高等无机化学课件(二)ppt.ppt

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1、变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分1-1-21-1-2变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第二节第二节 原子的电子结构原子的电子结构一、一、单电子原子的结构单电子原子的结构二、二、多电子原子的结构多电子原子的结构 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分一、一、单电子原子的结构单电子原子的结构 (一）

2、一）影响单电子原子核外电子能量状态的基本因素影响单电子原子核外电子能量状态的基本因素 （二）（二）单电子原子轨道的能量单电子原子轨道的能量 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 (一）一）影响单电子原子核外电子能量状态的基本因素影响单电子原子核外电子能量状态的基本因素 核外电子的量子化特征表现在，薛定谔方程只有在某些特核外电子的量子化特征表现在，薛定谔方程只有在某些特定条件下，才有合理的解定条件下，才有合理的解(有确定的波函数有确定的波函数)。表示这些特定条。表示这些特定条件的物理量称为量子数，

3、其中表示轨道运动状态的量子数有：件的物理量称为量子数，其中表示轨道运动状态的量子数有：主量子数主量子数 （）（）角量子数角量子数 （）（）磁量子数磁量子数 （）（）自旋量子数自旋量子数（ms）- 求解薛定谔方程的过程中自然产生求解薛定谔方程的过程中自然产生 施登施登-盖拉赫盖拉赫（Stern-Gerlach）通过电子自旋实验提出的假设通过电子自旋实验提出的假设 既然电子的运动状态是不连续的，既然电子的运动状态是不连续的， 因此四个量子数的取值也是不连续的。因此四个量子数的取值也是不连续的。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力

4、系统接线组成中一个重要组成部分四个量子数的名称、符号、取值及其意义见四个量子数的名称、符号、取值及其意义见表表1-6。 运运动动方方式式名称名称符符号号取值范围取值范围意义意义轨轨道道运运动动主量子数主量子数1，2，3 K，L，M，Nn n值愈大，电子层数愈大，原子轨值愈大，电子层数愈大，原子轨道半径愈大，能量愈高。道半径愈大，能量愈高。角量子数角量子数0123（）（）s ，p ，d ，f ，决定原子轨道的角度分布形状。决定原子轨道的角度分布形状。磁量子数磁量子数 ， ， ， ， ，反映了原子轨道在空间的不同取向。反映了原子轨道在空间的不同取向。自自旋旋运运动动自旋量子数自旋量子数/代表电子的

5、两种自旋运动状态。代表电子的两种自旋运动状态。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分结论：结论：1。表示轨道运动的三个量子数的组合对应着一个原子轨道，表示轨道运动的三个量子数的组合对应着一个原子轨道，称为电子的一个量子态，称为电子的一个量子态，2。由于这三个量子数之间存在着特定的制约关系，使主量子由于这三个量子数之间存在着特定的制约关系，使主量子数数n对应的每一个电子层中，原子轨道种类和个数都是明确的。对应的每一个电子层中，原子轨道种类和个数都是明确的。3。虽然单电子体系中，原子核外只有一个电子，

6、但这些不同虽然单电子体系中，原子核外只有一个电子，但这些不同电子层和不同原子轨道的存在，表明原子核外的一个电子有可电子层和不同原子轨道的存在，表明原子核外的一个电子有可能出现的能量状态。能出现的能量状态。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分表表1-7为量子数与原子轨道的对应关系。为量子数与原子轨道的对应关系。nllmmln ,主量子数主量子数角量子数角量子数磁量子数磁量子数轨道符号轨道符号1001s变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接

7、线是电力系统接线组成中一个重要组成部分表表1-7为量子数与原子轨道的对应关系。为量子数与原子轨道的对应关系。nllmmln ,主量子数主量子数角量子数角量子数磁量子数磁量子数轨道符号轨道符号 2 002s102pZ 2pX2pY 1变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分表表1-7为量子数与原子轨道的对应关系。为量子数与原子轨道的对应关系。nllmmln ,主量子数主量子数角量子数角量子数磁量子数磁量子数轨道符号轨道符号 3003s 103pZ 3pX3pY 203d（z2） 3dXY3dYZ 3d

