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1、基础化学 原子结构第1页，本讲稿共55页目目 录录6.1 概述概述6.2 核外电子运动状态的描述核外电子运动状态的描述6.3 多电子原子的能级多电子原子的能级6.4 多电子原子的核外电子排布规则多电子原子的核外电子排布规则6.5 原子的电子构型和周期律原子的电子构型和周期律6.6 主要的原子参数及其变化规律主要的原子参数及其变化规律第2页，本讲稿共55页6.1 6.1 概述概述6.1.1 6.1.1 卢瑟福的含核原子模型卢瑟福的含核原子模型 卢瑟福卢瑟福“太阳太阳-行星模型行星模型”的要点：的要点：1.所有原子都有一个核即原子核所有原子都有一个核即原子核 2.核的体积只占整个原子体积极小核的体
2、积只占整个原子体积极小 的一部分；的一部分；第3页，本讲稿共55页 3.原子的正电荷和绝大部分质量集中在核上；原子的正电荷和绝大部分质量集中在核上；4.电子像行星绕着太阳那样绕核运动。电子像行星绕着太阳那样绕核运动。在在对对粒粒子子散散射射实实验验结结果果的的解解释释上上,卢卢瑟瑟福福的的原原子子模模型型的的成成功是显而易见的功是显而易见的,至少要点中的前三点是如此至少要点中的前三点是如此。根根据据当当时时的的物物理理学学概概念念,带带电电微微粒粒在在力力场场中中运运动动时时总总要要产产生生电电磁磁辐辐射射并并逐逐渐渐失失去去能能量量,运运动动着着的的电电子子轨轨道道会会越越来来越越小小,最最
3、终终将将与与原原子子核核相相撞撞并并导导致致原原子子毁毁灭灭。由由于于原原子子毁毁灭灭的的事事实实从从未未发发生生,将将经经典典物物理理学学概概念念推推到前所未有的尴尬境地。到前所未有的尴尬境地。第4页，本讲稿共55页6.1.2 波的微粒性波的微粒性电磁波是通过空间传播的能量。可见光只不过是电磁波电磁波是通过空间传播的能量。可见光只不过是电磁波的一种的一种。电磁波在有些情况下表现出连续波的性质，另一些情况下电磁波在有些情况下表现出连续波的性质，另一些情况下则更像单个微粒的集合体，后一种性质叫作波的微粒性。则更像单个微粒的集合体，后一种性质叫作波的微粒性。第5页，本讲稿共55页6.1.3 普朗克
4、量子论普朗克量子论1900年年,普朗克普朗克(Plank M)提出著名的普朗克方程：提出著名的普朗克方程：E=hv式中的式中的h叫普朗克常数其值为叫普朗克常数其值为6.62610-34 Js。普普朗朗克克认认为为,物物体体只只能能按按h hv v的的整整数数倍倍(例例如如1 1h hv v,2 2h hv v,3 3h hv v等等)一一份份一一份份地地吸吸收收或或释释出出光光能能,而而不不可可能能是是0 0.5 5 h hv v,1 1.6 6 h hv v,2 2.3 3 h hv v等等 任任 何何 非非 整整 数数 倍倍。即即 所所 谓谓 的的 能能 量量量子化概念。量子化概念。普朗克
5、提出了当时物理学界一种全新的概念普朗克提出了当时物理学界一种全新的概念,但它只但它只涉及光作用于物体时能量的传递过程涉及光作用于物体时能量的传递过程(即吸收或释出即吸收或释出)。第6页，本讲稿共55页6.1.4 光电效应光电效应 爱爱因因斯斯坦坦认认为为,入入射射光光本本身身的的能能量量也也按按普普朗朗克克方方程程量量子子化化,并并将将这这一一份份份份数数值值为为1hv的的能能量量叫叫光光子子,一一束束光光线线就就是是一一束束光光子子流流.频频率率一一定定的的光光子子其其能能量量都都相相同同,光光的的强强弱弱只表明光子的多少只表明光子的多少,而与每个光子的能量无关。而与每个光子的能量无关。爱爱
6、因因斯斯坦坦对对光光电电效效应应的的成成功功解解释释最最终终使使光光的的微微粒粒性为人们所接受。性为人们所接受。1905年年,爱爱因因斯斯坦坦(Einstein A)成成功功地地将将能能量量量量子子化化概概念念扩扩展展到到光本身光本身,解释了光电效应解释了光电效应。第7页，本讲稿共55页波的微粒性波的微粒性 导导致致了了人人们们对对波波的的深深层层次次认认识识，产产生生了了讨讨论论波波的的微微粒粒性性概概念念为为基基础础的的学学科科 量子力学。量子力学。Einstein 的光子学说的光子学说电子微粒性的实验电子微粒性的实验Plank 的量子论的量子论第8页，本讲稿共55页已知光子的能量：已知光
