最新大学本科无机化学第八原子结构PPT课件.ppt

《最新大学本科无机化学第八原子结构PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新大学本科无机化学第八原子结构PPT课件.ppt（73页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、大学本科无机化学第八原子大学本科无机化学第八原子结构结构人类对原子的认识人类对原子的认识 19世纪英国科学家世纪英国科学家Dalton提出了原子学说物质由提出了原子学说物质由原子组成，并不可再分。同一种元素的原子质量、形状原子组成，并不可再分。同一种元素的原子质量、形状和性质完全相同，不同元素的原子则不相同。和性质完全相同，不同元素的原子则不相同。 以后人类通过大量的科学实验证明：原子由原子核和以后人类通过大量的科学实验证明：原子由原子核和核外电子组成，原子核带正电荷，并位于原子中心，电子核外电子组成，原子核带正电荷，并位于原子中心，电子带负电，在原子核周围空间高速运动。整个原子是电中性带负电

2、，在原子核周围空间高速运动。整个原子是电中性的。的。 原子很小，原子核更小。原子核是由质子（正电荷）原子很小，原子核更小。原子核是由质子（正电荷）和中子组成。和中子组成。12215s )121(10289. 3nvn = 3 红（H）n = 4 青（H ）n = 5 蓝紫 （ H ）n = 6 紫（H ）Balmer线系原子能级1 -222115s )11(10289. 3nnv12nn )11(R J)11(102.179 s )11(10289.3sJ10626.6 2221H222118-1-22211534nnnnnnhvERH: Rydberg常数1-22151s )111(1028

3、9.3vhvEEE118H-115J10179.2 Rs10289.3IhEJ10179. 2/J10179.2 s1110289. 32182181 -2215nEnnhhvEEEnn二、电子的波粒二象性1924年：Louis de Broglie认为： 质量为 m ,运动速度为v 的粒子,相应的波长为：常量PlancksJ10626.6/34hphmvh 1927年，Davisson和Germer应用Ni晶体进行电子衍射实验，证实电子具有波动性。电子射线通过一薄晶片时发生的衍射现象空间直角坐标常数质量势能总能量波函数:, Planck: : : : : 822222222zyxhmVEVE

4、hmzyx三、Schrdinger方程与量子数1 Schrdinger方程直角坐标( x,y,z)与球坐标 的转换 , r222cossinsincossinzyxrrzryrx ,YrR, , rzyx 2 四个量子数(1) 主量子数 n n=1, 2, 3,(2) 角量子数 l 1,.2, 1 ,0nl(3) 磁量子数 m (4) 自旋量子数 ms,21smllm.,0,.21sma、主量子数、主量子数n, nn, n为为1 1，2 2，3 3，4 4等正整数。等正整数。n n无无穷大时，能量为零，基态时穷大时，能量为零，基态时, n=1, , n=1, 能量最低能量最低（负值），（负值）

5、，n n越大，能级越高。直观可以认为越大，能级越高。直观可以认为n n为原子外电子排列的层数。为原子外电子排列的层数。E -1/n2b、角量子数角量子数l, l为为0，1，2，.n-1正整数，共有正整数，共有n个，它个，它表示原子轨道（或波函数）的角度分布，即电子云的形表示原子轨道（或波函数）的角度分布，即电子云的形状。例如，当状。例如，当l = 0, 1, 2, 3 时，原子轨道分别用时，原子轨道分别用s, p, d, f 表示。当表示。当n 相同时，不同相同时，不同l 的原子轨道称为亚层。的原子轨道称为亚层。l 越大，越大，能量越高能量越高。例如，主量子数。例如，主量子数n = 2 时，时

6、，l 可以为可以为 0，1，即，即原子轨道可以有原子轨道可以有2s, 2p, 两个亚层，两个亚层，2p 电子的能量高于电子的能量高于2s。 s轨道轨道 p轨道轨道 d轨道轨道 c、磁量子数磁量子数ml, 表示原子轨道在空间的取向，数值可以是表示原子轨道在空间的取向，数值可以是0， 1， 2，. l，对于某个运动状态，可以有，对于某个运动状态，可以有2l+1个磁个磁量子数。例如量子数。例如l1，ml 可以为可以为 0， 1三个不同的取向，用三个不同的取向，用px, py, pz表示。表示。 l2, ml 可以为可以为 0， 1 , 2, 五个不同的取五个不同的取向，用向，用dxy, dyz, d

7、xz, dx2-y2, dz2表示表示d、自旋量子数自旋量子数ms，电子本身作自旋运动。电子自旋有，电子本身作自旋运动。电子自旋有顺时针和逆时针两个方向，因此，自旋量子数为顺时针和逆时针两个方向，因此，自旋量子数为 1/2。 n, l, m 一定,轨道也确定 0 1 2 3轨道 s p d f例如: n =2, l =0, m =0, 2s n =2, l =1, m =0, 2pz m=1 2px m= -1 2py n =3, l =2, m =0, 3dz2思考题: 当n为3时, l ,m,分别可以取何值? 轨道的名称怎样?四、氢原子的基态1 总能量2 波函数J10179.2J10179