8、（x2-y2）3dXY112变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 （二）（二）单电子原子轨道的能量单电子原子轨道的能量 求解单电子原子体系的薛定谔方程，可以得到某一状态下求解单电子原子体系的薛定谔方程，可以得到某一状态下原子轨道的能量：原子轨道的能量：JnZevnZnZaenZhmeEn2218222200222220410179. 26 .1388或者：或者：= -B（ ） B = 13.6 ev =2.179J nE22nZ变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从

9、而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分式中式中n为主量子数，为主量子数，Z为核电荷数。为核电荷数。氢原子的氢原子的Z=1，故公式改为：，故公式改为： = -B B = 13.6 ev =2.179J ） nE21n变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 讨论：讨论： 1。由式可见，由式可见，n越大，原子轨道的能量越高。越大，原子轨道的能量越高。 2。因为涉及能量因为涉及能量E的计算公式中，并不包含角量子数的计算公式中，并不包含角量子数l和磁量和磁量子数子数m，所以同一

10、电子层内的所有原子轨道的能量都是简并的。，所以同一电子层内的所有原子轨道的能量都是简并的。 3。单电子体系原子轨道的能级顺序如下：单电子体系原子轨道的能级顺序如下： fdpsdpspssEEEEEEEEEE4444333221变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分量子力学模型与玻尔的原子结构模型有着本质的区别：量子力学模型与玻尔的原子结构模型有着本质的区别：1量子力学模型可以解决多电子原子问题，而玻尔理论对多量子力学模型可以解决多电子原子问题，而玻尔理论对多电子原子无能为力。电子原子无能为力。2用

11、波函数能解释原子的其他一些性质，如光谱线的强度等，用波函数能解释原子的其他一些性质，如光谱线的强度等，而玻尔理论不行。而玻尔理论不行。3量子力学模型在求解薛定谔方程中，通过边界条件自然地量子力学模型在求解薛定谔方程中，通过边界条件自然地出现量子数的概念。而玻尔理论中量子数是人为规定的。出现量子数的概念。而玻尔理论中量子数是人为规定的。 4在玻尔理论中，电子占据着像行星绕太阳运行那样明确的在玻尔理论中，电子占据着像行星绕太阳运行那样明确的轨道，这与事实不相符。在量子力学模型中，电子占据离域轨道，这与事实不相符。在量子力学模型中，电子占据离域轨道，所谓原子轨道是指原子核外电子的某种能量状态，原轨道

12、，所谓原子轨道是指原子核外电子的某种能量状态，原子轨道半径是指电子出现几率最大的区域离核的距离。实验子轨道半径是指电子出现几率最大的区域离核的距离。实验证明支持薛定谔方程所得的图像证明支持薛定谔方程所得的图像。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分二、二、多电子原子的结构多电子原子的结构 （一）（一）原子的电子组态原子的电子组态 (二）二）原子的电子光谱项和电子光谱支项原子的电子光谱项和电子光谱支项 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主

13、接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分（一）（一）原子的电子组态原子的电子组态 1. 原子的电子组态的表示形式原子的电子组态的表示形式2多电子原子核外电子的排布原则多电子原子核外电子的排布原则3 原子核外电子的排布顺序原子核外电子的排布顺序4原子的电子组态原子的电子组态 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 1.原子的电子组态的表示形式原子的电子组态的表示形式原子的电子组态是原子核外电子能量状态的一种表示形式原子的电子组态是原子核外电子能量状态的一种表示形式直接用原子核外的电子排布式所表示。直

14、接用原子核外的电子排布式所表示。例如例如:Na原子的电子组态为：原子的电子组态为：表示为表示为Ne 简称为简称为 组态。组态。表示了不同原子中电子的主量子数表示了不同原子中电子的主量子数n、角量子数、角量子数l的区别，的区别， 16223221spss价层电子价层电子原子实原子实13s1s变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 如果将原子的电子组态用原子如果将原子的电子组态用原子轨道能级图轨道能级图表示，则可进一表示，则可进一步表示电子的步表示电子的磁量子数磁量子数和和自旋量子数自旋量子数的差异的