7、子的能量：E=h；c=光子的动量：光子的动量：P=mc 故故 P=E/c=h/c=h/6.1.5 波粒二象性波粒二象性 核外电子运动的特性核外电子运动的特性1、光子的二象性：、光子的二象性：20世纪初人们根据光的干涉、衍射和光电效应等大量世纪初人们根据光的干涉、衍射和光电效应等大量实验认识到光既有波动的性质，又有微粒子的性质，即光实验认识到光既有波动的性质，又有微粒子的性质，即光的波粒二象性。按照相对论的质能联系定律：的波粒二象性。按照相对论的质能联系定律：E=mc2 ；m=E/c22、实物粒子的波粒二象性、实物粒子的波粒二象性对于质量为对于质量为对于质量为对于质量为mm，速度为，速度为，速度
8、为，速度为v v的微粒，其波长可用下式求得：的微粒，其波长可用下式求得：的微粒，其波长可用下式求得：的微粒，其波长可用下式求得：=h/mv =h/mv 这种波称为德布罗意波或物质波。这种波称为德布罗意波或物质波。这种波称为德布罗意波或物质波。这种波称为德布罗意波或物质波。第9页，本讲稿共55页H+H H-D He波尔以波的微波尔以波的微粒性（即能量粒性（即能量量子化概念）量子化概念）为基础建立了为基础建立了氢原子模型氢原子模型。薛定谔等则以薛定谔等则以微粒波动性为微粒波动性为基础建立起原基础建立起原子的波动力学子的波动力学模型。模型。波粒二象性的重要性在于波粒二象性的重要性在于第10页，本讲稿
9、共55页6.1.6 玻尔原子模型玻尔原子模型1、玻尔原子模型的建立、玻尔原子模型的建立爱因斯坦的光子学说爱因斯坦的光子学说 普朗克的量子化学说普朗克的量子化学说 氢原子的光谱实验氢原子的光谱实验 卢瑟福的有核模型卢瑟福的有核模型Bohr在在的基础上，建的基础上，建立了立了Bohr理论理论波粒二象性波粒二象性第11页，本讲稿共55页2 2、玻尔理论玻尔理论玻尔理论玻尔理论(三个假设三个假设三个假设三个假设)1 1、定态轨道的假设：原子中的每个电子，都是围绕原子、定态轨道的假设：原子中的每个电子，都是围绕原子、定态轨道的假设：原子中的每个电子，都是围绕原子、定态轨道的假设：原子中的每个电子，都是围
10、绕原子核在一个固定的、有一定能量和有特定半径的定态圆形轨核在一个固定的、有一定能量和有特定半径的定态圆形轨核在一个固定的、有一定能量和有特定半径的定态圆形轨核在一个固定的、有一定能量和有特定半径的定态圆形轨道上运动的。每个轨道表达（描述）了原子中电子的一种道上运动的。每个轨道表达（描述）了原子中电子的一种道上运动的。每个轨道表达（描述）了原子中电子的一种道上运动的。每个轨道表达（描述）了原子中电子的一种固定的运动状态。固定的运动状态。固定的运动状态。固定的运动状态。2 2、轨道能量的假设：轨道能量符合量子化特点。轨道所、轨道能量的假设：轨道能量符合量子化特点。轨道所、轨道能量的假设：轨道能量符
11、合量子化特点。轨道所、轨道能量的假设：轨道能量符合量子化特点。轨道所具有的能量随轨道离核距离不同而不同。离核越远的轨道具有的能量随轨道离核距离不同而不同。离核越远的轨道具有的能量随轨道离核距离不同而不同。离核越远的轨道具有的能量随轨道离核距离不同而不同。离核越远的轨道能量越高。能量越高。能量越高。能量越高。3 3、能量的吸收和释放的假设：电子运动时所处的能量状、能量的吸收和释放的假设：电子运动时所处的能量状、能量的吸收和释放的假设：电子运动时所处的能量状、能量的吸收和释放的假设：电子运动时所处的能量状态称为能级。在正常情况下，电子是在离核最近、能量最态称为能级。在正常情况下，电子是在离核最近、
12、能量最态称为能级。在正常情况下，电子是在离核最近、能量最态称为能级。在正常情况下，电子是在离核最近、能量最低的轨道上运动的。此时电子既不释放能量，也不吸收能低的轨道上运动的。此时电子既不释放能量，也不吸收能低的轨道上运动的。此时电子既不释放能量，也不吸收能低的轨道上运动的。此时电子既不释放能量，也不吸收能量，处于稳定状态，称为基态（量，处于稳定状态，称为基态（量，处于稳定状态，称为基态（量，处于稳定状态，称为基态（n=1n=1的轨道）的轨道）的轨道）的轨道）第12页，本讲稿共55页 玻玻尔尔模模型型认认为为,只只有有当当电电子子从从较较高高能能态态(E2)向向较较低低能能态态(E1)跃跃迁迁时
