f146s271镥Lu[Xe]4f145d16s272鉿Hf[Xe]4f145d26s273鉭Ta[Xe]4f145d36s274鎢W[Xe]4f145d46s275錸Re[Xe]4f145d56s276鋨Os[Xe]4f145d66s277銥Ir[Xe]4f145d76s278鉑Pt*[Xe]4f145d96s179金Au*[Xe]4f145d106s180汞Hg[Xe]4f145d106s281鉈Tl[Xe]4f145d106s26p182鉛Pb[Xe]4f145d106s26p283鉍Bi[Xe]4f145d106s26p384釙Po[Xe]4f145d106s26p4第130頁/共171頁7-7元素周期系1869年，俄國化學家門捷列夫在總結對比當時已知的60多種元素的性質時發(fā)現(xiàn)化學元素之間的本質聯(lián)系：按原子量遞增把化學元素排成序列，元素的性質發(fā)生周期性的遞變。這就是元素周期律的最早表述。1911年,年輕的英國人莫塞萊在分析元素的特征X射線時發(fā)現(xiàn)，門捷列夫化學元素周期系中的原子序數(shù)不是人們的主觀賦值，而是原子核內的質子數(shù)。隨后的原子核外電子排布理論則揭示了核外電子的周期性分層結構。因而，元素周期律就是：隨核內質子數(shù)遞增，核外電子呈現(xiàn)周期性排布，元素性質呈現(xiàn)周期性遞變。第131頁/共171頁元素周期系元素周期性的內涵極其豐富，具體內容不可窮盡，其中最基本的是：隨原子序數(shù)遞增，元素周期性地從金屬漸變成非金屬,以稀有氣體結束，又從金屬漸變成非金屬,以稀有氣體結束，如此循環(huán)反復。自從1869年門捷列夫給出第一張元素周期表的100多年以來，至少已經(jīng)出現(xiàn)700多種不同形式的周期表。人們制作周期表的目的是為研究周期性的方便。研究對象不同，周期表的形式就會不同。第132頁/共171頁元素周期系門捷列夫短式周期表H

LiBeBCNOF

NaMgAlSiPSCl

KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBr

RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeI

CsBaLaHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBi

第133頁/共171頁元素周期系門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律是對元素之間存在本質聯(lián)系，即“元素是一個大家族”的信念的推動。這種信念比起前人發(fā)現(xiàn)某些元素可以歸為一族(如堿金屬、鹵素等)是質的飛躍。正因為有這種信念，門捷列夫按原子量把當時已知元素排列起來，發(fā)現(xiàn)某些元素的位置跟信念中的周期性矛盾時，敢于懷疑某些元素的原子量測錯了，敢于改正某些元素的化合價，敢于為某些沒有發(fā)現(xiàn)的元素留下空位。為了證明元素周期律，門捷列夫設計并進行了許多實驗，重新測定并糾正了某些原子量。相比之下,與門捷列夫同時發(fā)現(xiàn)元素性質是原子量的函數(shù)的德國人邁爾（J.L.Meyer,1830-1895）卻沒有這樣足夠的膽量。第134頁/共171頁元素周期系

可見，正確的世界觀對于發(fā)現(xiàn)和發(fā)明有多么深刻的指導性的意義。后來歷史證實了門捷列夫在他的周期表中留下空格所預言的幾種元素(如鍺、鎵)的存在,補充了門捷列夫沒有預言的稀有氣體、鑭系以及第七周期元素,并揭示了原子核外電子組態(tài)的周期發(fā)展是周期律的原因。元素周期律是20世紀科學技術發(fā)展的重要理論依據(jù)之一，它對元素及其化合物的性質有預測性，為尋找并設計具特殊性質的新化合物有很大指導意義，極大地推動了現(xiàn)代科學技術的發(fā)展。元素周期系與周期律是量變引起質變。門捷列夫周期律是人類認識史和科學史上劃時代的偉大發(fā)現(xiàn)。第135頁/共171頁第136頁/共171頁元素周期系“長式”周期表——每個周期占一個橫排。這種三角形周期表能直觀地看到元素的周期發(fā)展，但不易考察縱列元素（從上到下）的相互關系，而且由于太長，招致排版和印刷的技術困難。第137頁/共171頁元素周期系

寶塔式或滴水鐘式周期表。這種周期表的優(yōu)點是能夠十分清楚地看到元素周期系是如何由于核外電子能級的增多而螺旋性發(fā)展的，但它們的每個橫列不是一個周期，縱列元素的相互關系也不容易看清。第138頁/共171頁元素周期系維爾納長式周期表第139頁/共171頁維爾納長式周期表:是由諾貝爾獎得主維爾納（AlfredWerner1866-1919）首先倡導的，長式周期表是目前最通用的元素周期表。它的結構如下：(1)周期:維爾納長式周期表分主表和副表。主表中的1—5行分別是完整的第1，2，3，4，5周期第6、7行不是完整的第6、7周期，其中的鑭系元素和錒系元素被分離出來，形成主表下方的副表。

維爾納長式周期表第140頁/共171頁維爾納長式周期表第一周期只有2個