15、差异。 2S 2P 1S3S 图图1-4 Na原子的原子轨道能级图原子的原子轨道能级图变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2多电子原子核外电子的排布原则多电子原子核外电子的排布原则 （1）泡利泡利(WPauli)不相容原理不相容原理（2）最低能量原理最低能量原理 （3）洪特洪特(Hund)规则规则 分述如下：分述如下：变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 （1）泡利泡利(WPauli)不相容原理不

16、相容原理 “在同一原子中没有四个量子数完全相同的电子。在同一原子中没有四个量子数完全相同的电子。” 或者：或者：“同一原子轨道只能容纳两个自旋相反的电子。同一原子轨道只能容纳两个自旋相反的电子。”由于每一电子层、每一电子亚层的轨道数确定，因此所能容由于每一电子层、每一电子亚层的轨道数确定，因此所能容纳的电子数目也是一定的。纳的电子数目也是一定的。 表表1-8 原子轨道与电子最大容量原子轨道与电子最大容量 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分（2）最低能量原理最低能量原理 “在不违背泡利原理的前提

17、下，核外电子在各原子轨道中在不违背泡利原理的前提下，核外电子在各原子轨道中的排布方式应使整个原子的能量处于最低的状态。的排布方式应使整个原子的能量处于最低的状态。” 因此，应当按照轨道的能量从低到高的顺序填充电子。因此，应当按照轨道的能量从低到高的顺序填充电子。 可是，在多电子原子中，由于电子之间复杂的相可是，在多电子原子中，由于电子之间复杂的相互作用，无法精确求出薛定谔方程的解析解，只能互作用，无法精确求出薛定谔方程的解析解，只能用近似方法处理。用近似方法处理。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组

18、成部分 钻穿效应钻穿效应 指定电子指定电子i避开其余电子的屏蔽，其电子云钻到近核区，受到避开其余电子的屏蔽，其电子云钻到近核区，受到较大的核电荷作用，使其较大的核电荷作用，使其能级降低的效应能级降低的效应。 钻穿效应把指定电子钻穿效应把指定电子i看作主体，一般是指价电子对内电子壳看作主体，一般是指价电子对内电子壳层的钻穿。层的钻穿。 故有：（故有：（3）（）（3）（）（3）的能级顺序）的能级顺序。1s2s3sD(r)r变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分屏蔽效应屏蔽效应 在多电子原子中，对某一指

19、定电子在多电子原子中，对某一指定电子i来说，其它电子对它的来说，其它电子对它的排斥作用，相当于部分地抵消排斥作用，相当于部分地抵消(或削弱或削弱)了原子核对电子了原子核对电子i的吸的吸引作用引作用 因此，电子因此，电子i所感受到的核电荷所感受到的核电荷(有效核电荷有效核电荷Z*)要比实际核要比实际核电荷电荷Z为小，为小，其能级便因此而有所升高其能级便因此而有所升高， 这种作用称为这种作用称为屏蔽效应。屏蔽效应。屏蔽的多少可用屏蔽常数衡量，屏蔽的多少可用屏蔽常数衡量， 愈大，表示其它电子屏蔽或愈大，表示其它电子屏蔽或抵消掉的核电荷愈多，有效核电荷数抵消掉的核电荷愈多，有效核电荷数Z*愈小。愈小。

20、Z*和的关系是：和的关系是： Z* = Z- （1-35） 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 屏蔽效应示意图：屏蔽效应示意图： +11+11 2 2 8 81 1变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图图1-6 有效核电荷有效核电荷*随原子序的变化随原子序的变化 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部

21、分 多电子体系的能量多电子体系的能量 斯莱特认为，在多电子原子中，指定电子斯莱特认为，在多电子原子中，指定电子i的能量表达式，形的能量表达式，形式上可采用和类氢离于相似的公式，式上可采用和类氢离于相似的公式，但用有效核电荷数但用有效核电荷数Z*代替代替Z， 用有效主量子数用有效主量子数n*代替代替n，22nZBnZBEi（B = 13.6 ev =2.179J ） （1-36）即：即： 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分有效主量子数有效主量子数n*的取值见的取值见表表1-9。 n123456n

