原子的电子结构讲稿.ppt

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1、原子的电子结构第一页，讲稿共九十九页哦1803年年Dalton 原子学说（原子是不可分割的最小微粒）原子学说（原子是不可分割的最小微粒）19 世纪发现电子世纪发现电子 (阴极射线阴极射线)1874年斯通尼年斯通尼(G.J.Stoney)把在导线内流动的电的基本单元称为把在导线内流动的电的基本单元称为电子电子1897年年汤汤姆姆逊逊(J.J.Thomson)通通过过带带电电粒粒子子在在电电场场和和磁磁场场中中的的运运动动规律，测出了电子的荷质比：规律，测出了电子的荷质比：e/me =1.7588196 1011 C kg-1 1906年年米立根米立根 (R.A.Millikan)悬浮油滴法测定出

2、：悬浮油滴法测定出：电子的电荷：电子的电荷：e=1.6021773 10-19 C 电子的质量电子的质量:me=9.11 1031 kg 1904年，汤姆逊提出了第一个原子模型：枣糕模型年，汤姆逊提出了第一个原子模型：枣糕模型 第二页，讲稿共九十九页哦原原子子犹犹如如一一个个体体积积颇颇大大的的带带正正电电球球体体，一一定定数数量量的的电电子子均均匀匀地地分分布布在在这这个个球球体体中中，与与球球内内的的正正电电荷荷中中和和，因因而而整整个个原原子子呈电中性。松软的蛋糕呈电中性。松软的蛋糕 第三页，讲稿共九十九页哦 粒子散射实验粒子散射实验 (1909,盖革和马斯登盖革和马斯登射射射射)卢瑟福

3、卢瑟福(E.Rutherford)粒子：粒子：He2+质量数质量数 4 V=1.60 107 m s-1金箔金箔约万分之一约万分之一 个别个别 第四页，讲稿共九十九页哦推推测测：（1）原原子子中中存存在在带带正正电电的的基基本本粒粒子子，而而且且质质量量比比较较大大，但但体体积积很很小小（个个别别折折回回）；（2）大大部部分分空空间间是空的（大部分直线通过）是空的（大部分直线通过）1911年年卢卢瑟瑟福福提提出出核核型型原原子子模模型型：原原子子中中心心有有一一个个很很小小的的正正电电荷荷核核心心，称称为为原原子子核核，原原子子的的全全部部质质量量几几乎乎都都集集中中在在原原子子核核上上，而而

4、数数量量和和核核电电荷荷数数相相等等的的电电子子围围绕绕着着原原子子核核运运行。行。104104号元素号元素号元素号元素 第五页，讲稿共九十九页哦电电 磁磁 波波 谱谱1.氢原子光谱与玻尔理论氢原子光谱与玻尔理论可见光区：可见光区：400nm 700nm紫外区：紫外区：10nm 400nm红外区：红外区：700nm 1000 m第六页，讲稿共九十九页哦氢氢 原原 子子 光光 谱谱 紫外区紫外区 可见区可见区 红外区红外区397.007410.120434.010486.074656.210第七页，讲稿共九十九页哦氢氢原原子子光光谱谱是是线线光光谱谱（可可见见区区有有5条条谱谱线线），而而不不是

5、是连连续续的的带带光光谱谱，这这一一实实验验结结果果不不符符合合经经典典电电磁磁学学理理论论。按按照照经经典典电电磁磁学学理理论论，电电子子绕绕核核作作圆圆周周运运动动，原原子子不不断断发发射射连连续续的的电电磁磁波波（即即原原子子光光谱谱），故故原原子子光光谱谱应应该该是是连连续续的的；而而且且电电子子的的能能量量逐逐渐渐降降低低，最最后后坠坠入入到到原原子子核核里里去去，使使原原子子不不复存在。复存在。第八页，讲稿共九十九页哦 1885年年 巴尔默巴尔默(J.J.Balmer)上述五条谱线的波长可以用一个简单公式表示：上述五条谱线的波长可以用一个简单公式表示：=B=364.6 nm n=3

6、 =656.210 nm n=4 =486.074 nm n=5 =434.010 nm n=6 =410.120 nm n=7 =397.007 nm第九页，讲稿共九十九页哦1890年年 里德堡里德堡(J.R.Rydberg)提出了提出了描述氢光谱的通用公式为描述氢光谱的通用公式为:(波数)=n:正整数正整数,n2 n1,R=1.09737 107 m-1 (里德堡常数里德堡常数)n1=1,n2=2,3,4,赖曼赖曼(Lyman)系系 远紫外区远紫外区 n1=2,n2=3,4,5,巴尔默巴尔默(Balmer)系系 可见区可见区 n1=3,n2=4,5,6,派兴派兴(Paschen)系系 近红

