基礎(chǔ)化學(xué)第九章原子結(jié)構(gòu)和元素周期律

基礎(chǔ)化學(xué)第九章原子結(jié)構(gòu)和元素周期律基礎(chǔ)化學(xué)第九章原子結(jié)構(gòu)和元素周期律基礎(chǔ)化學(xué)第九章原子結(jié)構(gòu)和元素周期律內(nèi)容提要核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性氫光譜和氫原子的Bohr模型電子的波粒二象性測(cè)不準(zhǔn)原理氫原子的波函數(shù)量子數(shù)原子軌道的角度分布原子軌道的徑向分布基礎(chǔ)化學(xué)第九章原子結(jié)構(gòu)和元素周期律基礎(chǔ)化學(xué)第九章原子結(jié)構(gòu)和元內(nèi)容提要核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性氫光譜和氫原子的Bohr模型電子的波粒二象性測(cè)不準(zhǔn)原理氫原子的波函數(shù)量子數(shù)原子軌道的角度分布原子軌道的徑向分布內(nèi)容提要核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性內(nèi)容提要多電子原子的原子結(jié)構(gòu)多電子原子的能級(jí)原子的電子組態(tài)原子的電子組態(tài)與元素周期表原子的電子組態(tài)與元素周期表元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律元素和人體健康

內(nèi)容提要多電子原子的原子結(jié)構(gòu)教學(xué)基本要求掌握4個(gè)量子數(shù)；掌握原子軌道、電子云的角度分布圖；了解徑向分布函數(shù)圖的意義和特征。熟悉近似能級(jí)；掌握Paili不相容原理、能量最低原理、Hund規(guī)則和電子組態(tài)。熟悉電子組態(tài)與元素周期表的關(guān)系；了解原子半徑、電負(fù)性的變化規(guī)律。了解Bohr的原子結(jié)構(gòu)理論。了解波粒二象性；熟悉波函數(shù)和概率密度。了解元素和健康的關(guān)系。教學(xué)基本要求掌握4個(gè)量子數(shù)；掌握原子軌道、電子云的角度分布圖第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性

一.氫光譜和氫原子的玻爾（Bohr

）模型Rutherford的原子有核模型（nuclearmodel）第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性一.氫光譜和氫原子的玻爾第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性一.氫光譜和氫原子的玻爾（Bohr

）模型氫原子的線狀光譜（linespectrum）白光散射時(shí)，觀察到可見(jiàn)光區(qū)的連續(xù)光譜，但H原子受激發(fā)射所得光譜卻是不連續(xù)的線狀光譜，在可見(jiàn)光區(qū)有四條譜線。第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性一.氫光譜和氫原子的玻爾（第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性一.氫光譜和氫原子的玻爾（Bohr

）模型氫光譜的波長(zhǎng)規(guī)律式中，λ是波長(zhǎng)，n為正整數(shù)，且n2大于n1。第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性一.氫光譜和氫原子的玻爾（第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性Bohr的氫原子模型電子沿固定軌道繞核運(yùn)動(dòng)，不吸收也不輻射能量，稱為定態(tài)。軌道能量稱為能級(jí)。

主量子數(shù)n=1,2,3,…。n=1時(shí)能量最低，為基態(tài)，其它能量較高的狀態(tài)都稱為激發(fā)態(tài)。一.氫光譜和氫原子的玻爾（Bohr

）模型第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性n=1時(shí)能量最低，為基態(tài)，其第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性Bohr的氫原子模型原子由一種定態(tài)（能級(jí)E1）躍遷到另一種定態(tài)（能級(jí)E2）。躍遷所吸收或輻射光子的能量等于躍遷前后能級(jí)的能量差：ΔE=hν=|E２

–E１|

普朗克常量h=6.626×10-34J·s，

ν是光子頻率。

一.氫光譜和氫原子的玻爾（Bohr

）模型第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性Bohr的氫原子模型一.第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性一.氫光譜和氫原子的玻爾（Bohr