22、*1233.74.04.2nn- n*0000.31.01.8由表数据可见，主量子数越高，由表数据可见，主量子数越高， 对应的有效主量子数的值下降得越多。对应的有效主量子数的值下降得越多。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分屏蔽常数i的确定 斯莱特（Slater）、徐光宪以及克里门蒂 (Clementi)和雷蒙弟 (Rai-mondi) 先后在1930年、1956年和1963年分别提出了关于屏蔽常数i的取值方法和近似计算方法，其规律如下： 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系

23、统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分法一、法一、斯莱特方法：斯莱特方法： 斯莱特在总结了大量光谱实验的基础上，于斯莱特在总结了大量光谱实验的基础上，于1930年提出了计年提出了计算算值的规则，该规则：值的规则，该规则：首先按首先按n和和l的顺序，将原子中的电子分为若干层：的顺序，将原子中的电子分为若干层：1S 2S2P 3S3P 3d 4S4P 4d 4f . （1-37）被屏蔽的电子（被屏蔽的电子（i电子）电子）和产生屏蔽的电子（和产生屏蔽的电子（j电子）所处的轨道不同，电子）所处的轨道不同，所产生的屏蔽常数不同。所产生的屏蔽常数不同。 变电站电气

24、主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 i电子电子j电子电子 s p d f外层外层0000同层同层0.35*0.350.350.35内内层层相邻相邻0.850.851.01.0不相邻不相邻1.01.0.1.01.0表表 屏蔽常数屏蔽常数的取值的取值 *n=1， =0.3 i变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分例题例题1-9 Ca（Z=20）原子核外电子的排列有以下两种可能）原子核外电子的排列有以下两种可能的

25、排列顺序：的排列顺序： 1S2 2S22P6 3S23P6 3d2 (1) 4S2 (2) 通过计算通过计算Ca原子中原子中3d、4s电子的能量电子的能量E3d和和E4s，判断其核外电子合理的排列顺序。判断其核外电子合理的排列顺序。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分解：解：按（按（1）排列，价层被屏蔽电子为）排列，价层被屏蔽电子为3d电子，求电子，求E3d ： 1S2 2S22P6 3S23P6 3d2排列顺序排列顺序 11S2 2S22P6（不相邻内层）（不相邻内层）3S23P6（相邻内层

26、）（相邻内层）3d2（同层）（同层）单电子屏蔽单电子屏蔽常数常数1.01.00.35产生屏蔽的产生屏蔽的电子数电子数1081 =18.35=18.35=1.0 10 + 1.0 8 + 0.3511.0 10 + 1.0 8 + 0.351d3变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分65. 135.182033ddCaZZ3ndE3-13.6ev 2nZ-13.6ev 22365. 1= - 4.1 ev 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的

27、主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分按（按（2）排列，价层被屏蔽电子为）排列，价层被屏蔽电子为 4s电子，求电子，求E4s： 1S2 2S22P6 3S23P6 4S2 排列顺序排列顺序21S2 2S22P6（不相邻内层）（不相邻内层）3S23P6（相邻内层）（相邻内层）4S2（同层）（同层）单电子屏蔽单电子屏蔽常数常数1.00.850.35产生屏蔽的产生屏蔽的电子数电子数1081 =17.15 =1.0 10 + 0.85 8 + 0.351d3变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分85.

28、 215.172034dsCaZZ7 . 3nSE4-13.6ev 2nZ-13.6ev 227 . 385. 2= - 8.07ev= - 8.07ev答：答：E4S （ - 8.07ev- 8.07ev ） E3d （ - 4.1 ev ），（2）式排列合理）式排列合理。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分斯莱特规则的特点：斯莱特规则的特点：1。应用斯莱特规则非常简便，故在一般场合经常应用，可近应用斯莱特规则非常简便，故在一般场合经常应用，可近似计算出多电子原子中和某个轨道对应的有效核电荷

