第一章物质结构PPT讲稿.ppt
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1、第一章物质结构第1页,共82页,编辑于2022年,星期二核电荷数(核电荷数(Z)=核内质子数核内质子数=核外电子数核外电子数=原子序数原子序数原子量原子量(A)=质量数质量数=质子数(质子数(Z)+中子数(中子数(N)原子原子(A)原子核原子核电子电子(Z)带负电带负电质子质子(Z)(Z)带正电带正电 中子中子(N)(N)不带电不带电 第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态第2页,共82页,编辑于2022年,星期二一、电子云一、电子云界面图第3页,共82页,编辑于2022年,星期二枣糕模型现代原子概念点粒子行星系式定态原子模型近代原子概念的演变第4页,共82页,编辑于202
2、2年,星期二1.1.主量子数主量子数 n 电子层数电子层数意义:意义:1.决定e离核平均距离的远近(概率最 大的区域),n相同的轨道构成一层。2.决定能量的主要因素取值:取值:n =1,2无穷大 非“0”的正整数。表示:表示:n =1 2 3 4 5 6 K L M N O P一、核外电子的运动状态一、核外电子的运动状态第5页,共82页,编辑于2022年,星期二意义:意义:决定原子轨道形状,多决定原子轨道形状,多e e原子中决定电子能原子中决定电子能量量次要因素次要因素。取值:取值:l=0123 n-1,共取共取n n个整数个整数(从从0开始,取开始,取n个,最后:个,最后:n-1)表示:表示
3、:l=0123spdf形状:形状:球球双球双球花瓣花瓣2.2.角量子数角量子数 l 电子亚层电子亚层注意:单电子系统中电子的能量只决定于注意:单电子系统中电子的能量只决定于n,例如:氢原子或类氢离子都属于单电子系统。例如:氢原子或类氢离子都属于单电子系统。第6页,共82页,编辑于2022年,星期二讨论:讨论:1.nl相同相同的的e具有相同的能量,构成一个能级。具有相同的能量,构成一个能级。如如:1s2p3d2.n同同l 不同不同的的e能量高低不等,能量高低不等,l 越大越大En(形不同形不同能量不等,构成不同能级能量不等,构成不同能级)EnsEnpEnd3.n不同不同l 同同的的e能级高低有别
4、,能级高低有别,n越大越大En如如E1sE2sE3s?n不同不同l 也不同也不同第7页,共82页,编辑于2022年,星期二意义:意义:决定原子轨道在空间的决定原子轨道在空间的伸展方向伸展方向,与与 e e-能量能量无关无关取值:取值:m=0,1,2,3l(2 2l+1)+1)个整数个整数 (从从0开始,取开始,取2l+1个,最后:个,最后:l)3.3.磁量子数磁量子数 mm第8页,共82页,编辑于2022年,星期二pd+-+-s原子轨道角度分布图原子轨道角度分布图第9页,共82页,编辑于2022年,星期二意义:意义:表表e-自旋方向自旋方向,与,与n l m无关无关(非非Schrodinger
5、方程的方程的解解)表示表示:1/2;表示。4.自旋量子数自旋量子数ms第10页,共82页,编辑于2022年,星期二一、电子分布及近似能级图一、电子分布及近似能级图单电子原子:单电子原子:原子轨道的能级高低与主量子数原子轨道的能级高低与主量子数n有关。有关。n相同,原子轨道的相同,原子轨道的能级相同。能级相同。多电子原子:多电子原子:原子轨道的能级高低与主量子数原子轨道的能级高低与主量子数n和角量子数和角量子数l l有关。有关。n相同,相同,l l 越大,原子轨道的能级越高。越大,原子轨道的能级越高。例如,例如,E4sE4pE4dE4fl l 相同,相同,n越大,原子轨道的能级越高。越大,原子轨
6、道的能级越高。例如,例如,E2pE3pE4p第二节第二节 原子核外电子的排布原子核外电子的排布第11页,共82页,编辑于2022年,星期二能级交错现象能级交错现象在原子轨道近似能级图中,在原子轨道近似能级图中,从第四能级组开始出现了从第四能级组开始出现了能级交错现象能级交错现象,这一现象,这一现象可用屏蔽效应和穿透效应可用屏蔽效应和穿透效应来解释。来解释。比较比较4s和和3d轨道的径向分布图:轨道的径向分布图:n4s的最大峰比的最大峰比3d远远n4s的穿透作用较的穿透作用较3d强强n4s电子能更好地回避其它电子的屏蔽,电子能更好地回避其它电子的屏蔽,因而因而E4sE3d。n能级交错现象出现在:
7、能级交错现象出现在:E4sE3dE4p E5sE4dE5p E6sE4fE5dE6p E7sE5fE6dE7p第12页,共82页,编辑于2022年,星期二解释鲍林能级近似图在多电子原子中,屏蔽效应和钻穿效应同时存在,共在多电子原子中,屏蔽效应和钻穿效应同时存在,共同作用的结果使得多电子原子中原子轨道的能量高低同作用的结果使得多电子原子中原子轨道的能量高低为:为:l l 相同,相同,n越大,电子的能量越高,如越大,电子的能量越高,如E1sE2sE3sn相同,相同,l l 越大,电子的能量越高,如越大,电子的能量越高,如E3sE3pE3d发生能级交错现象。发生能级交错现象。第13页,共82页,编辑
8、于2022年,星期二1s鲍林近似能级图鲍林近似能级图 n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6 n=7 2p 2s 3p 3s 4p 3d 4s 5p 4d 5s 6p 5d 4f 6s 7p 6d 5f 7s第14页,共82页,编辑于2022年,星期二原子能级由低到高依次为原子能级由低到高依次为:1s,(2s,2p),(3s,3p),(4s,3d,4p),(5s,4d,5p),(6s,4f,5d,6p)括号表示能级组。括号表示能级组。第15页,共82页,编辑于2022年,星期二二、核外电子的排布原则二、核外电子的排布原则基态原子核外电子排布遵循以下三条基态原子核外电子排布遵循以下三条原
9、则:原则:能量最低原理能量最低原理泡利不相容原理泡利不相容原理洪德规则洪德规则第16页,共82页,编辑于2022年,星期二1.1.能量最低原理能量最低原理1H1s12He1s23Li1s22s14Be1s22s25B1s22s22p16C1s22s22p27N1s22s22p3电子优先占据能量较低的原子轨道。电子优先占据能量较低的原子轨道。8O 1s22s22p49F 1s22s22p510Ne 1s22s22p611Na12Mg13Al18Ar第17页,共82页,编辑于2022年,星期二电子填入原子轨道的顺序电子填入原子轨道的顺序第18页,共82页,编辑于2022年,星期二2.2.泡利不相容
10、原理泡利不相容原理 或:一个原子轨道最多只能容纳两个自旋或:一个原子轨道最多只能容纳两个自旋相反的电子。相反的电子。在一个原子中不可能有运动状态(四个量子在一个原子中不可能有运动状态(四个量子数)完全相同的两个电子同时存在。数)完全相同的两个电子同时存在。第19页,共82页,编辑于2022年,星期二3.3.洪德规则洪德规则电子在等价轨道上排布时,总是尽可能以电子在等价轨道上排布时,总是尽可能以相同的自旋方向分占不同的轨道。相同的自旋方向分占不同的轨道。7N 1s2 2s2 2px12py12pz1 6C 1s2 2s2 2px12py1 第20页,共82页,编辑于2022年,星期二洪特规则特例
11、在等价轨道上,电子处于在等价轨道上,电子处于全充满(全充满(p6,d10,f14)半充满(半充满(p3,d5,f7)全空(全空(p0,d0,f0)时,原子的能量最低,结构最稳定。时,原子的能量最低,结构最稳定。Cr 1s22s22p63s23p63d54s1 Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 第21页,共82页,编辑于2022年,星期二三、原子的电子结构与元素周期律1.原子的电子结构原子的电子结构2.原子的电子结构与元素周期律原子的电子结构与元素周期律第22页,共82页,编辑于2022年,星期二电子排布式电子排布式原子实原子实 基态与激发态基态与激发态 6C 1s22s22p