）模型Bohr的氫原子模型

Bohr運(yùn)用量子化觀點(diǎn)，成功地解釋了氫原子的穩(wěn)定性和不連續(xù)光譜。但未能沖破經(jīng)典物理學(xué)的束縛，不能解釋多電子原子光譜，甚至不能說(shuō)明氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)。Bohr理論屬于舊量子論。電子等微觀粒子的運(yùn)動(dòng)不遵守經(jīng)典物理學(xué)規(guī)律，必須用量子力學(xué)方法來(lái)描述。第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性一.氫光譜和氫原子的玻爾（第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性二.電子的波粒二象性光子既有波動(dòng)性又有粒子性，稱為波粒二象性（particle-waveduality）。光作為電磁波，有波長(zhǎng)λ或頻率ν，能量E=hν光子作為粒子，又有動(dòng)量p=mc運(yùn)用Einstein方程式E=mc2與ν=c/λ，得到λ=h/mc第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性二.電子的波粒二象性第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性二.電子的波粒二象性deBroglie關(guān)系式（deBroglierelation）法國(guó)物理學(xué)家deBroglie類(lèi)比光的波粒二象性，指出微觀粒子如電子、原子等，都具有波動(dòng)性，并導(dǎo)出了其關(guān)系式：

p為粒子的動(dòng)量，m為質(zhì)量，υ為速度；λ為粒子波波長(zhǎng)。微觀粒子的波動(dòng)性和粒子性通過(guò)普朗克常量h聯(lián)系和統(tǒng)一起來(lái)。第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性二.電子的波粒二象性第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性二.電子的波粒二象性Davisson和Germer實(shí)驗(yàn)

1927年，美國(guó)物理學(xué)家DavissonC和GermerL用電子束代替X射線，用鎳晶體薄層作為光柵進(jìn)行衍射實(shí)驗(yàn)，得到與X射線衍射類(lèi)似的圖像，證實(shí)了電子的波動(dòng)性。第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性二.電子的波粒二象性第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性二.電子的波粒二象性電子波是概率波(probabilitywave)

電子波是統(tǒng)計(jì)性的。讓電子穿越晶體，每次到達(dá)底片的位置是隨機(jī)的，多次重復(fù)以后，底片某個(gè)位置上電子到達(dá)的概率就顯現(xiàn)出來(lái)。第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性二.電子的波粒二象性第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性電子質(zhì)量m=9.1×10-31kg，在1V電壓下的速度為5.9×105m·s-1，h=6.626×10-34J·s，電子波的波長(zhǎng)是多少？⑵質(zhì)量1.0×10-8kg的沙粒以1.0×10-2m·s-1速度運(yùn)動(dòng)，波長(zhǎng)是多少？⑴h=6.626×10-34kg·m2·s-1；根據(jù)deBroglie關(guān)系式⑵宏觀物體質(zhì)量大，波長(zhǎng)小，難以察覺(jué)，僅表現(xiàn)粒子性。微觀粒子的deBroglie波長(zhǎng)不可忽略。第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性電子質(zhì)量m=9.1×10-第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性三.測(cè)不準(zhǔn)原理(uncertaintyprinciple)Heisenberg指出，無(wú)法同時(shí)確定微觀粒子的位置和動(dòng)量：△x·△px≥h/4π△x為粒子在x方向的位置誤差，△px為動(dòng)量在x方向的誤差。由于h是極小的量，所以△x越小，△px越大，反之亦然。測(cè)不準(zhǔn)原理是粒子波動(dòng)性的結(jié)果，意味著微觀粒子運(yùn)動(dòng)不存在既確定位置又有確定速度的運(yùn)動(dòng)軌跡。第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性三.測(cè)不準(zhǔn)原理(uncer第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性電子在原子核附近運(yùn)動(dòng)的速度約6×106m·s-1，原子半徑約10-10m。若速度誤差為±1%，電子的位置誤差△x有多大？△v=6×106m·s-1×0.01=6×104m·s-1，h=6.626×10-34kg·m2·s-1；根據(jù)測(cè)不準(zhǔn)原理：