29、及轨道似计算出多电子原子中和某个轨道对应的有效核电荷及轨道能量，能量，2。斯莱特规则较适用于斯莱特规则较适用于n=l-4的轨道，的轨道，3。但对于但对于n更大更大的轨道，准确性较差。的轨道，准确性较差。这是因为，该规则只考虑内层电子对外层电子的屏蔽，而实这是因为，该规则只考虑内层电子对外层电子的屏蔽，而实际上屏蔽作用应该与所有电子有关，际上屏蔽作用应该与所有电子有关，另外该规则把主量子数另外该规则把主量子数n相同的相同的S、P轨道归为一组，算出来能轨道归为一组，算出来能量相同，这显然是不精确的。量相同，这显然是不精确的。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完

30、成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 法二、法二、徐光宪改进的徐光宪改进的SlaterSlater屏蔽常数规则屏蔽常数规则 1956年北京大学徐光宪教授对Slater的方法作了改进，外层屏蔽电子jsppdf被屏蔽电子i0.000.000.000.000.00变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分同层屏蔽电子jsppdf被屏蔽电子i n1ns0.300.250.230.000.00np0.350.310.290.000.00np0.410.370.310.000.00nd

31、1.001.001.000.350.00nf1.001.001.001.000.39变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 相邻内层屏蔽电子jsppdf被屏蔽电子in1ns1.000.900.900.930.86np1.000.970.970.980.90nd1.001.001.001.000.94nf1.001.001.001.001.00变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 不相邻内层屏蔽电子j

32、sppdf被屏蔽电子i1.001.001.001.001.00p指半充满和半充满前的p电子，p指半充满后的p电子(即第四、第五、第六个p电子) 1s对2s的0.85。徐光宪的方法不仅考虑到了同层的不同轨道的差异，而且还考虑了轨道上电子数的影响，比Slater的方法更精确。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 pdspspsss434330158. 0220072. 0113 . 01式中等号右边的轨道符号（如式中等号右边的轨道符号（如3s、3p、3d） 表示不同原子中各轨道上的电子数。表示不同原

33、子中各轨道上的电子数。法三、法三、克里门蒂克里门蒂 (Clementi)和雷蒙弟和雷蒙弟 (Rai-mondi)公式公式1963年Clementi和Ruimondi使用氢到氪的自洽场波函数，对Slater的方法进行再次改进，得到一套有效电荷的计算通式，等号左边括号内的轨道表示被屏蔽的电子i所处的轨道，等号右边的轨道符号（如3s、3p、3d）表示不同轨道上产生屏蔽的电子j的电子数目，所以Clementi和Ruimondi的方法，对外层电子j的影响也予以考虑。例如例如 1S：变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个

34、重要组成部分（3）洪特洪特(Hund)规则规则 在能量相同的轨道上排布电子时，在能量相同的轨道上排布电子时，总是以自旋相同的方向优先分占不同的轨道。总是以自旋相同的方向优先分占不同的轨道。 当电子轨道处于当电子轨道处于 半充满状态半充满状态(如如p 3，d 5，f 7 )或全充满状态或全充满状态(如如p 6，d 10，f l4 )时，时， 原子核外电子的电荷在空间的分布呈球形对称，原子核外电子的电荷在空间的分布呈球形对称，有利于降低原子的能量。有利于降低原子的能量。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组

35、成部分例如：例如： Cr（Z=24）1。根据最低能量原理，核外电子排布式为：根据最低能量原理，核外电子排布式为： 1s2 2s2 2p6 3s 2 3p6 4s2 3d4 ，2。但考虑洪特规则，实际的排布式为：但考虑洪特规则，实际的排布式为： 1s2 2s2 2p6 3s 2 3p6 4s1 3d5 。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 小结：小结： 多电子原子核外电子的排布原则，体现了影响原子核外电多电子原子核外电子的排布原则，体现了影响原子核外电子运动的两大影响因素，即：子运动的两大影响因

36、素，即： 能量因素能量因素 对称性因素对称性因素这两大因素共同构成基态原子核外电子的能量最低状态。这两大因素共同构成基态原子核外电子的能量最低状态。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分3 原子核外电子的排布顺序原子核外电子的排布顺序 多电子原子核外电子运动的复杂性，使核外电子的排部没有多电子原子核外电子运动的复杂性，使核外电子的排部没有一成不变的顺序，不能用一个通式表示。一般来说有以一成不变的顺序，不能用一个通式表示。一般来说有以下下几个基本规律：几个基本规律：如果如果角量子数角量子数l相同相