7、外区近红外区 n1=4,n2=5,6,7,勃拉克勃拉克(Bracket)系系 红外区红外区 n1=5,n2=6,7,8,芬德芬德(Pfund)系系 红外区红外区 第十页，讲稿共九十九页哦Planck 旧量子论旧量子论(1900):物质吸收或者释放能量不是连续的，而是量子化的物质吸收或者释放能量不是连续的，而是量子化的,也就是说也就是说,能量只能按某一个最小单位一份一份地能量只能按某一个最小单位一份一份地吸收或者释放的。这一最小的能量单位称为吸收或者释放的。这一最小的能量单位称为“能能量子量子”。光的能量单位称为光的能量单位称为“光量子光量子”或或“光子光子”。光子的能量大小光子的能量大小 E光

8、光=h =C/总能量总能量 E总总=nh 第十一页，讲稿共九十九页哦玻尔理论（玻尔理论（1913）中的两个重要假设）中的两个重要假设 1.量量子子化化条条件件：核核外外电电子子只只能能在在有有确确定定半半径径和和能能量量的的特特定定轨轨道道上上运运动动，而而且且每每一一个个稳稳定定轨轨道道的的角角动动量量P是是量量子子化化的的，它它等等于于h/(2)的整数倍的整数倍 P=nh/(2)P=mvr 定态轨道的半径定态轨道的半径：r=nh/(2 mv)r=定态轨道半径定态轨道半径 n=不连续的正整数不连续的正整数 h=Planck常数（常数（6.626 10-34 Js）m=电子的质量电子的质量 v

9、=电子的运动速度电子的运动速度 第十二页，讲稿共九十九页哦2.2.频频率率条条件件：电电子子在在这这些些轨轨道道上上运运动动时时并并不不辐辐射射出出能能量量，电电子子在在不不同同轨轨道道之之间间跃跃迁迁时时，原原子子会会吸吸收收或或辐辐射射能能量（光子），并且光子的能量为跃迁轨道的能量之差。量（光子），并且光子的能量为跃迁轨道的能量之差。E E光光 =E=E=E E2 2 E E1 1 E E光光 =h=h =c/=c/E E=h=hc/c/第十三页，讲稿共九十九页哦在此假设基础上运用牛顿力学原理在此假设基础上运用牛顿力学原理,计算出氢计算出氢原子各定态轨道的半径和能量原子各定态轨道的半径和能

10、量.在定态上，向心力和离心力达平衡：在定态上，向心力和离心力达平衡：=第十四页，讲稿共九十九页哦因为：因为：mevr=nh/(2)所以所以:v=nh/(2 mer)=r =a0(a0=)r =a0 n2/Z a0：波尔半径，：波尔半径，52.9 pm（即（即0.529）Z：核电荷数；：核电荷数；n：正整数：正整数 氢原子或类氢原子（单电子离子：氢原子或类氢原子（单电子离子：He+,Li2+,Be3+等）等）第十五页，讲稿共九十九页哦 氢原子各定态轨道的半径氢原子各定态轨道的半径:r =a0 n2 n=1 r=52.9(1)2 =52.9 pm n=2 r=52.9(2)2 =212 pm n=

11、3 r=52.9(3)2 =477 pm n=4 r=52.9(4)2 =634.8 pm第十六页，讲稿共九十九页哦电子在各定态的总能量电子在各定态的总能量 E为为:E=Ek +EpEk=Ep=-=E =Ek +Ep=-=-EhEh(其中其中Eh=)=-第十七页，讲稿共九十九页哦氢原子或类氢原子（单电子离子：氢原子或类氢原子（单电子离子：He+,Li2+,Be3+等）等）各定态轨道的能量各定态轨道的能量:Eh=27.2 eV=1 a.u.Eh:哈特里能；哈特里能；a.u.：能量的原子单位：能量的原子单位e:1.602 10-19 CZ：核电荷数；：核电荷数；n：正整数：正整数 第十八页，讲稿共

12、九十九页哦 氢原子各定态轨道的能量氢原子各定态轨道的能量:Eh=27.211396 eV =1 a.u.Eh:哈特里能；哈特里能；a.u.：能量的原子单位；：能量的原子单位；e:1.602 10-19 C n=1 E=-0.5 a.u.n=2 E=-0.125 a.u.n=3 E=-0.056 a.u.n=4 E=-0.031 a.u.n=E=0第十九页，讲稿共九十九页哦氢原子的轨道和能级图氢原子的轨道和能级图 轨道图轨道图轨道图轨道图能级图能级图能级图能级图第二十页，讲稿共九十九页哦BohrBohr理论对氢光谱的解释理论对氢光谱的解释:因为轨道的半径不连续，所以轨道的能量也不连续因为轨道的半