12、2 1s22s12p3n 价电子层构型价电子层构型n 轨道表示式轨道表示式25Mn 3d54s225Mn 1s22s22p63s23p63d54s2 Ar 3d54s21.原子的电子结构原子的电子结构第23页,共82页,编辑于2022年,星期二为了简便地表示多电子原子中的电子分布,通常只为了简便地表示多电子原子中的电子分布,通常只标明能级和该能级中的电子数目。标明能级和该能级中的电子数目。例:例:C原子和原子和N原子的电子分布:原子的电子分布:式中的式中的He表示表示C或或N的原子实。的原子实。“原子实原子实”:指某原子的原子核及电子分布同某稀:指某原子的原子核及电子分布同某稀有气体原子里的电
13、子分布相同的那部分实体。有气体原子里的电子分布相同的那部分实体。1.原子的电子结构原子的电子结构第24页,共82页,编辑于2022年,星期二价电子构型价电子构型 在化学反应中参与成键的电子构型在化学反应中参与成键的电子构型。对于主族元素,就是指最外层电子构型。对于主族元素,就是指最外层电子构型。对于副族元素来说,则为最外层的对于副族元素来说,则为最外层的ns和次外层的和次外层的(n-1)d电子构型;或最外层的电子构型;或最外层的ns,次外层的,次外层的(n-1)d及倒及倒数第三层的数第三层的(n-2)f。第25页,共82页,编辑于2022年,星期二19K:1s2,2s22p6,3s23p63d
14、04s1Ar4s1价电子构型:价电子构型:19K:3d04s14s1离子电子构型:离子电子构型:19K+:1s2,2s22p6,3s23p6轨道式轨道式:6C:1s2,2s22p2练习:写出电子层构型练习:写出电子层构型20Ca21Sc22Ti24Cr29Cu第26页,共82页,编辑于2022年,星期二在书写基态电子结构时应注意:在书写基态电子结构时应注意:(1)元素的电子构型应元素的电子构型应按按电子层数递增的顺序电子层数递增的顺序依次写出。例如,依次写出。例如,21Sc电子排布顺序为电子排布顺序为1s22s22p63s23p64s23d1电子结构为电子结构为1s22s22p63s23p63
15、d14s2(2)对核电荷数较大的原子,常常用稀有气体元素符号加中括号表对核电荷数较大的原子,常常用稀有气体元素符号加中括号表示内层电子结构。内层电子结构也称为示内层电子结构。内层电子结构也称为原子实原子实。例如,例如,19KAr4s150SnKr4d105s25p2(3)元素的化学性质主要与元素的化学性质主要与价电子层构型有关,因此常用价电子层构型有关,因此常用价电价电子层构型子层构型表示原子的结构。例如,表示原子的结构。例如,19K4s121Sc3d14s250Sn5s25p26C2s22p229Cu3d104s1第27页,共82页,编辑于2022年,星期二当金属原子电离成为离子时,失电子的
16、当金属原子电离成为离子时,失电子的顺序是:顺序是:np,ns,(n-1)d,(n-2)f。电子构型电子构型 价电子层构型价电子层构型Cu Ar3d104s1 3d104s1 Cu+Ar3d10 3s23p63d10 Cu2+Ar3d9 3s23p63d9 Fe Ar3d64s2 3d64s2 Fe2+Ar3d6 3s23p63d6 Fe3+Ar3d5 3s23p63d5第28页,共82页,编辑于2022年,星期二例:写出元素铁的电子构型、价电子层构型,并指例:写出元素铁的电子构型、价电子层构型,并指出铁原出铁原子中有多少个未成对电子。子中有多少个未成对电子。解:铁的原子序数解:铁的原子序数Z=
17、26,因此,因此,电子构型电子构型:1s22s22p63s23p63d64s2或或:Ar3d64s2价电子层构型价电子层构型:3d64s2只有未充满的亚层上含有未成对电子。在铁原子中,只有未充满的亚层上含有未成对电子。在铁原子中,3d亚层亚层上只有上只有6个电子,是未充满的,根据洪特规则,这个电子,是未充满的,根据洪特规则,这6个电子在个电子在3d亚层上的排布如下,因此铁原子中有亚层上的排布如下,因此铁原子中有4个未成对电子。个未成对电子。第29页,共82页,编辑于2022年,星期二2.2.原子的电子结构和元素周期律原子的电子结构和元素周期律周期:分周期:分7个周期个周期族:族:8个主族个主族
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