第03章原子结构精选文档.ppt

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1、第第03章原子结构章原子结构本讲稿第一页，共二十九页2.1 多电子原子的能级多电子原子的能级原子轨道近似能级图的特点原子轨道近似能级图的特点(1)按原子轨道能级按原子轨道能级 高低排列，并划分高低排列，并划分 能级组；能级组之能级组；能级组之 间能量差大，能级间能量差大，能级 组内个能级间能量组内个能级间能量 差小。差小。K L M N O Pn1 2 3 4 5 6能级组能级组本讲稿第二页，共二十九页2.1 多电子原子的能级多电子原子的能级原子轨道近似能级图的特点原子轨道近似能级图的特点(2)小圆圈代表原子小圆圈代表原子 轨道；能量相同的轨道；能量相同的 状态叫简并状态。状态叫简并状态。K

2、L M N O Pn1 2 3 4 5 6能级组能级组简并轨道简并轨道(等价轨道等价轨道)简并度简并度7 重简并的重简并的 f 轨道轨道本讲稿第三页，共二十九页2.1 多电子原子的能级多电子原子的能级原子轨道近似能级图的特点原子轨道近似能级图的特点(3)角量子数角量子数 l 相同相同 的能级，主量子数的能级，主量子数 n 越大能量越高：越大能量越高：E1s E2s E3s E4s E2p E3p E4p E5p n 越大电子离核越远。越大电子离核越远。K L M N O Pn1 2 3 4 5 6能级组能级组本讲稿第四页，共二十九页2.1 多电子原子的能级多电子原子的能级原子轨道近似能级图的特

3、点原子轨道近似能级图的特点(3)主量子数主量子数 n 相同相同 而角量子数而角量子数 l 不同不同 的能级发生的能级发生“能级能级 分裂分裂”。E4s E4p E4d E4f K L M N O Pn1 2 3 4 5 6能级组能级组本讲稿第五页，共二十九页2.1 多电子原子的能级多电子原子的能级原子轨道近似能级图的特点原子轨道近似能级图的特点(4)主量子数主量子数 n 和角和角 量子数量子数 l 同时变动同时变动 时发生时发生“能级交错能级交错”。E4s E3d E4p E5s E4d E5p E6s E4f E5d 1 核外电子数：核外电子数：1 作用力：核与电子作用力：核与电子 电子与电

4、子电子与电子 有效核电荷数：有效核电荷数：Z*Z-：屏蔽常数：屏蔽常数排斥排斥排斥排斥 屏蔽屏蔽屏蔽屏蔽由于其它电子对某一电子的排斥作用而抵销由于其它电子对某一电子的排斥作用而抵销了一部分核电荷，从而使有效核电荷降低，了一部分核电荷，从而使有效核电荷降低，削弱了核电荷对该电子的吸引，这种作用称削弱了核电荷对该电子的吸引，这种作用称为屏蔽作用或者屏蔽效应。为屏蔽作用或者屏蔽效应。本讲稿第七页，共二十九页2.1 多电子原子的能级多电子原子的能级斯莱脱斯莱脱(Slater)规则：规则：轨道分组：轨道分组：(1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)(5s,5p)等。等。

5、处处于于被被屏屏蔽蔽电电子子右右侧侧各各组组轨轨道道的的电电子子，对对左左侧侧电电子子无无屏屏蔽蔽作作用用，即即=0。如如被被屏屏蔽蔽电电子子为为(ns，np)组组中中的的电电子子，则则同同组组中中每每一一个个其其他他电电子子对对被被屏屏蔽蔽电电子子的的为为0.35（同同组组为为1s电电子子时时为为0.30）。(n-1)电电子子层层中中的的每每个个电电子子，对对被被屏屏蔽蔽电电子子的的为为0.85，(n-2)以以及及更更内内层层中中的的电电子子的的为为1.00。如如被被屏屏蔽蔽电电子子为为(nd)或或(nf)组组中中的的电电子子，同同组组中中其其他他各各电电子子对对被被屏屏蔽蔽电电子子的的也也

6、是是0.35，但但所所有有左左侧侧各各组组中中的的各各电电子子对对被被屏屏蔽蔽电电子子的的均均为为1.00。在在计计算算原原子子中中某某电电子子的的值值时时，可可将将有有关关屏屏蔽蔽电电子子对对该该电电子子的的值值相相加而得。加而得。(1s)2(2s,2p)8(3s,3p)3Al：1s2 2s2 2p6 3s2 3p1(1s)2(2s,2p)8(3s,3p)8(3d)1(4s,4p)2Sc：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s23s电子电子=11.25 E3s=-143.7 eV3d电子电子=18.00 E3d=-13.6 eV本讲稿第八页，共二十九页2.1 多电子原子的能级多

7、电子原子的能级3、钻穿效应、钻穿效应n钻钻穿穿作作用用：外外层层电电子子钻钻到到内内层层空空间而靠近原子核的现象；间而靠近原子核的现象；n钻钻穿穿效效应应：由由于于电电子子的的钻钻穿穿作作用用的的不不同同而而使使其其能能量量发发生生变变化化的的现现象；象；n钻穿作用越大的电子的能量越低。钻穿作用越大的电子的能量越低。1s2s2p3s3p3d本讲稿第九页，共二十九页2.1 多电子原子的能级多电子原子的能级3、钻穿效应、钻穿效应钻穿效应对能级交错的解释钻穿效应对能级交错的解释E4s E3d本讲稿第十页，共二十九页2.1 多电子原子的能级多电子原子的能级4、原子轨道能级图、原子轨道能级图 1962年