13、时,原原子子才才能能以以光光子子的的形形式式放放出出能能量量,光光子子能能量的大小决定于跃迁所涉及的两条轨道间的能量差量的大小决定于跃迁所涉及的两条轨道间的能量差：E=E2 E1=h E:轨道的能量轨道的能量：光的频率：光的频率 h:Planck常量常量第13页，本讲稿共55页3、玻尔理论成功之处、玻尔理论成功之处 计算氢原子的电离能计算氢原子的电离能 解释了解释了 H 及及 He+、Li2+、B3+的原子光谱的原子光谱波型波型 H H H H计算值计算值/nm 656.2 486.1 434.0 410.1实验值实验值/nm 656.3 486.1 434.1 410.2 说明了原子的稳定性
14、说明了原子的稳定性 对其他发光现象（如射线的形成）也能解对其他发光现象（如射线的形成）也能解释释第14页，本讲稿共55页4、玻尔理论不足之处、玻尔理论不足之处 不能解释氢原子光谱在磁场中的分裂不能解释氢原子光谱在磁场中的分裂 不能解释氢原子光谱的精细结构不能解释氢原子光谱的精细结构 不能解释多电子原子的光谱不能解释多电子原子的光谱 19271927年德国的物理学家海森堡提出了量子力学中的一年德国的物理学家海森堡提出了量子力学中的一年德国的物理学家海森堡提出了量子力学中的一年德国的物理学家海森堡提出了量子力学中的一个重要关系式个重要关系式个重要关系式个重要关系式 测不准关系：测不准关系：测不准关
15、系：测不准关系：x.x.P h/4P h/4 该式表明：粒子位置的测定准确度越大该式表明：粒子位置的测定准确度越大该式表明：粒子位置的测定准确度越大该式表明：粒子位置的测定准确度越大(x x 越小越小越小越小)，则其相应的动量的准确度就越小则其相应的动量的准确度就越小则其相应的动量的准确度就越小则其相应的动量的准确度就越小(P P越大越大越大越大)，反之亦然，反之亦然，反之亦然，反之亦然6.1.7 测不准原理测不准原理测不准原理测不准原理第15页，本讲稿共55页 量子力学从微观粒子具有波粒二象性出发，认为微量子力学从微观粒子具有波粒二象性出发，认为微量子力学从微观粒子具有波粒二象性出发，认为微
16、量子力学从微观粒子具有波粒二象性出发，认为微 观粒子的运动状态可用波函数观粒子的运动状态可用波函数观粒子的运动状态可用波函数观粒子的运动状态可用波函数 (x,y,z)(x,y,z)来来来来描述。描述。描述。描述。波函数可波函数可波函数可波函数可通过量子力学的基本方程求解。通过量子力学的基本方程求解。通过量子力学的基本方程求解。通过量子力学的基本方程求解。6.2.1 薛定谔方程薛定谔方程19261926年，奥地利科学家薛定谔年，奥地利科学家薛定谔年，奥地利科学家薛定谔年，奥地利科学家薛定谔(E.Schr(E.Schr dinger)dinger)在考虑在考虑在考虑在考虑实物粒子的波粒二象性的基础
17、上，通过光学和力学的对比，实物粒子的波粒二象性的基础上，通过光学和力学的对比，实物粒子的波粒二象性的基础上，通过光学和力学的对比，实物粒子的波粒二象性的基础上，通过光学和力学的对比，把微粒的运动用类似于表示光波动的运动方程来描述。它把微粒的运动用类似于表示光波动的运动方程来描述。它把微粒的运动用类似于表示光波动的运动方程来描述。它把微粒的运动用类似于表示光波动的运动方程来描述。它的具体形式如下：的具体形式如下：的具体形式如下：的具体形式如下：62 核外电子运动状态的描述核外电子运动状态的描述 这便是著名的这便是著名的薛定谔方程式，式中：薛定谔方程式，式中：E是体系的总能是体系的总能量；量；V是
18、体系的势能；是体系的势能；m为微粒的质量。为微粒的质量。第16页，本讲稿共55页6.2.2 波函数和原子轨道波函数和原子轨道（1 1）波函数：解薛定谔方程所得出的）波函数：解薛定谔方程所得出的）波函数：解薛定谔方程所得出的）波函数：解薛定谔方程所得出的 是一系列的函数是一系列的函数是一系列的函数是一系列的函数表达式而不是一个个数值，称表达式而不是一个个数值，称表达式而不是一个个数值，称表达式而不是一个个数值，称 为波函数，它并没有实际为波函数，它并没有实际为波函数，它并没有实际为波函数，它并没有实际的物理意义。的物理意义。的物理意义。的物理意义。是描述原子核外电子运动状态的数学函数式，是空是描
