高中化學(xué)競賽輔導(dǎo)課件第八章原子結(jié)構(gòu).ppt

1、8.1 氫原子結(jié)構(gòu),8.2 多電子原子結(jié)構(gòu),8.3 元素周期律,第八章 原子結(jié)構(gòu),8.1.1 氫原子光譜與Bohr理論,8.1 氫原子結(jié)構(gòu),8.1.5 氫原子的激發(fā)態(tài),8.1.4 氫原子的基態(tài),8.1.3 Schrdinger方程與量子數(shù),8.1.2 電子的波粒二象性,1.光和電磁輻射,8.1.1 氫原子光譜與Bohr理論,紅 橙 黃 綠 青 藍(lán) 紫,2.氫原子光譜,H,H,H,H,不連續(xù)光譜,即線狀光譜 其頻率具有一定的規(guī)律,n= 3,4,5,6,式中 2，n，3.2891015各代表什么意義？,經(jīng)驗公式：,氫原子光譜特征：,3.Bohr理論 三點假設(shè)： 核外電子只能在有確定半徑和能量的軌道

2、上運動,且不輻射能量； 通常，電子處在離核最近的軌道上，能量最低基態(tài)；原子獲得能量后，電子被激發(fā)到高能量軌道上，原子處于激發(fā)態(tài)； 從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)釋放光能，光的頻率取決于軌道間的能量差。,E：軌道能量 h：Planck常數(shù),n = 3 紅（H） n = 4 青（H ） n = 5 藍(lán)紫 （ H ） n = 6 紫（H ）,Balmer線系,原子能級,Balmer線系,RH：Rydberg常數(shù)，其值 為2.17910-18J。,借助于氫原子光譜的能量關(guān)系式可定出氫原子各能級的能量：,1924年，Louis de Broglie認(rèn)為：質(zhì)量為 m ，運動速度為的粒子，相應(yīng)的波長為：,8.1.2 電子

3、的波粒二象性,1927年，Davissson和Germer應(yīng)用Ni晶體進(jìn)行電子衍射實驗，證實電子具有波動性。,=h/m=h/p， h=6.62610-34Js，Plank常量。,1.Schrdinger方程,8.1.3 Schrdinger方程與量子數(shù),直角坐標(biāo)( x,y,z)與球坐標(biāo)(r,)的轉(zhuǎn)換,2.四個量子數(shù), 主量子數(shù) n, 磁量子數(shù) m, 自旋量子數(shù) ms, 角量子數(shù),n=1, 2, 3,與電子能量有關(guān)，對于氫原子，電子能量唯一決定于n；,不同的n值，對應(yīng)于不同的電子層：,主量子數(shù)n：, K L M N O,角量子數(shù)l ： l 的取值 0，1，2，3n1 對應(yīng)著 s, p, d, f

4、. (亞層) l 決定了的角度函數(shù)的形狀。,磁量子數(shù)m： m可取 0，1, 2l ； 其值決定了角度函數(shù)的空間取向。,n, l, m 一定，軌道也確定,0 1 2 3 軌道 s p d f 例如: n =2， l =0， m =0， 2s n =3， l =1， m =0， 3pz n =3， l =2， m =0， 3dz2,思考題： 當(dāng)n為3時, l ,m 分別可以取何值？軌道的名稱怎樣?,1.總能量,2.波函數(shù),角度部分：,徑向部分：,8.1.4 氫原子的基態(tài),是一種球形對稱分布,角度部分,3.波函數(shù)的物理意義,2 ：原子核外出現(xiàn)電子的概率密度。,電子云是電子出現(xiàn)概率密度的形象化描述。,

5、徑向分布函數(shù)D(r)：,空間微體積,試問D(r)與2 的圖形有何區(qū)別?,1. 2s態(tài)： n=2, l=0, m=0,8.1.5 氫原子的激發(fā)態(tài),2. 2p態(tài)：n =2 , l =1 , m = +1,0,-1,3. 3d態(tài)：n=3, l=2, m=0,小結(jié)：量子數(shù)與電子云的關(guān)系,n：決定電子云的大小,l：描述電子云的形狀,m：描述電子云的伸展方向,8.2.1 多電子原子軌道能級,8.2 多電子原子結(jié)構(gòu),8.2.2 核外電子排布,軌道：與氫原子類似，其電子運動狀態(tài) 可描述為1s, 2s, 2px, 2py, 2pz, 3s 能量：與氫原子不同, 能量不僅與n有關(guān), 也與l有關(guān); 在外加場的作用下

6、, 還 與m有關(guān)。,8.2.1 多電子原子軌道能級,1.Pauling近似能級圖,2.Cotton原子軌道能級圖,n 相同的氫原子軌道的簡并性。 原子軌道的能量隨原子序數(shù)的增大而降低。 隨著原子序數(shù)的增大，原子軌道產(chǎn)生能級交錯現(xiàn)象。,3.屏蔽效應(yīng),為屏蔽常數(shù)，可用 Slater 經(jīng)驗規(guī)則算得。,Z= Z*，Z* 有效核電荷數(shù),進(jìn)入原子內(nèi)部空間，受到核的較強(qiáng)的吸引作用。,2s,2p軌道的徑向分布圖,3d 與 4s軌道的徑向分布圖,4.鉆穿效應(yīng),核外電子分布三規(guī)則：,最低能量原理 電子在核外排列應(yīng)盡先分布在低能級軌道上, 使整個原子系統(tǒng)能量最 低。,Pauli不相容原理 每個原子軌道中最多容納兩個