13、径不连续，所以轨道的能量也不连续因为因为 E E=h=hc/c/，所以只能发射某些波长的光所以只能发射某些波长的光因为氢原子的轨道能量因为氢原子的轨道能量 1 1/=n n2 2 n n1 1 E Eh h/(2hc)=R/(2hc)=RH H 1.0967759 107 m-1 实验结果：实验结果：1.09737 107 m-1第二十一页，讲稿共九十九页哦2.1.2.1.微观粒子具有波粒二象性微观粒子具有波粒二象性微观粒子具有波粒二象性微观粒子具有波粒二象性微观粒子：电子、原子、中子等微观粒子：电子、原子、中子等1923年，年，德布罗意德布罗意(L.de Broglie)指出：微观粒子也有波

14、粒指出：微观粒子也有波粒二象性，它们的波长为：二象性，它们的波长为：=h/P P=mv =h/(mv)任何运动的物体都有波动性任何运动的物体都有波动性 例：重例：重 0.10 kg、速度为、速度为 5.0 ms-1的篮球的篮球 =6.626 10-34/(0.10 5.0)=1.3 10-33 m后来，电子的衍射实验证明了德布罗意的观点。后来，电子的衍射实验证明了德布罗意的观点。2.微观粒子的特性和运动规律微观粒子的特性和运动规律第二十二页，讲稿共九十九页哦2.2.2.2.不确定性原理不确定性原理不确定性原理不确定性原理 (测不准原理测不准原理测不准原理测不准原理)测不准关系式：测不准关系式：

15、x p=x：位置的测量误差（或不确定性）：位置的测量误差（或不确定性）p：动量的测量误差（或不确定性），即反映速度：动量的测量误差（或不确定性），即反映速度 的测量误差（或不确定性）的测量误差（或不确定性）p=m v x v=h/(4 m)h:planck常数常数 6.626 10-34 Js第二十三页，讲稿共九十九页哦例例：考考察察在在一一个个直直径径约约为为1.0 10-10 m的的原原子子内内电电子子的的运运动动。若若原原子子内内电电子子的的空空间间位位置置的的不不确确定定性性为为 x=1.0 10-10 m，计算其速度的不确定性。，计算其速度的不确定性。这这个个实实例例说说明明，原原子

16、子内内部部电电子子运运动动的的速速度度不不确确定定性性非非常常大大。如如果果已已知知某某一一瞬瞬间间电电子子的的空空间间位位置置，要要问问过过一一段段时时间间电电子子在在哪哪里里？问问答只能是：答只能是：“不知道。不知道。”因为速度误差实在太大了因为速度误差实在太大了第二十四页，讲稿共九十九页哦薛定谔薛定谔(Schrdinger)方程方程 (1925年年)-描述原子核外电子运动的波动方程描述原子核外电子运动的波动方程用波动方程描述微观粒子运动的科学称为用波动方程描述微观粒子运动的科学称为 波动力学或量子力学波动力学或量子力学3.氢原子的量子力学模型氢原子的量子力学模型第二十五页，讲稿共九十九页

17、哦 +V =E （在以（在以 x,y,z为变量的正交坐标系中）为变量的正交坐标系中）：核外电子运动的波函数核外电子运动的波函数me：电子质量：电子质量 9.1 10-31 Kgh：planck常数常数 6.626 10-34 JsE：电子的总能量；：电子的总能量；V：电子的势能：电子的势能第二十六页，讲稿共九十九页哦 电子的一种运动状态（物理意义不明确）电子的一种运动状态（物理意义不明确）2 核核外外空空间间某某处处电电子子出出现现的的“几几率率密密度度”（单单位位体体积里出现的几率）积里出现的几率）在一个体积为在一个体积为 d =dxdydz的微小空间内发现的微小空间内发现波粒子的几率为：波

18、粒子的几率为：w=2 d 因为在全部空间内发现一个粒子的总几率是因为在全部空间内发现一个粒子的总几率是1，所以描述几率密度的波函数必须满足条件：所以描述几率密度的波函数必须满足条件：=1第二十七页，讲稿共九十九页哦n：主量子数，：主量子数，1，2，3，.，nl：角量子数，：角量子数，0，1，2，.，n-10 1 2 3 4 5 6.s p d f g h i.m（ml）：磁量子数）：磁量子数 0，1，2，l 原子轨道名称原子轨道名称 波函数波函数n=1,l=0,m=0 1s 1s n=2,l=0,m=0 2s 2s l=1,m=0 2Pz 2pz m=1,-1 2Px,2py 2px,2py

19、第二十八页，讲稿共九十九页哦 原子轨道名称原子轨道名称 波函数波函数n=3,l=0,m=0 3s 3s l=1,m=0 3Pz 3pz m=1,-1 3Px,3py 3px,3py l=2,m=0 3dz2 m=1,-1 3dxz,3dyz m=2,-2 3dxy,3dx2-y2 P轨道组：轨道组：Px Py Pzd轨道组：轨道组：dz2 dxz dyz dxy dx2-y2第二十九页，讲稿共九十九页哦=E-（在以（在以 r,为变量的球极坐标系中）为变量的球极坐标系中）坐坐 标标 转转 换换(n,l,m)(r,)=R(n,l)(r)Y(l,m)(,)R R(n,l)(n,l)(r)(r)：径函