8、.2181218sEnE 00/30/3041,41,:12:, ararear YearRYrRr角度部分径向部分 pm9 .52 120/300aearRar半径Bohrr 012030RaR0r径向部分41,Y,1rs是一种球形对称分布角度部分3 波函数的物理意义：描述原子核外电子运动的方式|2 ：原子核外发现电子的几率密度径向分布函数D(r)d2概率rr d4d2rr d422概率d空间微体积224)(rrD令：五、氢原子的激发态 1 2s态:n=2, l=0, m=0J105448. 0-210179. 2-15-218-2sE41)-2(8102/-0302sareara0/-03

9、0)-2(2141=areara2 2p态:n =2 , l =1 , m = +1,0,-1)0(2mpz为例以cos43)(2410z2/-0302arpearacos)(21410/-030arearacosA=cos43=),(Y10.8660.50-0.5A0.877A0.5A0-0.5Ao0o30o60o90o120coszpY222zpY3 3d态:n=3, l=2, m=0,2, 12d3zn=3, l=2, m=022d3yx n=3, l=2n=3, l=2xyd3n=3, l=2xzd3n=3, l=2yzd3小结:量子数与电子云的关系(1) n: 决定电子云的大小(2)

10、 l: 描述电子云的形状(3) m: 描述电子云的伸展方向 8.2 多电子原子结构多电子原子轨道能级核外电子排布轨道:与氢原子类似,其电子运动状态可描 述为1s, 2s, 2px, 2py, 2pz, 3s能量:与氢原子不同, 能量不仅与n有关, 也与l有关; 在外加场的作用下, 还 与m有关一、多电子原子轨道能级1 Pauling近似能级图Cotton原子轨道能级图7s7p6s6p6d5s5p5d5f4s4p4d4f3s3p3d2s2p1s2234567核外电子填充顺序核外电子填充顺序电子排布顺序：电子排布顺序：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d1

11、0 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p63 屏蔽效应+2e-e-He+2e-He+2-e-假想He屏蔽效应:由核外电子云抵消一些核电 荷的作用。J)(10179.22218nZE的值由Slater规则确定4 穿钻效应 进入原子内部空间，受到核的较强的吸引作用。核外电子排布（核外电子排布三原则） (1)最低能量原理 电子在核外排列应尽先分布在低能级轨道上, 使整个原子系统能量最 低。 (2)Pauli不相容原理 每个原子轨道中最多容纳两个自旋式相反的电子。 (3)Hund 规则 在n和 l相同的轨道上, 分布电子,将尽可能得分布m值不同的轨道, 且自旋相

12、同。14s3dAr 4s3d3p3s2p2s1s:Cr245156262214s3dAr 4s3d3p3s2p2s1s:Cu291011062622Hund特例 当轨道处于全满,半满.全空时,原子较稳定26号Fe:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2N:几个特殊的元素的核外电子结构：几个特殊的元素的核外电子结构：41 Nb:1s22s22p63s23p64s23d104p65s14d444 Ru1s22s22p63s23p64s23d104p65s14d745 Rh1s22s22p63s23p64s23d104p65s14d846 Pd1s22s22p63s23p64s23d

13、104p65s04d1078 PtXe4f145d96s1原子的电子层结构和元素周期系元素性质的周期性8.3元素周期律 每个电子层最多 容纳的电子数 主量子数 n 1 2 3 4 电子层 K L M N 角量子数 l 0 1 2 3 电子亚层 s p d f 每个亚层中 轨道数目 每个亚层最多 容纳电子数1 3 5 72 6 10 1422n2 8 18一、原子的电子层结构和元素周期系 元素周期表元素周期表（1）7个周期，个周期，18族（旧的分法：族（旧的分法：IVIIIA，IVIIIB族，或主副族）族，或主副族）周期数为周期数为n, 即最大的主量子数即最大的主量子数（2）按价电子组态分为）按

14、价电子组态分为5个区个区 s 区区 (n-1)s2(n-1)p6 ns1-2 1，2族，即碱金属，碱土族，即碱金属，碱土金属（主族）金属（主族） d 区区 (n-1)s2(n-1)p6(n-1)d1-9 ns1-2 38族，过渡金属族，过渡金属（副族）（副族）（ds 区区 (n-1)s2(n-1)p6 (n-1)d10 ns1-2 11，12族，铜族，铜锌分组）锌分组） p 区区 (n-1)s2(n-1)p6 ns2np1-6 1318族（主族）族（主族） f 区区 (n-2)f1-14 (n-1)s2(n-1)p6(n-1)d0-2ns2 镧系，锕镧系，锕系元素系元素二、元素性质的周期性1

15、原子半径(1) 共价半径 (2) 金属半径 (3) van der Waals 半径 主族元素：从左到右 r 减小 从上到下 r 增大过渡元素：从左到右 r 缓慢减小 从上到下 r略有增大 镧系收缩 主族元素 元素的原子半径变化2 电离能E (g) = E+ (g) + e- I 1E+ (g) =E 2+ (g) + e- I 2（1）主族元素同周期 从左到右 I1增大 同族 从上到下 I1减小（2）过渡元素 I 1变化不大 总趋势：从左到右 I1 略有增加 电离能变化3 电子亲和能2AX(g) + e- = X- (g) mrHAX- (g) + e- = X 2- (g) O- (g) + e- = O2- (g) A2 = -780 kJ . mol-1电子亲和能变化4 电负性(1) Mulliken电负性标度)(21AI (2) Pauling电负性标度(以热化学为基础)(3) Allred-Rochow 电负性标度744. 01059. 323*,rZ电负性变化习题习题Page 2515、6、10、11、14、15、16、1973 结束语结束语