即原子中電子的位置誤差比原子半徑大10倍，電子在原子中無(wú)精確的位置可言。第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與特性電子在原子核附近運(yùn)動(dòng)的速度約6第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)波函數(shù)ψ（wavefunction）原子中電子具有波動(dòng)性，奧地利物理學(xué)家Schr?dinger導(dǎo)出Schr?dinger方程，方程的解是波函數(shù)ψ，用來(lái)描述電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。|ψ|2的意義ψ本身物理意義并不明確，但|ψ|2卻有明確的物理意義。表示在原子核外空間某點(diǎn)處電子出現(xiàn)的概率密度（probabilitydensity），即在該點(diǎn)處單位體積中電子出現(xiàn)的概率。第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)電子云（electroncloud）圖形a是基態(tài)氫原子|ψ|2的立體圖，b是剖面圖。黑色深的地方概率密度大，淺的地方概率密度小。概率密度的幾何圖形俗稱電子云。ab第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)ab第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)原子軌道（atomicorbital）描述原子中單個(gè)電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的波函數(shù)ψ常稱作原子軌道。原子軌道僅僅是波函數(shù)的代名詞，絕無(wú)經(jīng)典力學(xué)中的軌道含義。嚴(yán)格地說(shuō)原子軌道在空間是無(wú)限擴(kuò)展的，但一般把電子出現(xiàn)概率在99%的空間區(qū)域的界面作為原子軌道的大小。第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)合理的波函數(shù)ψ必須滿足一些整數(shù)條件，否則ψ將為零，|ψ|2也為零，即空間沒(méi)有電子出現(xiàn)。這些整數(shù)條件分是n、l、m，稱為量子數(shù)（quantumnumber）。

n、l和m這三個(gè)量子數(shù)的取值一定時(shí)，就確定了一個(gè)原子軌道，即波函數(shù)ψn,l,m。第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)主量子數(shù)（principalquantumnumber）符號(hào)n，可以取任意正整數(shù)值，即n=1，2，3，…它是決定電子能量的主要因素。氫原子只有一個(gè)電子，能量只由n決定

多電子原子存在電子間排斥，能量還取決于l。第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)主量子數(shù)（principalquantumnumber）n

還決定電子離核的平均距離，或者說(shuō)原子軌道的大小，n也稱為電子層（shell）。n

愈大，電子離核距離愈遠(yuǎn)，原子軌道也愈大。電子層用下列符號(hào)表示：電子層n1234···符號(hào)KLMN···第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)電子層n1234··第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)軌道角動(dòng)量量子數(shù)（orbitalangularmomentumquantumnumber）符號(hào)l

，它只能取小于n的正整數(shù)和零

l=0、1、2、3…(n–1)，共可取n個(gè)值它決定原子軌道的形狀。第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)軌道角動(dòng)量量子數(shù)（orbitalangularmomentumquantumnumber）在多電子原子中l(wèi)

還和n共同決定電子能量的高低。當(dāng)n給定，l愈大，原子軌道能量越高。l稱為能級(jí)或電子亞層（subshell或sublevel）。電子亞層用下列符號(hào)表示：能級(jí)符號(hào)spdf···l0123···第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)能級(jí)符號(hào)spdf···第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)磁量子數(shù)（magneticquantumnumber）符號(hào)m

，可以取–l到+l的2l+1個(gè)值，即m=0、±1、±2，…，±l它決定原子軌道的空間取向。l亞層共有2l+1個(gè)不同空間伸展方向的原子軌道。例如l=1時(shí)，m=0、±1，p軌道有三種取向，或l亞層有3個(gè)p軌道。相同能級(jí)的軌道能量相等，稱為簡(jiǎn)并軌道或等價(jià)軌道（equivalentorbital）。第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)自旋磁量子數(shù)（spinmagneticquantumnumber）符號(hào)ms

，取+1/2和-1/2兩個(gè)值，表示電子自旋的兩種相反方向，也可用箭頭符號(hào)↑和↓表示。兩個(gè)電子自旋方向相同稱為平行自旋，方向相反稱反平行自旋。原子軌道由n、l和m決定，電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由n、l、m、ms確定。一個(gè)原子軌道最多容納兩個(gè)自旋相反的電子，每電子層最多容納的電子總數(shù)應(yīng)為2n2。第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)量子數(shù)組合和原子軌道數(shù)主量子數(shù)n軌道角動(dòng)量量子數(shù)l磁量子數(shù)m波函數(shù)ψ同層軌道數(shù)（n2）容納電子數(shù)（2n2）100ψ1s12200ψ2s4810±1ψ2pz

ψ2pxψ2py第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)主量子數(shù)n軌道角動(dòng)量量第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)量子數(shù)組合和原子軌道數(shù)主量子數(shù)n軌道角動(dòng)量量子數(shù)l磁量子數(shù)m波函數(shù)ψ同層軌道數(shù)（n2）容納電子數(shù)（2n2）300ψ3s91810±1ψ3pz