20、数：径函数：径函数：径函数Y Y(l,m)(l,m)(,)：角函数：角函数：角函数：角函数 第三十页，讲稿共九十九页哦通过必要的数学运算，可以得到三个通解通过必要的数学运算，可以得到三个通解（氢原子和类氢原子）：（氢原子和类氢原子）：E=-n（主量子数）（主量子数）=1,2,3,4,5.l（角量子数）（角量子数）=0,1,2,3,4.n 1m（磁量子数）（磁量子数）=0,1,2,.l第三十一页，讲稿共九十九页哦将量子数将量子数 n,l,m 代入后，得到一个特解代入后，得到一个特解,例如：例如：1s 轨道：轨道：n=1,l=0,R10(r)=l=0,m=0,=2pz 轨道：轨道：n=2,l=1,

21、R21(r)=l=1,m=0,=a0：波尔半径：波尔半径 52.9 pmZ：核电荷数：核电荷数第三十二页，讲稿共九十九页哦氢原子氢原子1s 轨道：轨道：n=1,l=0,R10(r)=2p 轨道：轨道：n=2,l=1,R21(r)=R(n,l)(r)：径函数：径函数第三十三页，讲稿共九十九页哦氢原子轨道的径函数氢原子轨道的径函数 r=2a0r=1.9a0,7.1a0第三十四页，讲稿共九十九页哦R(r)：没有明确的物理意义：没有明确的物理意义R2(r)：电子沿径向出现的几率密度（概率密度）：电子沿径向出现的几率密度（概率密度）径节面数：径节面数：n l 1 1s 2s 3s 2p 3p 3d径节面

22、数：径节面数：0 1 2 0 1 0 第三十五页，讲稿共九十九页哦氢原子径向几率密度函数和电子云密度图氢原子径向几率密度函数和电子云密度图第三十六页，讲稿共九十九页哦一个半径为一个半径为r、厚度为、厚度为dr的球壳的球壳 半径为半径为r的球的表面积：的球的表面积：4 r2 厚度为厚度为dr的球壳的体积为：的球壳的体积为：4 r2dr 该球壳中出现电子的几率：该球壳中出现电子的几率：R2(r)4 r2 dr 单位厚度球壳出现电子的几率：单位厚度球壳出现电子的几率：R2(r)4 r2 dr/dr=R2(r)4 r2 R2(r)4 r2：在半径为：在半径为r，单位厚度球，单位厚度球壳内发现电子的几率

23、壳内发现电子的几率第三十七页，讲稿共九十九页哦氢原子电子的径向分布图氢原子电子的径向分布图氢原子电子的径向分布图氢原子电子的径向分布图 r=1a0第三十八页，讲稿共九十九页哦Y(l,m)(,)：角函数：角函数pz 轨道：轨道：l=1,m=0,=第三十九页，讲稿共九十九页哦p pz z 轨道轨道 a.a.角函数角函数b.b.角度几率角度几率 密度函数密度函数c.c.电子云电子云 角度分布角度分布剖面图剖面图在在z轴轴方方向向角角度度几几率率密密度最大！度最大！第四十页，讲稿共九十九页哦Y(,)：没有明确的物理意义：没有明确的物理意义Y2(,)：电子沿角向出现的几率密度（概率密度）：电子沿角向出现

24、的几率密度（概率密度）角节面数：角节面数：l s p d f 角节面数：角节面数：0 1 2 3 总节面数总节面数(径节面数径节面数+角节面数角节面数)：n l 1+l=n 1如：如：3s:2；3p：2；2p：1第四十一页，讲稿共九十九页哦px和和py轨轨道道角角角角 函函函函 数数数数 角度几率密度函数角度几率密度函数角度几率密度函数角度几率密度函数 电子云角度分布电子云角度分布电子云角度分布电子云角度分布p px xp py y第四十二页，讲稿共九十九页哦Px:在在x轴方向角度几率密度最大！轴方向角度几率密度最大！Py:在在y轴方向角度几率密度最大！轴方向角度几率密度最大！s:l=0,m=

25、0s:在任何方向角度几率密度都一样！在任何方向角度几率密度都一样！第四十三页，讲稿共九十九页哦d轨道第四十四页，讲稿共九十九页哦:在在z轴方向角度几率密度最大！轴方向角度几率密度最大！:在在x轴轴和和z轴的角平分线方向角度几率密度最大！轴的角平分线方向角度几率密度最大！:在在y轴轴和和z轴的角平分线方向角度几率密度最大！轴的角平分线方向角度几率密度最大！:在在x轴轴和和y轴方向角度几率密度最大！轴方向角度几率密度最大！:在在x轴轴和和y轴的角平分线方向角度几率密度最大！轴的角平分线方向角度几率密度最大！第四十五页，讲稿共九十九页哦2pz和和3pz轨轨道的电子云空间分布道的电子云空间分布第四十六