19、述原子核外电子运动状态的数学函数式，是空是描述原子核外电子运动状态的数学函数式，是空是描述原子核外电子运动状态的数学函数式，是空间坐标（间坐标（间坐标（间坐标（X X，Y Y，Z Z）的函数。）的函数。）的函数。）的函数。（2 2）原子轨道：在量子力学中，把原子体系中的每一个）原子轨道：在量子力学中，把原子体系中的每一个）原子轨道：在量子力学中，把原子体系中的每一个）原子轨道：在量子力学中，把原子体系中的每一个这种波函数叫原子轨道，代表微粒的一种运动状，是一这种波函数叫原子轨道，代表微粒的一种运动状，是一这种波函数叫原子轨道，代表微粒的一种运动状，是一这种波函数叫原子轨道，代表微粒的一种运动状
20、，是一种概率的量度。种概率的量度。种概率的量度。种概率的量度。波函数波函数和原子轨道是同义词，用和原子轨道是同义词，用（X，Y，Z）表）表示。具体应用时，应注以量子数下标。示。具体应用时，应注以量子数下标。n,l,m（X，Y，Z）合理地描述了核外电子运动状）合理地描述了核外电子运动状态。它是薛定谔方程的特定解。态。它是薛定谔方程的特定解。第17页，本讲稿共55页6.2.3 几率密度和电子云几率密度和电子云1、几率：电子在空间某一区域出现的机会称为几率。例、几率：电子在空间某一区域出现的机会称为几率。例如，在氢原子中，电子在如，在氢原子中，电子在l等于等于0的球体内出现的机会是的球体内出现的机会
21、是90%，所以在该球体内出现的几率为，所以在该球体内出现的几率为0.9。2、几率密度：电子在核外某处单位体积内出现的几率称、几率密度：电子在核外某处单位体积内出现的几率称为该处的几率密度。为该处的几率密度。这就是波函数绝对值的平方这就是波函数绝对值的平方 2的物理意义。的物理意义。3、电子云：电子在核外出现几率密度的大小的疏密的表、电子云：电子在核外出现几率密度的大小的疏密的表示，电子出现几率密度大的区域用密集的小点来表示；示，电子出现几率密度大的区域用密集的小点来表示；电子出现几率密度小的区域用稀疏的小点来表示，这样电子出现几率密度小的区域用稀疏的小点来表示，这样绘成绘成 的图形称为电子云。
22、所以电子云是几率密度的图形的图形称为电子云。所以电子云是几率密度的图形表示表示第18页，本讲稿共55页6.2.4 四个量子数四个量子数四个量子数四个量子数1 1、主量子数、主量子数、主量子数、主量子数(n)(n)物理意义：决定核外电子的能量和电子离核的平均距离物理意义：决定核外电子的能量和电子离核的平均距离（1 1）电子离核的平均距离最近的一层即第一电子层，用）电子离核的平均距离最近的一层即第一电子层，用）电子离核的平均距离最近的一层即第一电子层，用）电子离核的平均距离最近的一层即第一电子层，用n=1n=1表示，余此类推，可见表示，余此类推，可见表示，余此类推，可见表示，余此类推，可见n n越
23、大电子离核的平均距离越越大电子离核的平均距离越越大电子离核的平均距离越越大电子离核的平均距离越远。远。远。远。电子层：在一个原子内，具有相同主量子数的电子，电子层：在一个原子内，具有相同主量子数的电子，电子层：在一个原子内，具有相同主量子数的电子，电子层：在一个原子内，具有相同主量子数的电子，近乎在同样的空间范围运动，这一范围称电子层。近乎在同样的空间范围运动，这一范围称电子层。近乎在同样的空间范围运动，这一范围称电子层。近乎在同样的空间范围运动，这一范围称电子层。（2 2）主量子数也可用光谱符号主量子数也可用光谱符号主量子数也可用光谱符号主量子数也可用光谱符号K,L,M,NK,L,M,N表示