37、同（轨道形状相同），（轨道形状相同）， 主量子数主量子数n越大，轨道的能量越高越大，轨道的能量越高: 1s 2s 3s 4s , 2p 3p 4p 5 p , 3d 4d 5d 6d , 4f 5f 6f 7f 。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分（2）如果如果主量子数主量子数n相同相同（电子层相同），（电子层相同）， 角量子数角量子数l越大，轨道的能量越高越大，轨道的能量越高， 6 s 6 p 6 d 6 f （3）如果主量子数如果主量子数n和角量子数和角量子数l都不相同都不相同 ,情况比

38、较复杂，情况比较复杂，由于屏蔽效应和钻穿效应的综合结果，可能会出现轨道能量由于屏蔽效应和钻穿效应的综合结果，可能会出现轨道能量交叉的现象。交叉的现象。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分鲍林鲍林（ L.Pauling ) 在前人工作的基础上，根据光谱实验数据在前人工作的基础上，根据光谱实验数据和理论计算结果，提出了多电子原子核外电子的和理论计算结果，提出了多电子原子核外电子的近似能级图（图近似能级图（图1-7）。）。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输

39、配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分按照核外电子的排布规则，多电子原子核外电子的排列顺序按照核外电子的排布规则，多电子原子核外电子的排列顺序如下式所示，式中如下式所示，式中*的轨道，出现了能量交叉现象：的轨道，出现了能量交叉现象：轨道：轨道： 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d* 4p 5s 4d* 5p 6s 4f* 5d* 6p 7s 5f* 6d* 7p 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分电子的能级顺序并不是一成不变的，电子的能级顺序并不是一成不变的，例如例

40、如，当，当Z20时（无时（无3d电子），电子），E3d E4S； 当当Z21时（有时（有d电子），电子），E3dE6S； 当当Z58（有（有4f电子），电子），E4fE6S。图图1-8为原子轨道的能量和原子序数的关系图。为原子轨道的能量和原子序数的关系图。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分徐光宪计算公式：徐光宪计算公式： 我国著名化学家徐光献先生，在总结前人工作的基础上，提出我国著名化学家徐光献先生，在总结前人工作的基础上，提出了轨道能量高低与了轨道能量高低与主量子数主量子数n和和角量子数角量

41、子数l的关系式，的关系式，该公式更为简洁，用这种方法计算得到的电离能数值与实验值符该公式更为简洁，用这种方法计算得到的电离能数值与实验值符合得很好。合得很好。式中式中n、l分别为对应轨道的分别为对应轨道的主量子数主量子数和和角量子数角量子数，其，其值越大，能量越高。值越大，能量越高。例如例如: E（4S）=（4+0.7 0）= 4， E（3d）=（3+0.7 2）= 4.4 E（3d）大于）大于E（4S）。）。 lnEln7.0)(,变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分图图1-8 原子轨道能量和

42、原子序数关系图原子轨道能量和原子序数关系图 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 授聘仪式于2006年9月19日上午在中南大学化学楼114报告厅举行，中南大学校长黄伯云院士向F. A. Cotton教授颁发中南大学名誉教授证书。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 会后中南大学及化学化工学院的有关领导、专家与科顿教授的亲切合影。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而

43、完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分4原子的电子组态原子的电子组态表表1-11列出列出1-109号元素原子的基态电子组态号元素原子的基态电子组态。 表中各原子电子组态的电子排布式并不反映电子填充过程中表中各原子电子组态的电子排布式并不反映电子填充过程中电子排列的先后顺序。电子排列的先后顺序。例如例如Zn（30）原子）原子，电子的排列顺序为：，电子的排列顺序为： 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 ，而它的电子组态表示为：而它的电子组态表示为： 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 或或 Ar 3d104s2。 变电站电气主