26、页，讲稿共九十九页哦五个五个3d轨道的电子云空间分布的截面轨道的电子云空间分布的截面第四十七页，讲稿共九十九页哦n-主量子数（正整数）主量子数（正整数）描述原子中电子出现几率最大处离核的远描述原子中电子出现几率最大处离核的远近，是决定原子轨道能量高低的主要因数。近，是决定原子轨道能量高低的主要因数。对氢原子和类氢原子：对氢原子和类氢原子：在在氢氢原原子子和和类类氢氢原原子子中中，轨轨道道的的能能量量仅仅仅仅由由主主量量子子数数n决决定定，跟跟角角量量子子数数l和和磁磁量量子子数数m无无关关。对对同同一一个个单单电电子子原原子子或或离离子子（即即Z相相同同），相相同同主主量量子子数数的的轨轨道道

27、有有相相同同的的能能量量。如如：E3s=E3p=E3d Ens=Enp=End=EnfEh=27.2 eV=1 a.u.Eh:哈特里能哈特里能a.u.：能量的原子单位：能量的原子单位Z：核电荷数：核电荷数第四十八页，讲稿共九十九页哦氢氢 原原 子子 的的 能能 级级 图图单单电电子子原原子子或或离离子子中中电电子子运运动动状状态态的的能能量量仅仅由由主主量量子子数数n决决定定，跟跟角角量量子子数数 l、磁量子数磁量子数m 无关无关。第四十九页，讲稿共九十九页哦l-角量子数角量子数 是一个决定电子绕核运动的角动量是一个决定电子绕核运动的角动量 的量子数的量子数。因为在量子力学中，电子绕核运动的角

28、动。因为在量子力学中，电子绕核运动的角动 量量 M 为：为：M=决定轨道的形状决定轨道的形状s:l=0,球形球形p:l=1,哑铃形哑铃形d:l=2,花瓣形花瓣形第五十页，讲稿共九十九页哦 m（ml）-磁量子数磁量子数 决定轨道的伸展方向决定轨道的伸展方向s:m=0,向四周伸展向四周伸展 Pz:m=0,沿沿z轴方向伸展轴方向伸展 Px 沿沿x轴方向伸展轴方向伸展 m=1Py 沿沿y轴方向伸展轴方向伸展n,l,m三个量子数为电子绕核运动的量子数三个量子数为电子绕核运动的量子数原子轨道是由原子轨道是由n,l,m三个量子数决定的三个量子数决定的第五十一页，讲稿共九十九页哦ms-自旋量子数自旋量子数 描

29、述电子的自旋方向的量子数描述电子的自旋方向的量子数 取值：取值：+1/2 或或 1/2 氢原子束在不均匀磁场中的分裂氢原子束在不均匀磁场中的分裂第五十二页，讲稿共九十九页哦电子的运动状态是由电子的运动状态是由n,l,m,ms四个量子数决定的四个量子数决定的原子轨道是由原子轨道是由n,l,m三个量子数决定的三个量子数决定的例例1：给出下列量子数组所描述的轨道的符号：给出下列量子数组所描述的轨道的符号n=3,l=23p轨道轨道3d轨道轨道n=3,l=1给出给出2p轨道量子数（轨道量子数（n,l,m）的组合）的组合n=2,l=1,m=0,1给出给出3d轨道量子数（轨道量子数（n,l,m）的组合）的组

30、合n=3,l=2,m=0,1,2第五十三页，讲稿共九十九页哦例例2：写写出出电电子子在在下下列列轨轨道道中中的的所所有有可可能能的的量量子子数数（包包括括自自旋旋量量子子数数），并并指指出出每每个个轨轨道道包包括括多多少少个个不不同同的的电电子子运运动动状态？状态？n=3,l=1,m=0,1,ms=1/23p轨道包括轨道包括6个不同的电子运动状态个不同的电子运动状态3p3pzn=3,l=1,m=0,ms=1/23pz轨道包括轨道包括2个不同的电子运动状态个不同的电子运动状态第五十四页，讲稿共九十九页哦例例3：在在铜铜的的x射射线线谱谱中中，当当一一个个电电子子从从2p轨轨道道变变到到1s轨轨道

31、道时时，发发射射出出波波长长为为1.54 的的射射线线。在在铜铜中中这这些些轨轨道道间间能能量量差差为为多少？多少？解：解：E=h =hc/=6.626 10-34 3 108/(1.54 10-10)=1.29 10-15(J)第五十五页，讲稿共九十九页哦例例4：下面哪些量子数组决定的运动状态是允许的（：下面哪些量子数组决定的运动状态是允许的（A ）。）。A.n=2,l=1,m=0,ms=-1/2 B.n=2,l=2,m=-1,ms=1/2 C.n=3,l=0,m=1,ms=-1/2 D.n=2,l=3,m=2,ms=-1/2第五十六页，讲稿共九十九页哦4.1.多电子原子的轨道能级多电子原子