ψ3pxψ3py20±1±2ψ3dz2

ψ3dxzψ3dyzψ3dxyψ3dx2-y2第二節(jié)氫原子的波函數(shù)一.量子數(shù)主量子數(shù)n軌道角動(dòng)量量第二節(jié)氫原子的波函數(shù)(1)n=3的原子軌道可有哪些軌道角動(dòng)量量子數(shù)和磁量子數(shù)？該電子層有多少原子軌道？

(2)Na原子的最外層電子處于3s亞層，試用n、l、m、

ms量子數(shù)來(lái)描述它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。(1)當(dāng)n=3，l=0，1，2；當(dāng)l=0，m=0；當(dāng)l=1，m=-1，0，+1；當(dāng)l=2，l=-2，-1，0，+1，+2；共有9個(gè)原子軌道。

(2)3s亞層的n=3、l=0、m=0，電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可表示為3，0，0，+1/2（或-1/2

）。第二節(jié)氫原子的波函數(shù)(1)n=3的原子軌道可有哪些軌第二節(jié)氫原子的波函數(shù)二.原子軌道的角度分布徑向波函數(shù)（radialwavefunction）和角度波函數(shù)（angularwavefunction）波函數(shù)ψn,l,m(r,θ,φ)有三個(gè)自變量r、θ、φ，可表示為函數(shù)Rn,l

(r)和Yl,m(θ,φ)的積：ψn,l,m(r,θ,φ)=Rn,l(r)·Yl,m(θ,φ)Rn,l(r)稱為徑向波函數(shù)，它是電子與核的距離r的函數(shù)，與n和l有關(guān)。Yl,m(θ,φ)稱為角度波函數(shù)，它是方位角θ和φ的函數(shù)，與l和m有關(guān)，表達(dá)電子在核外空間的取向。第二節(jié)氫原子的波函數(shù)二.原子軌道的角度分布第二節(jié)氫原子的波函數(shù)二.原子軌道的角度分布角度分布圖：角度波函數(shù)的圖形，描繪Yl,m(θ,φ)值隨方位角改變而變化的情況。氫原子的一些波函數(shù)軌道Rn，l(r)

Yl,m(θ,φ)

能量/J

1sA1e-Br√1/4π-2.18×10-182sA2(2-Br)e-Br/2√1/4π-2.18×10-18/222pz2px2pyA3re-Br/2√3/4πcosθ√3/4πsinθcosφ√3/4πsinθsinφ第二節(jié)氫原子的波函數(shù)二.原子軌道的角度分布軌道Rn第二節(jié)氫原子的波函數(shù)二.原子軌道的角度分布s軌道的角度波函數(shù)是常數(shù)。離原子核(原點(diǎn))距離相同的點(diǎn)函數(shù)值處處相等(a)，這些點(diǎn)形成球面，球面所在球體就是s軌道圖形(b)。概率密度的角度部分Y2l,m圖形也是一個(gè)球形(c)。abc第二節(jié)氫原子的波函數(shù)二.原子軌道的角度分布abc第二節(jié)氫原子的波函數(shù)二.原子軌道的角度分布p軌道的角度波函數(shù)的值隨θ和φ的改變而改變，如pz，

Ypz=

cosθ。據(jù)cosθ值繪出雙波瓣圖形。每波瓣為一球體，沿z軸伸展。在xy平面上下，波函數(shù)值相反，平面上為零，此平面稱為節(jié)面。θ0°30°60°90°120°150°180°Ypz0.4890.4230.2440-0.244-0.423-0.489第二節(jié)氫原子的波函數(shù)二.原子軌道的角度分布θ0°30第二節(jié)氫原子的波函數(shù)二.原子軌道的角度分布右圖a是三個(gè)p軌道的角度分布圖，b是電子云的角度部分。電子云圖形比相應(yīng)的角度波函數(shù)圖形瘦；電子云圖形兩個(gè)波瓣不再有代數(shù)符號(hào)的區(qū)別。ab第二節(jié)氫原子的波函數(shù)二.原子軌道的角度分布ab第二節(jié)氫原子的波函數(shù)d軌道有兩個(gè)節(jié)面，橄欖形波瓣。dz2負(fù)波瓣呈環(huán)，但和其它d軌道等價(jià)。dxy、dxz和dyz波瓣在45o坐標(biāo)軸夾角伸展，dx2-y2和dz2在坐標(biāo)軸上伸展。共軸線的波瓣代數(shù)符號(hào)相同。電子云圖形相應(yīng)比較瘦且沒(méi)有符號(hào)的區(qū)別。第二節(jié)氫原子的波函數(shù)d軌道有兩個(gè)節(jié)面，橄欖形波瓣。dz2負(fù)第二節(jié)氫原子的波函數(shù)原子軌道的徑向分布①