24、。表示。表示。表示。第19页，本讲稿共55页（3 3）n n是决定电子能量高低的主要因素。是决定电子能量高低的主要因素。是决定电子能量高低的主要因素。是决定电子能量高低的主要因素。对于单电子原子（或离子）来说：对于单电子原子（或离子）来说：对于单电子原子（或离子）来说：对于单电子原子（或离子）来说：n n 值越大，电子值越大，电子值越大，电子值越大，电子的能量越高。的能量越高。的能量越高。的能量越高。2 2、角量子数、角量子数、角量子数、角量子数(l)(l)对于给定的对于给定的对于给定的对于给定的n n 值，值，值，值，l l 只能取小于只能取小于只能取小于只能取小于n n 的正整数。的正整数
25、。的正整数。的正整数。l=0l=0，1 1，2 2，3 3，4 4，（n-1n-1）物理意义：确定原子轨道的形状并在多电子原子中和主量物理意义：确定原子轨道的形状并在多电子原子中和主量子数一起决定电子的能级子数一起决定电子的能级（1）每种）每种 l 值表示一类电子云的形状（轨道），其数值值表示一类电子云的形状（轨道），其数值常用光谱符号常用光谱符号s、p、d、f 等表示：等表示：第20页，本讲稿共55页l值值 0 1 2 3l的符号的符号 s p d f轨道形状轨道形状（2 2）如果用）如果用）如果用）如果用n n表示电子层时，表示电子层时，表示电子层时，表示电子层时，l l 就表示同一主电子
26、层中所就表示同一主电子层中所就表示同一主电子层中所就表示同一主电子层中所具有不同状态的分层具有不同状态的分层具有不同状态的分层具有不同状态的分层 电子亚层。电子亚层。电子亚层。电子亚层。nl1234（亚层亚层0000s111p22d3f)第21页，本讲稿共55页(3)(3)在多电子原子中电子的能量决定于主量子数在多电子原子中电子的能量决定于主量子数在多电子原子中电子的能量决定于主量子数在多电子原子中电子的能量决定于主量子数n n和角量和角量和角量和角量子数子数子数子数l l。当当当当 n n 不同，不同，不同，不同，l l 相同时，其能量关系为：相同时，其能量关系为：相同时，其能量关系为：相同
27、时，其能量关系为：E E1S1S E E2S2S E E3S3S E E4S4S当当当当 n n 相同，相同，相同，相同，l l 不同时，其能量关系为：不同时，其能量关系为：不同时，其能量关系为：不同时，其能量关系为：E4S E4P E4d E4f由不同的由不同的由不同的由不同的n n和和和和 l l 组成各分层其能量必然不同，组成各分层其能量必然不同，组成各分层其能量必然不同，组成各分层其能量必然不同，从能量的角度上看，这些亚层称为能级从能量的角度上看，这些亚层称为能级从能量的角度上看，这些亚层称为能级从能量的角度上看，这些亚层称为能级等价轨道和简并轨道等价轨道和简并轨道等价轨道和简并轨道等
28、价轨道和简并轨道 在同电子层中相同的亚层在同电子层中相同的亚层在同电子层中相同的亚层在同电子层中相同的亚层(n(n和和和和l l 值相同值相同值相同值相同)中的不同轨中的不同轨中的不同轨中的不同轨道，虽然道，虽然道，虽然道，虽然 它们电子云的取向不同，但它们的能量却是它们电子云的取向不同，但它们的能量却是它们电子云的取向不同，但它们的能量却是它们电子云的取向不同，但它们的能量却是相同相同相同相同 的，这样的轨道称为等价轨道或简并轨道。的，这样的轨道称为等价轨道或简并轨道。的，这样的轨道称为等价轨道或简并轨道。的，这样的轨道称为等价轨道或简并轨道。第22页，本讲稿共55页3 3、磁量子数、磁量子
29、数、磁量子数、磁量子数(m)(m)与角动量的取向有关，取向是量子化的与角动量的取向有关，取向是量子化的 m m可取可取 0 0，1,21,2l l 取值决定了原子轨道的空间取向取值决定了原子轨道的空间取向lm轨道数轨道数 0(s)1(p)2(d)3(f)0 1 0 1 2 1 0 1 2 3 2 1 0 1 2 31357第23页，本讲稿共55页s 轨道轨道(l=0,m=0):m 一一种取值种取值,空间一种取向空间一种取向,一条一条 s 轨道轨道 p 轨道轨道(l=1,m=+1,0,-1)m 三种取值三种取值,三种取向三种取向,三条等价三条等价(简并简并)p 轨道轨道第24页，本讲稿共55页d