32、的轨道能级 中心场近似中心场近似 V=Z*：有效核电荷数：有效核电荷数 其中一个重要结论其中一个重要结论:在多电子原子中，电子的运动状态在多电子原子中，电子的运动状态也是由也是由n,l,ml 和和ms 四个量子数决定的四个量子数决定的，电子在由这四个量电子在由这四个量子数所决定的各运动状态上的空间分布特征完全和在单电子数所决定的各运动状态上的空间分布特征完全和在单电子原子中一样。子原子中一样。4.多电子原子的结构与周期律多电子原子的结构与周期律第五十七页，讲稿共九十九页哦原子光谱给出的锂和原子光谱给出的锂和钠的能级图钠的能级图能级分裂能级分裂:Ens Enp End Enf 能级交错能级交错:

33、E4s E3d,E5s E4d 对对于于同同一一个个多多电电子子原原子子，原原子子轨轨道道能能量量不不仅仅与与主主量量子子数数n有关，还与角量子数有关，还与角量子数 l有关。有关。第五十八页，讲稿共九十九页哦4.2.屏蔽效应和穿透效应屏蔽效应和穿透效应(其中其中 Eh为哈特里能，即为哈特里能，即 1 a.u.)Z*-称为作用在电子上的称为作用在电子上的 有效核电荷有效核电荷 和原子的核电荷数和原子的核电荷数 Z 之间的关系为：之间的关系为：Z*=Z -称为称为 屏蔽常数屏蔽常数 屏蔽效应屏蔽效应E=-Z*2 Eh/(2n*2)第五十九页，讲稿共九十九页哦穿透效应（穿透作用）穿透效应（穿透作用）

34、电电子子在在主主量量子子数数相相同同而而角角量量子子数数不不同同的的轨轨道道上上的的径径向向分分布布是是不不一一样样的的，从从而而导导致致内内层层电电子子对对它它们们的的屏屏蔽蔽效效应应不不同同，这种影响就形象地称为穿透效应这种影响就形象地称为穿透效应第六十页，讲稿共九十九页哦2s和和2p电子向电子向1s电子云的穿透电子云的穿透E2s np轨道轨道 nd轨道轨道 nf轨道轨道 .屏蔽常数：屏蔽常数：ns np nd nf轨道能量：轨道能量：Ens Enp End Enf在在多多电电子子原原子子中中，角角量量子子数数l对对原原子子轨轨道道能能量量的的影影响响起起源源于电子的径向分布于电子的径向分

35、布原子序数小时，不会发生能级交错原子序数小时，不会发生能级交错原原子子序序数数大大时时，会会发发生生能能级级交交错错，因因为为此此时时穿穿透透效效应应比比较较明显明显第六十二页，讲稿共九十九页哦多电子原子轨道多电子原子轨道能级图能级图随随原原子子序序数数增增加加多多电电子子原原子子中中各各原原子子轨轨道道能能量量的变化趋势的变化趋势 原子序数原子序数第六十三页，讲稿共九十九页哦Z=1，氢原子，氢原子 Ens=Enp=End=Enf同一个多电子原子：同一个多电子原子：1s 2s 2p 3s 3p E4s （Z=15 19：P,S,Cl,Ar,K）E4d E5s 第六十四页，讲稿共九十九页哦同同样

36、样的的轨轨道道在在不不同同的的原原子子中中，能能量量也也是是不不一一样样的的，总总的的趋势是趋势是Z增加，增加，E下降下降E=-Z*2 Eh/(2n*2)Z*=Z 原原子子轨轨道道在在能能量量上上的的这这种种变变化化特特征征最最终终决决定定了了多多电电子子原原子子的的电子结构，即电子的排布电子结构，即电子的排布第六十五页，讲稿共九十九页哦4.3.多电子原子的基态电子构型（电子排布）多电子原子的基态电子构型（电子排布）核外电子在各原子轨道上的分配称为原子的电子结构核外电子在各原子轨道上的分配称为原子的电子结构基态：原子处于能量最低的状态，电子排布是唯一的基态：原子处于能量最低的状态，电子排布是唯

37、一的激发态：电子排布不是唯一的，与激发的能量有关激发态：电子排布不是唯一的，与激发的能量有关按按照照核核内内加加1 1个个质质子子、核核外外加加1 1个个电电子子的的方方式式逐逐个个构构建建原原子子，随随着着原原子子序序数数的的递递增增，每每个个新新增增加加的的核核外外电电子子将将按按如如下下顺顺序序陆陆续续填填满满各各个个原原子子轨轨道道，这这条条经经验验规规则则就就叫叫构构造原理造原理。第六十六页，讲稿共九十九页哦占占有有这这些些轨轨道道的的元元素素目目前还前还没有被发现没有被发现1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p第六十七页，讲稿共九十九页哦(1s