R2n,l(r)圖R21,0(r)對(duì)r作圖（右上）與１s電子云的徑向分布圖（右下）對(duì)比。離核越近，1s電子出現(xiàn)的概率密度越大。在原子核處概率密度將達(dá)最大值。難道電子最可能出現(xiàn)在原子核上？注意：概率密度和概率的區(qū)別。第二節(jié)氫原子的波函數(shù)原子軌道的徑向分布第二節(jié)氫原子的波函數(shù)原子軌道的徑向分布②徑向分布函數(shù)（radialdistributionfunction）概率=概率密度×體積。距核r處的體積表示：半徑r的球面與球面微厚度dr的積，4πr2dr。概率=R2n,l

(r)4πr2dr

=D(r)dr式中定義了徑向分布函數(shù)D(r)：D(r)=R2n,l

(r)4πr2

第二節(jié)氫原子的波函數(shù)原子軌道的徑向分布第二節(jié)氫原子的波函數(shù)原子軌道的徑向分布③徑向分布函數(shù)圖第二節(jié)氫原子的波函數(shù)原子軌道的徑向分布第二節(jié)氫原子的波函數(shù)原子軌道的徑向分布從徑向分布函數(shù)圖可以看出：在基態(tài)氫原子中電子概率的極大值在r＝a0（52.9pm）處，a0稱為玻爾半徑。核附近概率密度雖大，但r極小，體積幾乎為零，概率也小得為零。徑向分布函數(shù)圖有(n-l)個(gè)峰。n一定時(shí)，l越小，峰越多，電子在核附近出現(xiàn)的可能性越大。例如，4s的第一個(gè)峰甚至鉆到比3d的主峰離核更近的距離之內(nèi)去了。外層電子也可以在內(nèi)層出現(xiàn)，這也反映了電子的波動(dòng)性。第二節(jié)氫原子的波函數(shù)原子軌道的徑向分布第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)一.多電子原子的能級(jí)在多電子原子中，每個(gè)電子都各有其波函數(shù)ψi

，同樣取決于一組量子數(shù)n、l、m。各電子層中的軌道數(shù)與氫原子中各電子層軌道數(shù)相等。多電子原子的波函數(shù)的角度部分Y(θ,φ)和氫原子的相似，所以多電子原子各原子軌道角度分布圖與氫原子各原子軌道的角度分布圖相似。電子云的角度分布圖|Y|

2也相似。多電子原子的能量等于處于各能級(jí)的電子能量的總和第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)一.多電子原子的能級(jí)第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)一.多電子原子的能級(jí)屏蔽作用（screeningeffect）原子中電子i受其它電子排斥，抵消了部分核電荷的吸引，稱為對(duì)電子i的屏蔽。用屏蔽常數(shù)σ（screeningconstant）表示抵消掉的部分核電荷。能吸引電子i的核電荷是有效核電荷（effectivenuclearcharge）Z′，它是核電荷Z和屏蔽常數(shù)σ的差：Z′=Z–σ第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)一.多電子原子的能級(jí)第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)一.多電子原子的能級(jí)屏蔽作用（screeningeffect）以Z′代替Z，近似計(jì)算電子i的能量外層電子對(duì)內(nèi)層電子，σ=0；

n-1層電子對(duì)n層電子，σ=0.85；更內(nèi)層的電子對(duì)外層電子，σ=1.00；同層電子之間，σ=0.35；

1s電子之間，σ=0.30。第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)一.多電子原子的能級(jí)第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)一.多電子原子的能級(jí)屏蔽作用（screeningeffect）l相同，n不同時(shí)，n越大，電子層數(shù)越多，外層電子受到的屏蔽作用越強(qiáng)，軌道能級(jí)愈高：E1s

＜E2s

＜E3s

＜…E2p

＜E3p

＜E4p

＜……n相同，l不同時(shí)，l愈小，D(r)的峰越多，電子鉆穿能力愈強(qiáng)，在核附近出現(xiàn)的可能性越大，能量就愈低：Ens

＜Enp

＜End＜Enf＜…第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)一.多電子原子的能級(jí)第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)一.多電子原子的能級(jí)能級(jí)交錯(cuò)n、l都不同，一般n越大，能級(jí)愈高。但有反?，F(xiàn)象，如E4s＜E3d，這一現(xiàn)象稱為能級(jí)交錯(cuò)。Pauling的近似能級(jí)：E1s