8、年，F.A.Cotton提提出出了了原原子子轨轨道道能能量量与与原原子子序序数数的的关关系系图，不同于图，不同于Pauling近似图。近似图。氢氢元元素素的的原原子子轨轨道道能能量量只只和和n有有关关，与与 l 无关。无关。随随着着原原子子序序数数增增大大，各各原原子子轨轨道道的的能能量量逐逐渐渐降降低低。由由于于增增加加的的内内层层电电子子对对外外层层轨轨道道的的屏屏蔽蔽作作用用不不同同，故故 l 不不同同的的轨轨道道能能量量降降低低程程度度不不同同，引引起起能能级级分分裂裂和和交错。交错。不同元素的原子轨道能不同元素的原子轨道能级可能具有互不完全一级可能具有互不完全一致的排列次序致的排列次

9、序本讲稿第十一页，共二十九页2.2 核外电子排布的原则核外电子排布的原则1、能量最低原理、能量最低原理 多多电电子子原原子子在在基基态态时时，核核外外电电子子总总是是尽尽可可能能分分布布到到能能量量最最低低的的轨轨道道（principle of lowest energy）。）。本讲稿第十二页，共二十九页2.2 核外电子排布的原则核外电子排布的原则2、保里、保里(Pauli)不相容原理不相容原理 在在同同一一原原子子中中，不不可可能能有有四四个个量量子子数数完完全全相相同同的的电电子子存存在在。每每一个一个轨轨道内最多只能容道内最多只能容纳纳两个自旋方向相反的两个自旋方向相反的电电子。子。它它

10、解解决决了了每每一一个个原原子子轨轨道道（两两个个自自旋旋相相反反的的电电子子）和和每每一一电电子子层层可以容可以容纳纳的的电电子数子数为为（2n2个电子个电子）。量子数：量子数：n l m ms分分 层：层：s p d f原子轨道数：原子轨道数：1 3 5 7容纳电子数：容纳电子数：2 6 10 14本讲稿第十三页，共二十九页2.2 核外电子排布的原则核外电子排布的原则3、洪特规则（、洪特规则（Hunds rule）电电子子在在能能量量相相同同的的轨轨道道上上分分布布时时，总总是是尽尽可可能能以以自自旋旋相相同同的的方向分占不同的方向分占不同的轨轨道。道。它解决了在它解决了在 n、l 相同的

11、相同的轨轨道中，道中，电电子的分布子的分布规规律。律。洪特洪特规则规则的特例：的特例：当当等等价价轨轨道道被被电电子子半半充充满满或或全全充充满满(如如p 3，d 5，f 7或或p 6，d 10，f 14)或等价或等价轨轨道全空道全空(p 0，d 0，f 0)时时也是比也是比较稳较稳定的。定的。本讲稿第十四页，共二十九页2.2 核外电子排布的原则核外电子排布的原则核外电子排布实例：核外电子排布实例：氮氮 7 7个电子个电子氖氖 10 10个电子个电子钾钾 19 19个电子个电子铬铬 24 24个电子个电子1s22s22p31s22s22p61s22s22p63s23p64s1 1s22s22p

12、63s23p63d54s1 Ar4s1Ar3d44s2本讲稿第十五页，共二十九页2.3 原子的电子层结构和元素周期系原子的电子层结构和元素周期系1、原子的电子层结构、原子的电子层结构 根根据据核核外外电电子子排排布布的的原原则则和和光光谱谱实实验验的的结结果果，可可得得周周期期系系中中各元素的原子的各元素的原子的电电子子层结层结构。构。周期周期元素数目元素数目相相应应能能级组级组中的原子中的原子轨轨道道电电子最大容量子最大容量123456728818183226（未完）（未完）1s2s 2p3s 3p4s 3d 4p5s 4d 5p6s 4f 5d 6p7s 5f 6d（未完）（未完）2881

13、81832未未满满各周期元素与相应能级组的关系各周期元素与相应能级组的关系 本讲稿第十六页，共二十九页2.3 原子的电子层结构和元素周期系原子的电子层结构和元素周期系本讲稿第十七页，共二十九页2.3 原子的电子层结构和元素周期系原子的电子层结构和元素周期系2、原子的电子层结构与元素的分区、原子的电子层结构与元素的分区本讲稿第十八页，共二十九页2.3 原子的电子层结构和元素周期系原子的电子层结构和元素周期系 d 区区 s 区区ds 区区 p 区区 f 区区本讲稿第十九页，共二十九页2.3 原子的电子层结构和元素周期系原子的电子层结构和元素周期系Periodic Table 本讲稿第二十页，共二十

14、九页2.3 原子的电子层结构和元素周期系原子的电子层结构和元素周期系本讲稿第二十一页，共二十九页2.3 原子的电子层结构和元素周期系原子的电子层结构和元素周期系本讲稿第二十二页，共二十九页2.3 原子的电子层结构和元素周期系原子的电子层结构和元素周期系本讲稿第二十三页，共二十九页2.3 原子的电子层结构和元素周期系原子的电子层结构和元素周期系作业：作业：12、13本讲稿第二十四页，共二十九页1927年年10月月24日至日至29日，布鲁塞尔，第五届索尔维会议。日，布鲁塞尔，第五届索尔维会议。本讲稿第二十五页，共二十九页本讲稿第二十六页，共二十九页本讲稿第二十七页，共二十九页量子数量子数nlmms电子出现最大区域离核远近，电子层数；电子出现最大区域离核远近，电子层数；原子轨道的形状，电子层中的分层；原子轨道的形状，电子层中的分层；原子轨道在空间的伸展方向；原子轨道在空间的伸展方向；自旋角动量沿外磁场方向的分量。自旋角动量沿外磁场方向的分量。本讲稿第二十八页，共二十九页电子层电子层分层分层原子轨道原子轨道运动状态运动状态量子数量子数本讲稿第二十九页，共二十九页