44、接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分 如果如果Zn原子发生电离，首先失去的不是次外层的原子发生电离，首先失去的不是次外层的3d电子，电子，而是最外层的而是最外层的4s电子。电子。 换一句话说，原子电离成为阳离子的过程中，失去电子的换一句话说，原子电离成为阳离子的过程中，失去电子的顺序并不是电子排布的逆顺序。顺序并不是电子排布的逆顺序。 这是因为多电子原子轨道的能级高低，不仅与主量子数这是因为多电子原子轨道的能级高低，不仅与主量子数n、角量子数、角量子数l有关，而且还和电子的填充情况有关。有关，而且还和电子的

45、填充情况有关。一个轨道在填入电子前后，能量会发生变化一个轨道在填入电子前后，能量会发生变化。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分我国徐光献先生建议，原子在填入电子的过程中，我国徐光献先生建议，原子在填入电子的过程中，按按（ + 0.7 ）的公式计算轨道的能量，由能量从低到高的顺序排入电子；的公式计算轨道的能量，由能量从低到高的顺序排入电子；原子在电离的过程中，原子在电离的过程中，按按（ + 0.4 ）的公式计算轨道的能量，由能量从高到低的顺序失去电子。的公式计算轨道的能量，由能量从高到低的顺序失

46、去电子。 nlnl变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分(二）二）原子的电子光谱项和电子光谱支项原子的电子光谱项和电子光谱支项* 原子的电子组态，虽然简单直观，但还无法表示影响多电原子的电子组态，虽然简单直观，但还无法表示影响多电子原子能量状态的所有因素，因此是不全面的。多电子原子核子原子能量状态的所有因素，因此是不全面的。多电子原子核外电子运动的复杂性，决定了核外电子能量状态影响因素的多外电子运动的复杂性，决定了核外电子能量状态影响因素的多样性。除了主量子数之外，样性。除了主量子数之外，其他影响

47、因素分别介绍如下其他影响因素分别介绍如下： 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分(二）二）原子的电子光谱项和电子光谱支项原子的电子光谱项和电子光谱支项*1电子的角量子数与原子的总角量子数电子的角量子数与原子的总角量子数2电子的磁量子数与原子的总磁量子数电子的磁量子数与原子的总磁量子数3原子和基态离子的电子光谱项原子和基态离子的电子光谱项 4原子和基态离子的电子光谱支项原子和基态离子的电子光谱支项5微态数微态数 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。

48、变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分1电子的角量子数与原子的总角量子数电子的角量子数与原子的总角量子数 单个电子的运动方式包括单个电子的运动方式包括: 运动方式运动方式 产生的角动量产生的角动量 表示方法表示方法(1)轨道运动轨道运动(2)自旋运动自旋运动(3)轨道轨道-自旋自旋运动运动（轨道运动与自旋运动的相互影响，又称（轨道运动与自旋运动的相互影响，又称 偶合）偶合） sl 轨道角动量（轨道角动量（ ）lp自旋角动量（自旋角动量（ ）sp 总角动量总角动量 （ ）jp轨道角量子数（轨道角量子数（ ） 自旋角量子数（自旋角量子数（ ）总角量子数总角量子数( ) ( 内量子数内量

49、子数 )lsj变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分1电子的角量子数与原子的总角量子数电子的角量子数与原子的总角量子数 整个原子中整个原子中所有电子所有电子的总的运动状态包括：的总的运动状态包括： 运动方式运动方式 产生的角动量产生的角动量 表示方法表示方法总总轨道运动轨道运动总总自旋运动自旋运动总总轨道轨道-自旋运动自旋运动 总总轨道角量子数轨道角量子数 （ ） 总总自旋角量子数自旋角量子数 （ ）原子的原子的总角量子数总角量子数( ) LSJ变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电

50、力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分原子的总的角量子数（原子的总的角量子数（ ）与单电子角量子数（）与单电子角量子数（ ）的关系）的关系- 矢量和关系矢量和关系可用通式表示为：可用通式表示为：DidiidD变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分根据量子力学偶合规则，上述矢量和的结果可由根据量子力学偶合规则，上述矢量和的结果可由柯来勃希柯来勃希-高登高登(ClebschGordan)数列给出：数列给出： 212121,1,ddddddD 表示第一个电子