＜E2s

＜E2p＜E3s

＜E3p＜E4s＜E3d＜E4p＜…徐光憲提出的估算能級(jí)的方法：（n+0.7l）值愈大，能級(jí)愈高。第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)一.多電子原子的能級(jí)第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)原子的電子組態(tài)（electronicconfiguration）基態(tài)原子的電子排布三原則：Pauli不相容原理(Pauliexclusionprinciple)同一原子中不可能有2個(gè)電子具有四個(gè)完全相同的量子數(shù)。如果兩個(gè)電子的n、l、m相同，s必然相反。即一個(gè)原子軌道中不存在自旋相同的兩個(gè)電子。例如：Ca原子的兩個(gè)4s電子，一個(gè)是（4,0,0,1/2），另一個(gè)則是（4,0,0,-1/2）。第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)原子的電子組態(tài)（electro第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)原子的電子組態(tài)（electronicconfiguration）能量最低原理又稱構(gòu)造原理（building-upprinciple或Aufbauprinciple）基態(tài)原子電子排布時(shí)，總是先占據(jù)能量最低的軌道。當(dāng)?shù)湍芰寇壍勒紳M后，才排入高能量的軌道，以使整個(gè)原子能量最低。例1：H：1s1；He：1s2；Li：1s22s1。例2：19K：1s22s22p63s23p64s1(K、L、M電子層填充了18個(gè)電子以后，其后的電子不是填充3d軌道，而是占據(jù)4s軌道，因?yàn)镋4s＜E3d)。第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)原子的電子組態(tài)（electro原子的電子組態(tài)（electronicconfiguration）Hund規(guī)則（Hund’srule）電子在能量相同的軌道（簡(jiǎn)并軌道）上排布時(shí)，總是盡可能以自旋相同的方向，分占不同的軌道，因?yàn)檫@樣的排布方式總能量最低。例：7N：1s22s22p3，三個(gè)2p電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：（2,1,0,1/2

）

；（2,1,1,1/2

）

；（2,1,-1,1/2）用原子軌道方框圖表示：7N第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)1s2s2p原子的電子組態(tài)（electronicconfigurati第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)原子的電子組態(tài)（electronicconfiguration）Hund規(guī)則的補(bǔ)充規(guī)定：簡(jiǎn)并軌道全充滿、半充滿、或全空，是能量較低的穩(wěn)定狀態(tài)。例：24Cr：1s22s22p63s23p63d54s129Cu：1s22s22p63s23p63d104s1

不能寫(xiě)做：24Cr：1s22s22p63s23p63d44s229Cu：1s22s22p63s23p63d94s2

第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)原子的電子組態(tài)（electro第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)原子的電子組態(tài)（electronicconfiguration）電子組態(tài)的寫(xiě)法原子的電子組態(tài)：書(shū)寫(xiě)20號(hào)元素以后基態(tài)原子的電子組態(tài)時(shí)要注意，雖然電子填充按近似能級(jí)順序進(jìn)行，但電子組態(tài)必須按電子層排列。例：21Sc的電子組態(tài)1s22s22p63s23p63d14s2填充電子時(shí)4s比3d能量低，先填4s，后填3d，但形成離子時(shí)，先失去4s電子，3d仍然是內(nèi)層軌道。電離時(shí)Sc失去1個(gè)4s電子而不是3d電子。第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)原子的電子組態(tài)（electr第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)原子的電子組態(tài)（electronicconfiguration）①原子的電子組態(tài)：把內(nèi)層達(dá)稀有氣體電子層結(jié)構(gòu)部分用稀有氣體的元素符號(hào)加方括號(hào)表示為原子芯(atomickernel)。例：20Ca：1s22s22p63s23p64s2寫(xiě)作[Ar]4s2，