38、)(2s2p)(3s3p)(4s3d4p)(5s4d5p)(6s4f5d6p)(7s5f6d7p)分成分成7个能级组，每个能级组中原子轨道的能量相接近。个能级组，每个能级组中原子轨道的能量相接近。4s3d4p：第四周期元素所对应的能级组：第四周期元素所对应的能级组7s5f6d7p：第七周期元素所对应的能级组：第七周期元素所对应的能级组第六十八页，讲稿共九十九页哦光谱学家把光谱学家把 n相同的电子分为一层，如相同的电子分为一层，如 n=1,K层，层，n=2,L层，层，n=3 M层层 化学家喜欢根据能量上的化学家喜欢根据能量上的某种某种相似性把由相似性把由 n和和 l决定决定 的各亚层按如下的方式

39、分层：的各亚层按如下的方式分层：第第1层：层：1s 第第2层：层：2s 2p 第第3层：层：3s 3p 第第4层：层：4s 3d 4p 第第5层：层：5s 4d 5p 第第6层：层：6s 4f 5d 6p 第第7层：层：7s 5f 6d 7p 第六十九页，讲稿共九十九页哦1.泡泡里里原原理理（泡泡里里不不相相容容原原理理）-在在原原子子中中不不存存在在四四个个量量子子数数完完全全相相同同的的二二个个电电子子。也也可可以以说说：每每个个由由三三个个绕核量子数决定的轨道只能接纳二个自旋相反的电子。绕核量子数决定的轨道只能接纳二个自旋相反的电子。排布规则：排布规则：s:2,p:6,d:10,f:14

40、,g:18第七十页，讲稿共九十九页哦2.能能量量最最低低原原理理-在在不不违违反反泡泡里里原原理理的的前前提提下下，电电子总是先进入能量最低的轨道。子总是先进入能量最低的轨道。Z=2 He 1s2 1s12s1(激发态激发态)Z=3 Li 1s22s1 1s12s2(激发态激发态)1s12s12p1(激发态激发态)1s3(不允许或禁阻不允许或禁阻)第七十一页，讲稿共九十九页哦3.洪特规则洪特规则-第第一一规规则则：在在填填充充主主量量子子数数和和角角量量子子数数相相同同的的各各个个轨轨道道时时，电电子子总总是是先先按按自自旋旋平平行行的的方方式式单单独独地地占占有有各个轨道各个轨道，而后再配对

41、。而后再配对。等等价价轨轨道道：能能量量相相等等，轨轨道道形形状状大大致致相相同同，成成键键能能力力相相等等（2p，3d，4f）第第二二规规则则：主主量量子子数数和和角角量量子子数数相相同同的的轨轨道道组组处处于于半半充充满满或或全全充充满满状状态态时时，体体系系的的能能量量低低，这这二二种种状状态相对比较稳定态相对比较稳定。第七十二页，讲稿共九十九页哦电子排布式电子排布式N3 1s22s22p6第七十三页，讲稿共九十九页哦Z=22 Ti 1s22s22p63s23p63d24s2 或或Ar3d54s1 Z=24 Cr 1s22s22p63s23p63d54s1 或或Ar3d54s1 电子构型

42、的轨道图式：电子构型的轨道图式：填充电子时，先填填充电子时，先填4s轨道，再填轨道，再填3d轨道！轨道！失失去去电电子子时时，先先失失去去4s轨轨道道上上的的电电子子，再再失失去去3d轨轨道道上上的的电电子！子！Cr3+1s22s22p63s23p63d3 Mo Kr4d55s1Z=26 Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 电子构型的轨道图式：电子构型的轨道图式：Fe2+1s22s22p63s23p63d6Fe3+1s22s22p63s23p63d5 第七十四页，讲稿共九十九页哦Z=29 Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 或或Ar3d104s1 Cu+1s22s

43、22p63s23p63d10 Cu2+1s22s22p63s23p63d9 Ag Kr4d105s1 Au Xe4f145d106s1 然然而而视视电电子子在在(n-1)d轨轨道道的的交交换换能能以以及及(n-1)d和和ns轨轨道道的的能能量量差差的的相相对对大大小小，有有些些原原子子也也会会采采取取(n-1)d4ns1、(n-1)d7ns1、(n-1)d8ns1、(n-1)d9ns1甚至甚至(n-1)d10ns0 等电子构型。例如：等电子构型。例如：Nb：Kr4d45s1 Ru：Kr4d75s1 Rh：Kr4d85s1 Pt：Xe4f145d96s1 Pd：Kr4d10 第七十五页，讲稿共九