30、 轨道轨道(l=2,m=+2,+1,0,-1,-2):m 五种取值五种取值,空间五种取向空间五种取向,五条等价五条等价(简并简并)d 轨轨道道第25页，本讲稿共55页 f 轨道轨道(l=3,m=+3,+2,+1,0,-1,-2,-3):m 七种取值七种取值,空间七种取向空间七种取向,七条等价七条等价(简并简并)f 轨道轨道本课程不要求记住本课程不要求记住f f轨道具体形状轨道具体形状第26页，本讲稿共55页4、自旋量子数自旋量子数 ms 描述电子绕自轴旋转的状态描述电子绕自轴旋转的状态 自旋运动使电子具有类似于微磁体的行为自旋运动使电子具有类似于微磁体的行为 ms 取值取值+1/2和和-1/2
31、，分别用，分别用和和表示表示磁场磁场屏幕屏幕窄缝窄缝银原子流银原子流炉炉第27页，本讲稿共55页nn,l l,mm 一定一定一定一定,轨道也确定轨道也确定轨道也确定轨道也确定 0 1 2 3 0 1 2 3轨道轨道 s p d fs p d f例如例如:n=2,l=0,m=0,2sn=2,l=0,m=0,2s n=3,l=1,m=0,3p n=3,l=1,m=0,3pz z n=3,l=2,m=0,3d n=3,l=2,m=0,3dz z2 2核外电子运动核外电子运动轨道运动轨道运动自旋运动自旋运动与一套量子数相对应（自然也有与一套量子数相对应（自然也有1个能量个能量Ei)n lm ms第28
32、页，本讲稿共55页6.2.5 原子轨道的角度分布图和径向分布图原子轨道的角度分布图和径向分布图 (r,(r,)=R(r)=R(r)Y(Y(，)式中：式中：式中：式中：Y(Y(,)只与两个角度有关，所以称只与两个角度有关，所以称只与两个角度有关，所以称只与两个角度有关，所以称Y(Y(,)为：为：为：为：角度分布函数；角度分布函数；角度分布函数；角度分布函数；而而而而R(r)R(r)只与电子离核半径（核距离）有关，称只与电子离核半径（核距离）有关，称只与电子离核半径（核距离）有关，称只与电子离核半径（核距离）有关，称 R(r)R(r)为：径向分布函数。为：径向分布函数。为：径向分布函数。为：径向分
33、布函数。波函数的角度分布图：波函数的角度分布图：波函数的角度分布图：波函数的角度分布图：yz+-+-+-xxzxYpyYpxYpzP轨道轨道：第29页，本讲稿共55页+-+-+-+-+-+-+-+-YdxyYdyzYdxzYdx-y22Yd z2d轨道轨道：酷似波函数的角度分布图 但但是,叶瓣不再有“+”、“-”之分 电子云的角度分布图要比原子轨道角度分布图电子云的角度分布图要比原子轨道角度分布图 “瘦瘦”些；些；电子云的角度分布图电子云的角度分布图第30页，本讲稿共55页要求牢记：要求牢记：s,p,d 电子云的形状；电子云的形状；s,p,d 电子云在空间的伸展方向。电子云在空间的伸展方向。x
34、yY2pyxzY2pxxzY2pzP轨道轨道yxyY2dxyY2dxzxzY2dz2zY2dyzyxzxY2dx-y22d轨道轨道第31页，本讲稿共55页63 多电子原子的能级多电子原子的能级 氢原子的核外只有一个电子，原子基态和激发态的氢原子的核外只有一个电子，原子基态和激发态的能量都由主量子数确定，与角量子数无关。在多电子原能量都由主量子数确定，与角量子数无关。在多电子原子中，由于电子之间的相互斥力，使得主量子数相同的子中，由于电子之间的相互斥力，使得主量子数相同的各轨道产生能级分裂，所以在多电子原子中某个轨道的各轨道产生能级分裂，所以在多电子原子中某个轨道的能量不仅与主量子数有关，而且与
35、角量子数有关。各原能量不仅与主量子数有关，而且与角量子数有关。各原子轨道的能级主要是根据光谱实验确定。子轨道的能级主要是根据光谱实验确定。6.3.1 鲍林近似能级图鲍林近似能级图 鲍林根据光谱实验的结果总结了多电子原子各轨道鲍林根据光谱实验的结果总结了多电子原子各轨道鲍林根据光谱实验的结果总结了多电子原子各轨道鲍林根据光谱实验的结果总结了多电子原子各轨道能级的相对高低并用图形近似地表示出来，能级的相对高低并用图形近似地表示出来，能级的相对高低并用图形近似地表示出来，能级的相对高低并用图形近似地表示出来，图中小圆圈代表原子轨道，由上至下能量递增，同图中小圆圈代表原子轨道，由上至下能量递增，同图中