26Fe：[Ar]3d64s2；

47Ag：[Kr]4d105s1第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)原子的電子組態(tài)（electr第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)原子的電子組態(tài)（electronicconfiguration）離子的電子組態(tài)：仿照原子電子組態(tài)方式書(shū)寫(xiě)例如：26Fe３＋：[Ar]3d５4s０；４S軌道先排，先失第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)原子的電子組態(tài)（electr第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)按電子排布的規(guī)律，寫(xiě)出22號(hào)元素鈦的基態(tài)電子組態(tài)。根據(jù)能量最低原理，將鈦的22個(gè)電子從能量最低的1s軌道排起，1s軌道只能排2個(gè)電子，第3、4個(gè)電子填入2s軌道，2p能級(jí)有三個(gè)軌道，填6個(gè)電子。再以后填入3s、3p。3p填滿后是18個(gè)電子。因?yàn)?s能量比3d低，所以后4個(gè)電子應(yīng)先填入4s軌道兩個(gè)，剩下的2個(gè)電子填入3d。鈦的基態(tài)電子排布式為：1s22s22p63s23p63d24s2

。第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)按電子排布的規(guī)律，寫(xiě)出22號(hào)元第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)原子的電子組態(tài)（electronicconfiguration）價(jià)電子（valenceelectron）：化學(xué)反應(yīng)中原子芯部分的電子結(jié)構(gòu)不變化，改變的是價(jià)電子。價(jià)電子所處的電子層稱為價(jià)電子層（valenceshell）。例：Fe價(jià)層電子組態(tài)是3d64s2Ag的價(jià)層電子組態(tài)是4d105s1原子芯寫(xiě)法的另一優(yōu)點(diǎn)是指明了元素的價(jià)層電子結(jié)構(gòu)。第三節(jié)多電子原子的原子結(jié)構(gòu)原子的電子組態(tài)（electr第四節(jié)原子的電子組態(tài)與元素周期表能級(jí)組和元素周期能級(jí)組ns到np為第n能級(jí)組，(n-1)d或(n-2)f也屬于第n能級(jí)組。不同能級(jí)組能量差別大，同一能級(jí)組內(nèi)各能級(jí)之間能量差別小。一.原子的電子組態(tài)與元素周期表第四節(jié)原子的電子組態(tài)與元素周期表能級(jí)組和元素周期一.第四節(jié)原子的電子組態(tài)與元素周期表元素周期（period）能級(jí)組對(duì)應(yīng)周期。第1周期僅1s能級(jí)。第n周期ns能級(jí)到np能級(jí)。元素的外層電子結(jié)構(gòu)從ns1開(kāi)始到np6結(jié)束。元素的數(shù)目與能級(jí)組最多能容納的電子數(shù)目一致。第四節(jié)原子的電子組態(tài)與元素周期表元素周期（period）第四節(jié)原子的電子組態(tài)與元素周期表預(yù)測(cè)第7周期完成時(shí)共有多少個(gè)元素。按電子排布的規(guī)律，第7周期從7s能級(jí)開(kāi)始填充電子，然后依次是5f、6d、7p。7s能級(jí)有1個(gè)原子軌道，5f有7個(gè)、6d有5個(gè)、7p有3個(gè)，共有16個(gè)原子軌道，最多能填滿32個(gè)電子。所以第7周期完成時(shí)共有32個(gè)元素。第四節(jié)原子的電子組態(tài)與元素周期表預(yù)測(cè)第7周期完成時(shí)共有多第四節(jié)原子的電子組態(tài)與元素周期表一.原子的電子組態(tài)與元素周期表價(jià)層電子組態(tài)與族族（group）：周期表根據(jù)價(jià)層電子組態(tài)，把性質(zhì)相似的元素歸為一族。第四節(jié)原子的電子組態(tài)與元素周期表一.原子的電子組態(tài)第四節(jié)原子的電子組態(tài)與元素周期表一.原子的電子組態(tài)與元素周期表價(jià)層電子組態(tài)與族主族：周期表中共有IA~ⅧA8個(gè)主族，其中ⅧA族又稱0族。主族元素的價(jià)層電子組態(tài)：內(nèi)層軌道是全充滿的，外層電子組態(tài)是ns1到ns2np6，外電子層同時(shí)又是價(jià)層。外層電子的總數(shù)等于族數(shù)。H和He特殊一些，H屬于IA族、He屬于0族，它們只有一個(gè)電子層，電子組態(tài)是ns1到ns2。第四節(jié)原子的電子組態(tài)與元素周期表一.原子的電子組態(tài)第四節(jié)原子的電子組態(tài)與元素周期表一.原子的電子組態(tài)與元素周期表價(jià)層電子組態(tài)與族副族：IB~ⅧB(niǎo)8個(gè)副族。特征：(n-1)d或(n-2)f軌道填充電子，(n-2)f、(n-1)d和ns都是價(jià)層。第4、5周期各10個(gè)副族元素(n-1)d軌道被填充；ⅢB~ⅦB族，族數(shù)等于(n-1)d與ns電子數(shù)的總和；ⅧB(niǎo)族有三列元素，(n-1)d與ns電子數(shù)和為8~10；IB、ⅡB族，完成(n-1)d10結(jié)構(gòu)；ns電子數(shù)等于族數(shù)。第四節(jié)原子的電子組態(tài)與元素周期表一.原子的電子組態(tài)第四節(jié)原子的電子組態(tài)與元素周期表一.原子的電子組態(tài)與元素周期表價(jià)層電子組態(tài)與族第6、7周期，ⅢB族是鑭系和錒系各15個(gè)元素，電子結(jié)構(gòu)是(n-2)f軌道被填充并最終填滿，其(n-1)d軌道電子數(shù)為1或0。ⅣB族到ⅡB族元素的(n-2)f軌道全充滿，(n-1)d和ns軌道的電子結(jié)構(gòu)與第4、5周期相應(yīng)的副族元素類(lèi)似。第四節(jié)原子的電子組態(tài)與元素周期表一.原子的電子組態(tài)第四節(jié)原子的電子組態(tài)與元素周期表一.原子的電子組態(tài)與元素周期表元素分區(qū)：據(jù)價(jià)電子組態(tài)，周期表分為5個(gè)區(qū)。s區(qū)：元素價(jià)層電子組態(tài)是ns1和ns2，IA和ⅡA族，活潑金屬，易形成+1或+2價(jià)離子。沒(méi)有可變的氧化值。但H不是金屬元素，在化合物中的氧化值是+1，在金屬氫化物中是-1。p區(qū)：價(jià)層電子組態(tài)是ns2np1~6，ⅢA~ⅦA，0族元素，大部分是非金屬，0族是稀有氣體。元素多有可變的氧化值。但He的電子組態(tài)是1s2，屬稀有氣體。第四節(jié)原子的電子組態(tài)與元素周期表一.原子的電子組態(tài)第四節(jié)原子的電子組態(tài)與元素周期表一.原子的電子組態(tài)與元素周期表元素分區(qū)：d區(qū)：價(jià)層電子組態(tài)為(n-1)d1~8ns2或(n-1)d9ns1或(n-1)d10ns0