44、十九页哦顺顺磁磁性性：具具有有成成单单电电子子，成成单单电电子子数数越越多多，原原子子（或或离离子子）的顺磁性越大。的顺磁性越大。O 1s22s22p4 Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 Cu+1s22s22p63s23p63d10 (，2个成单电子个成单电子)(，4个成单电子个成单电子)(，1个成单电子个成单电子)(X，没有成单电子，没有成单电子)第七十六页，讲稿共九十九页哦第七十七页，讲稿共九十九页哦8个主族：个主族：1A,2A,3A,4A,5A,6A,7A,8A8个副族：个副族：1B,2B,3B,4B,5B,6B,7B,

45、8B共共18个族：个族：1,2,3,4,.,17,187个周期个周期 第一周期：第一周期：1s 2 第二周期：第二周期：2s 2p 8 第三周期：第三周期：3s 3p 8 第四周期：第四周期：4s 3d 4p 18 第五周期：第五周期：5s 4d 5p 18 第六周期：第六周期：6s 4f 5d 6p 32 第七周期：第七周期：7s 5f 6d 7p 32共：共：118短周期元素短周期元素长周期元素长周期元素第七十八页，讲稿共九十九页哦s s 区区区区价层电子价层电子填充在填充在 ns亚层的元素亚层的元素,包括第包括第1族族(碱金属元碱金属元 素素)、第、第2族族(碱土金属元素碱土金属元素)元

46、素。价电子构型：元素。价电子构型：ns1-2p p 区区区区价层电子填入价层电子填入np亚层的元素亚层的元素,包括第包括第13至至18族元素。族元素。价电子构型：价电子构型：ns2 np1-6d d区区区区价层电子陆续填充价层电子陆续填充(n 1)d亚层的元素，包括第亚层的元素，包括第3到到12 族元素族元素。d区元素的性质在第区元素的性质在第2族和第族和第13族元素之间族元素之间 逐步过渡，所以也叫逐步过渡，所以也叫过渡元素过渡元素。价电子构型：价电子构型：(n-1)d1-6ns1-2f f区区区区价层电子陆续填充价层电子陆续填充(n 2)f亚层的元素，包括第亚层的元素，包括第6周期周期 的

47、镧系和第的镧系和第7周期的锕系等周期的锕系等28个元素个元素,也称为也称为内过渡元素内过渡元素。第七十九页，讲稿共九十九页哦例例5：根据电子排布规律预测：根据电子排布规律预测：（1）第八周期有多少个元素）第八周期有多少个元素（2）首次出现）首次出现5g电子的元素的原子序数电子的元素的原子序数（3）Z=114的元素在周期表的位置的元素在周期表的位置要要求求：第第一一到到第第四四周周期期元元素素和和所所有有主主族族元元素素的的原原子子序序数数、元元素素符符号号、基基态态电电子子构构型型（电电子子排排布布式式）、电电子子构构型型的的轨道图式。轨道图式。第八十页，讲稿共九十九页哦8s8p8d8f8g9

48、s9p9d9f9g（1）第八周期对应的能级组）第八周期对应的能级组8s5g6f7d8p2+18+14+10+6=50 种元素种元素（2）首首次次出出现现5g电电子子的的元元素素的的原原子子序数：序数：118+2+1=121（3）Z=114的的元元素素在在周周期期表表的的位位置置：第七周期第第七周期第14族族(或或4A族族)第八十一页，讲稿共九十九页哦例例6：Ni的价电子构型：的价电子构型：3d84s2在在 周周 期期 表表 中中 第第_四四_周周 期期，第第 _10_族族，_d_区，成单电子数区，成单电子数_2_。第八十二页，讲稿共九十九页哦 5.1.原子半径原子半径原子半径原子半径(r)(r

49、)共价半径共价半径 -同种元素两个原子以共价单键结合时两同种元素两个原子以共价单键结合时两 原子核间距的一半。原子核间距的一半。单质的结晶半径单质的结晶半径 -单质晶体中相邻两个原子的核单质晶体中相邻两个原子的核 间距的一半。间距的一半。van der Waalsvan der Waals半径半径 -原子间以原子间以van der Waals van der Waals 力力 相互作用时相邻两个原子的核相互作用时相邻两个原子的核 间距的一半。间距的一半。5.元素基本性质的周期变化规律元素基本性质的周期变化规律范德华半径范德华半径 单质的结晶半径单质的结晶半径 共价半径共价半径比较不同原子的半径

50、时，应以同一种原子半径进行比较！比较不同原子的半径时，应以同一种原子半径进行比较！第八十三页，讲稿共九十九页哦同一族元素的原子半径随周期数增加而增大（从上到下依次增加）。同一族元素的原子半径随周期数增加而增大（从上到下依次增加）。副副族族元元素素：同同一一族族元元素素从从上上到到下下原原子子半半径径增增加加的的幅幅度度比比主主族族元元素素小小，特别是第五、六周期的原子半径比较接近特别是第五、六周期的原子半径比较接近。同同 一一 周周 期期 元元 素素 的的原原 子子 半半 径径 随随 原原 子子 序序 数数 增增 加加 而而 减减 小小（从从 左左 到到 右依次减小）。右依次减小）。长长周周期