36、小圆圈代表原子轨道，由上至下能量递增，同图中小圆圈代表原子轨道，由上至下能量递增，同一水平位置上的原子轨道为等价轨道。一水平位置上的原子轨道为等价轨道。一水平位置上的原子轨道为等价轨道。一水平位置上的原子轨道为等价轨道。能级组：把能量相近的轨道归并在一起，就称为能能级组：把能量相近的轨道归并在一起，就称为能能级组：把能量相近的轨道归并在一起，就称为能能级组：把能量相近的轨道归并在一起，就称为能级组。级组。级组。级组。第32页，本讲稿共55页原子轨道分为七个组，能级组之间能量差较大。能级组是原子轨道分为七个组，能级组之间能量差较大。能级组是原子轨道分为七个组，能级组之间能量差较大。能级组是原子轨
37、道分为七个组，能级组之间能量差较大。能级组是划分周期的依据。划分周期的依据。划分周期的依据。划分周期的依据。n n 值相同时值相同时,轨道能级则由轨道能级则由l l值决定值决定,叫能级分裂；叫能级分裂；l l值相同时值相同时,轨道能级轨道能级只由只由n n值决定值决定,例例:E E(1(1s s)E E(2(2s s)E E(3(3s s)过渡元素过渡元素 内过渡元素内过渡元素内过渡元素有镧系收缩效应内过渡元素有镧系收缩效应第47页，本讲稿共55页同族元素原子半径的变化趋势同族元素原子半径的变化趋势同族元素原子半径的变化趋势同族元素原子半径的变化趋势 同族元素原子半径自上而下增大同族元素原子半
38、径自上而下增大:电子层依电子层依 次增加次增加,有效核电荷的影响退居次要地位有效核电荷的影响退居次要地位 第第6 6周期过渡元素周期过渡元素(如如Hf,Ta)Hf,Ta)的原子半径与第的原子半径与第 5 5周期同族元素周期同族元素(如如Zr,Nb)Zr,Nb)相比几乎没有增大相比几乎没有增大,这是镧系收缩的重要效应之一这是镧系收缩的重要效应之一第48页，本讲稿共55页6.6.3 电离能电离能E E(g)=(g)=E E+(g)+e(g)+e-I I 1 1E E+(g)=(g)=E E 2+2+(g)+e(g)+e-I I 2 2I I 1 1 I I 2 2 I I 3 3 I I 4 4
39、基基态态气气体体原原子子失失去去最最外外层层一一个个电电子子成成为为气气态态+1+1价价离离子子所所需需的的最最小小能能量量叫叫第第一一电电离离能能,再再从从正正离离子子相相继继逐逐个个失失去去电电子子所所需需的的最最小小能能量量则则叫叫第第二二、第第三三、电电离能。各级电离能的数值关系为离能。各级电离能的数值关系为I I1 1I I2 2I I3 3.。第49页，本讲稿共55页同族总趋势：自上至下减小同族总趋势：自上至下减小,与原子半径增大趋势一致与原子半径增大趋势一致同周期总趋势：自左至右增大同周期总趋势：自左至右增大,与原子半径减小趋势一致与原子半径减小趋势一致电离能变化趋势电离能变化趋
40、势第二周期中第二周期中Be和和N的电离能比后面的元素的电离能比后面的元素B和和O的电离能的电离能都大，是由于它们都具有全满、半满和全空的价电子结构，都大，是由于它们都具有全满、半满和全空的价电子结构，这种结构较难失去电子，所以有较大的电离能。这种结构较难失去电子，所以有较大的电离能。第50页，本讲稿共55页6.6.4 电子亲和能电子亲和能 电子亲和能的定义：元素的气态原子在基态时得电子亲和能的定义：元素的气态原子在基态时得到一个电子成为一价气态负离子所放出的能量称为电到一个电子成为一价气态负离子所放出的能量称为电子亲和能。电子亲和能也有第一、第二之称。子亲和能。电子亲和能也有第一、第二之称。例
41、如：例如：O(g)+e O-(g)EA1=-141.8 kJmol-1O-(g)+e O2-(g)EA2=+780 kJmol-1 同周期元素，从左到右元素的第一电子亲和能同周期元素，从左到右元素的第一电子亲和能(代数值代数值)逐渐减小。逐渐减小。同族主族元素的电子亲和能，根据有效核电荷、同族主族元素的电子亲和能，根据有效核电荷、原子半径和电子结构具体分析，规律性不强。原子半径和电子结构具体分析，规律性不强。第51页，本讲稿共55页6.6.5 电负性电负性(X)电离能和电子亲和能都各自从一个方面反映电子的得、失电离能和电子亲和能都各自从一个方面反映电子的得、失电离能和电子亲和能都各自从一个方面
