大学化学课件多电子原子结构和元素周期系.pptx
4.1.3 4.1.3 核外电子分布与周期系核外电子分布与周期系1.1.核外电子分布的原则核外电子分布的原则（一）（一）Pauli不相容原理不相容原理 在同一个原子中不可能有四个量子数完在同一个原子中不可能有四个量子数完全相同的全相同的2个电子同时存在。一个原子轨个电子同时存在。一个原子轨道上最多能容纳两个自旋方向相反的电子。道上最多能容纳两个自旋方向相反的电子。例如：例如：Ca原子的两个原子的两个4s电子，电子，一个是（一个是（4,0,0,1/2），另一），另一 个则是（个则是（4,0,0,-1/2）。）。（二）（二）Hund规则（规则（Hunds rule）电子在能量相同的轨道（等价轨道）电子在能量相同的轨道（等价轨道）上排布时，总是尽可能以自旋相同的方上排布时，总是尽可能以自旋相同的方向，分占不同的轨道，因为这样的排布向，分占不同的轨道，因为这样的排布方式总能量最低。方式总能量最低。另外，当等价轨道中的电子处于另外，当等价轨道中的电子处于半充半充满、全充满满、全充满或或全空全空的状态时具有额外的状态时具有额外的稳定性。的稳定性。半充满半充满 p3、d5、f7全充满全充满 p6、d10、f14全全 空空 p0、d0、f0例如例如 Cr 3d54s1 Cu 3d104s1(三三)能量最低原理能量最低原理 基态原子电子排布时，总是先占据能量基态原子电子排布时，总是先占据能量最低的轨道。当低能量轨道占满后，才排最低的轨道。当低能量轨道占满后，才排入高能量的轨道，以使整个原子能量最低。入高能量的轨道，以使整个原子能量最低。多电子原子能级复杂性的解释多电子原子能级复杂性的解释:（1）屏蔽作用）屏蔽作用（screening effect）：）：（2 2）钻穿效应）钻穿效应 钻穿效应：外层电子可能钻到内层出现在离核钻穿效应：外层电子可能钻到内层出现在离核较近的地方，而能量降低。较近的地方，而能量降低。一个峰一个峰四个峰四个峰三个峰三个峰（1）l 相同，相同，n越大，电子层数越多，外层电越大，电子层数越多，外层电子受到的屏蔽作用越强，轨道能级愈高：子受到的屏蔽作用越强，轨道能级愈高：E1s E2s E3s E2p E3p E4p（2）n相同，相同，l 不同时，不同时，l 愈小，愈小，D(r)的峰越的峰越多，电子钻穿能力愈强，在核附近出现多，电子钻穿能力愈强，在核附近出现的可能性越大，能量就愈低：的可能性越大，能量就愈低：Ens Enp End Enf2.2.原子轨道的能级与核外电子分布原子轨道的能级与核外电子分布n、l均不同，能量变化复杂。在一定情况下均不同，能量变化复杂。在一定情况下nd 轨道的能量可能高于轨道的能量可能高于(n+1)s轨道的能量，轨道的能量，nf 轨道的能量可能高于轨道的能量可能高于(n+2)s轨道的能量，这种轨道的能量，这种现象称为现象称为能级交错能级交错。例如例如 E4s E3d 、E5s E4d E6s E4f E5d E6p，E7s E5f E6d E7p 轨道近似能级顺序轨道近似能级顺序 判断能量的高低，我国著名的化学家判断能量的高低，我国著名的化学家徐光宪院徐光宪院士士根据光谱数据总结了一个经验规律：根据光谱数据总结了一个经验规律：对原子的外层电子来说，原子轨道的对原子的外层电子来说，原子轨道的（n0.7l）值越大，能级越高）值越大，能级越高。例如例如3d轨道（轨道（n0.7l）值为）值为4.4，而，而4s轨道为轨道为4，所，所以以E4s 过渡元素过渡元素内过渡元素内过渡元素 10pm 5pm 1pm（4）同主族）同主族从上到下从上到下，随着电子层数增加使得原子，随着电子层数增加使得原子半径半径增大增大。补充：离子半径的变化规律（1）电子层结构相同的离子半径随核电荷数）电子层结构相同的离子半径随核电荷数 的增大而减小。的增大而减小。如：如：F-Na+Mg2+Al3+（2）同一元素不同价态的微粒半径，价态越）同一元素不同价态的微粒半径，价态越 高离子半径越小。高离子半径越小。如：如：Fe Fe2+Fe3+1B Al SiGeAs Sb Te 2 3 4 5 6 7A AAA AAA 0 Po At非金属性逐渐增强非金属性逐渐增强金属性逐渐增强金属性逐渐增强金金属属性性逐逐渐渐增增强强非非金金属属性性逐逐渐渐增增强强非金属区非金属区 金属区金属区零零族族元元素素（1）电离能定义：使基态的气态原子失去一个电子形成定义：使基态的气态原子失去一个电子形成 +1价气态正离子时所需要的最低能量价气态正离子时所需要的最低能量 称第一电离能，用符号称第一电离能，用符号I1表示。表示。I1越小，表示元素的原子越容易失去电子，金越小，表示元素的原子越容易失去电子，金属性越强。属性越强。以氟的电负性为以氟的电负性为4.04.0，锂的电负性为，锂的电负性为1.01.0作为相作为相对标准对标准,得出了各元素的电负性。得出了各元素的电负性。电负性的大小也可以作为判断金属性和非金电负性的大小也可以作为判断金属性和非金属性强弱的尺度，金属的电负性一般小于属性强弱的尺度，金属的电负性一般小于2.02.0，非金属的电负性一般大于非金属的电负性一般大于2.02.0，而位于非金属三，而位于非金属三角区边界的角区边界的“类金属类金属”电负性的电负性在电负性的电负性在2.02.0左左右。它们既有金属性，又有非金属性。右。它们既有金属性，又有非金属性。(3)电负性电负性 表明分子内原子吸引电子能力的大小。表明分子内原子吸引电子能力的大小。本单元重点掌握：原子的核外电子排布式本单元重点掌握：原子的核外电子排布式课后作业：课后作业：P174页：页：38题题