7、自旋方式相反的電子。,Hund 規(guī)則 在 n 和 l 相同的軌道上分布的電子,將盡可能分占 m 值不同的軌道, 且自旋平行。,8.2.2 核外電子排布,半滿全滿規(guī)則： 當(dāng)軌道處于全滿、半滿時，原子較穩(wěn)定。,Z = 26 Fe：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2,N：1s2 2s2 2p3,原子芯,8.3.1 原子的電子層結(jié)構(gòu)和 元素周期系,8.3 元素周期律,8.3.2 元素性質(zhì)的周期性,8.3.1 原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期系,元素周期律：元素以及由它形成的單質(zhì)和化合物的性質(zhì)，隨著元素的原子序數(shù)(核電荷數(shù))的依次遞增，呈現(xiàn)周期性的變化。,元素周期表(長表)：,周期號數(shù)等于

8、電子層數(shù)。 各周期元素的數(shù)目等于相應(yīng)能級組中原子軌道所能容納的電子總數(shù)。 主族元素的族號數(shù)等于原子最外層電子數(shù)。,s 區(qū)ns12 p 區(qū)ns2np16 d 區(qū)(n1)d110ns12 (Pd無 s 電子) f 區(qū)(n2)f114(n1)d02ns2,結(jié)構(gòu)分區(qū)：,量子數(shù)，電子層，電子亞層之間的關(guān)系,每個亞層中軌道數(shù)目,1 3 5 7,2 6 10 14,2 8 18 2n2,每個亞層最多容納電子數(shù),每個電子層最多 容納的電子數(shù),主量子數(shù) n 1 2 3 4,電子層 K L M N,角量子數(shù) l 0 1 2 3,電子亞層 s p d f,1.有效核電荷Z*,元素原子序數(shù)增加時，原子的有效核電荷Z*

9、呈現(xiàn)周期性的變化。 同一周期： 短周期：從左到右，Z*顯著增加。 長周期：從左到右，前半部分有Z*增加 不多，后半部分顯著增加。 同一族：從上到下，Z*增加，但不顯著。,8.3.2 元素性質(zhì)的周期性,2.原子半徑（r）,共價半徑,van der Waals 半徑,主族元素：從左到右 r 減??； 從上到下 r 增大。 過渡元素：從左到右r 緩慢減??； 從上到下r略有增大。,金屬半徑,主族元素,元素的原子半徑變化趨勢,鑭系元素從左到右，原子半徑減小幅度更小，這是由于新增加的電子填入外數(shù)第三層上，對外層電子的屏蔽效應(yīng)更大，外層電子所受到的 Z* 增加的影響更小。鑭系元素從鑭到鐿整個系列的原子半徑減小

10、不明顯的現(xiàn)象稱為鑭系收縮。,3.電離能,基態(tài)氣體原子失去電子成為帶一個正電荷的氣態(tài)正離子所需要的能量稱為第一電離能，用 I 1表示。,由+1價氣態(tài)正離子失去電子成為帶+2價氣態(tài)正離子所需要的能量稱為第二電離能，用 I 2表示。,E+ (g) E 2+ (g) + e- I 2,E (g) E+ (g) + e- I 1,例如：,N、P、As、Sb、Be、Mg電離能較大 半滿，全滿。 同一主族：從上到下，最外層電子數(shù)相同；Z*增加不多，r 增大為主要因素，核對外層電子引力依次減弱，電子易失去，I 依次變小。,同一周期：主族元素從A 到鹵素，Z*增大，r 減小，I 增大。其中A 的 I1 最小，稀

11、有氣體的 I1 最大；長周期中部(過渡元素)，電子依次加到次外層， Z* 增加不多， r 減小緩慢， I 略有增加。,4.電子親和能,元素的氣態(tài)原子在基態(tài)時獲得一個電子成為一價氣態(tài)負(fù)離子所放出的能量稱為電子親和能。當(dāng)負(fù)一價離子再獲得電子時要克服負(fù)電荷之間的排斥力，因此要吸收能量。,O (g) + e - O- (g) A1 =-140.0 kJ . mol-1 O- (g) + e - O2- (g) A2 =844.2 kJ . mol-1,電子親和能的大小變化的周期性規(guī)律如下圖：,例如：,同一周期：從左到右，Z* 增大，r 減小，最外層電子數(shù)依次增多，趨向于結(jié)合電子形成 8 電子結(jié)構(gòu)，A 的負(fù)值增大。鹵素的 A 呈現(xiàn)最大負(fù)值，A為正值，稀有氣體的 A 為最大正值。 同一主族：從上到下，規(guī)律不很明顯，大部分的 A 負(fù)值變小。特例： A(N)為正值，是 p 區(qū)元素中除稀有氣體外唯一的正值。 A 的最大負(fù)值不出現(xiàn)在 F 原子而是 Cl 原子。,原子在分子中吸引電子的能力稱為元素的電負(fù)性，用 表示。