42、反映电子的得、失电离能和电子亲和能都各自从一个方面反映电子的得、失能力。为全面衡量分子中原子争夺电子的能力，能力。为全面衡量分子中原子争夺电子的能力，能力。为全面衡量分子中原子争夺电子的能力，能力。为全面衡量分子中原子争夺电子的能力，引入电负性的概念。电负性有各种定义，下面主要介绍鲍引入电负性的概念。电负性有各种定义，下面主要介绍鲍引入电负性的概念。电负性有各种定义，下面主要介绍鲍引入电负性的概念。电负性有各种定义，下面主要介绍鲍林的电负性。林的电负性。林的电负性。林的电负性。1 1、定义：元素的原子在分子中吸引电子的能力。它指定、定义：元素的原子在分子中吸引电子的能力。它指定、定义：元素的原
43、子在分子中吸引电子的能力。它指定、定义：元素的原子在分子中吸引电子的能力。它指定 F F 的电负性为的电负性为的电负性为的电负性为4.0 4.0（附录（附录（附录（附录9 9）2 2、变化规律：、变化规律：、变化规律：、变化规律：（1 1）同一周期，从左到右，元素的电负性逐渐增大。）同一周期，从左到右，元素的电负性逐渐增大。）同一周期，从左到右，元素的电负性逐渐增大。）同一周期，从左到右，元素的电负性逐渐增大。（2 2）同一主族中，从上到下，元素的电负性逐渐增小。）同一主族中，从上到下，元素的电负性逐渐增小。）同一主族中，从上到下，元素的电负性逐渐增小。）同一主族中，从上到下，元素的电负性逐渐
44、增小。（3 3）F F的电负性最大，的电负性最大，的电负性最大，的电负性最大，CsCs的电负性最小。的电负性最小。的电负性最小。的电负性最小。第52页，本讲稿共55页 3 3、应用：、应用：、应用：、应用：（1 1）可以判断化学键的类型和极性；）可以判断化学键的类型和极性；）可以判断化学键的类型和极性；）可以判断化学键的类型和极性；（2 2）衡量元素的基本属性（金属性和非金属性）衡量元素的基本属性（金属性和非金属性）衡量元素的基本属性（金属性和非金属性）衡量元素的基本属性（金属性和非金属性）一般来说，非金属元素的电负性大于一般来说，非金属元素的电负性大于一般来说，非金属元素的电负性大于一般来说
45、，非金属元素的电负性大于2.02.0，金属元素的电负，金属元素的电负，金属元素的电负，金属元素的电负性小于性小于性小于性小于2.02.0同一周期元素从左到右金属性逐渐减弱同一周期元素从左到右金属性逐渐减弱同一周期元素从左到右金属性逐渐减弱同一周期元素从左到右金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强非金属性逐渐增强非金属性逐渐增强非金属性逐渐增强;同一族中元素从上到下同一族中元素从上到下同一族中元素从上到下同一族中元素从上到下,金属性逐渐增强金属性逐渐增强金属性逐渐增强金属性逐渐增强,非金属性逐渐减弱非金属性逐渐减弱非金属性逐渐减弱非金属性逐渐减弱.第53页，本讲稿共55页第第6 6章章 小结小结一、基
46、本概念及术语一、基本概念及术语波粒二象性、测不准原理波粒二象性、测不准原理 、波函数和原子轨道、四、波函数和原子轨道、四个量子数、等价轨道和简并轨道、原子轨道的角度个量子数、等价轨道和简并轨道、原子轨道的角度分布图和径向分布图分布图和径向分布图 、几率密度和电子云、几率密度和电子云、多电子多电子原子的能级、元素周期律原子的能级、元素周期律二、重要术语二、重要术语1 1、四个量子数：、四个量子数：主量子数：主量子数：n=1,2,.n=1,2,.角量子数：角量子数：l=0,1,2,n-1l=0,1,2,n-1磁量子数：磁量子数：m=0,1,2,lm=0,1,2,l自旋量子数：自旋量子数：m ms s=1/2=1/2第54页，本讲稿共55页2、鲍林近似能级图、鲍林近似能级图3、多电子原子的核外电子排布的规则、多电子原子的核外电子排布的规则能量最低原理能量最低原理鲍利不相容原理鲍利不相容原理洪特规则洪特规则4、电子构型与区的划分、电子构型与区的划分(最外层电子构型为最外层电子构型为)ns (n-2)f (n-1)d nps区元素：区元素：ns1-2,(n-1)d1-10ns1-2d区元素区元素:ds区元素区元素:(n-1)d10ns1-2p区元素区元素:nsnp1-6f区元素区元素(n-2)f1-14(n-1)d0-2ns2第55页，本讲稿共55页