，有例外。ⅢB~ⅦB，Ⅷ族元素，金屬，有多種氧化值。ds區(qū)：價(jià)層電子組態(tài)為(n-1)d10ns1~2，IB和ⅡB族，它們都是金屬，一般有可變氧化值。f區(qū)：價(jià)層電子組態(tài)(n-2)f0~14(n-1)d0~2ns2，鑭系和錒系。最外層電子數(shù)、次外層電子數(shù)大都相同，(n–2)層電子數(shù)目不同，每個(gè)系內(nèi)元素化學(xué)性質(zhì)極相似。都是金屬，有可變氧化值。第四節(jié)原子的電子組態(tài)與元素周期表一.原子的電子組態(tài)第四節(jié)原子的電子組態(tài)與元素周期表一.原子的電子組態(tài)與元素周期表元素分區(qū)：0(n-1)d1~8ns2或(n-1)d9ns1或(n-1)d10ns0第四節(jié)原子的電子組態(tài)與元素周期表一.原子的電子組態(tài)第四節(jié)原子的電子組態(tài)與元素周期表一.原子的電子組態(tài)與元素周期表過(guò)渡元素（transitionelement）和稀土元素全部副族元素都稱為過(guò)渡元素。包括d區(qū)、ds區(qū)和f區(qū)的元素。其中鑭系和錒系元素稱為內(nèi)過(guò)渡元素（innertransitionelement）。過(guò)渡元素原子的最外層電子數(shù)較少，除鈀外都只有1~2個(gè)電子，所以它們都是金屬元素。它們的(n-1)d軌道未充滿或剛充滿，或f軌道也未充滿，所以在化合物中常有多種氧化值，性質(zhì)與主族元素有較大的差別。第四節(jié)原子的電子組態(tài)與元素周期表一.原子的電子組態(tài)第四節(jié)原子的電子組態(tài)與元素周期表二.元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律有效核電荷每增加一個(gè)周期，就增加一