《16-4原子壳层.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《16-4原子壳层.ppt（9页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、一、元素性质的周期性一、元素性质的周期性 (periodicity of characteristics of element)门捷列夫门捷列夫1869年发现，将元素按原子量的大小次序年发现，将元素按原子量的大小次序排列，它们的性质显示出周期性的变化。排列，它们的性质显示出周期性的变化。电离能电离能 从原子中移走一个电子所需要的能量。从原子中移走一个电子所需要的能量。06052443628682016128476252015105HeNeArLiBKNaMgAlZnGaKrRbCdInXeCsHg原子序数（原子序数（Z）电离能（电离能（eV）电离能随原子序数电离能随原子序数Z的变化关系的变化关
2、系 16-4 原子的壳层结构原子的壳层结构 1 图中峰值对应的图中峰值对应的Z值称为值称为幻数幻数，它们是，它们是2,10,18,36,2,10,18,36,54,8654,86等。这预示着元素性质周期性的等。这预示着元素性质周期性的深层深层实质，即原实质，即原子中电子的子中电子的壳层结构壳层结构。二、原子中电子的壳层结构二、原子中电子的壳层结构 (shell structure of electron in atom)元素性质由原子中电子所处状态决定，电子状态由元素性质由原子中电子所处状态决定，电子状态由四个量子数四个量子数 n、l、m和和ms 表征。表征。（1 1）主量子数主量子数n：依原
3、子中电子能量由低到高依原子中电子能量由低到高n取从取从1开始的一系列正整数，即开始的一系列正整数，即n=1,2,3,；（2 2）轨道量子数轨道量子数l：也称角量子数，在也称角量子数，在n值一定时，值一定时，l 取取n个可能值，即个可能值，即l=0,1,2,n-1；（3）磁量子数磁量子数m：在给定在给定l 值时，值时，m取取2l+1个可能值，个可能值，即即m=0,1,2,l；2 (4)自旋磁量子数自旋磁量子数ms：自旋角动量向上，自旋角动量向上，ms 取取1/2，自旋角动量向下，自旋角动量向下，ms 取取-1/2。如氢原子，按能量的不同，核外电子处于由任意如氢原子，按能量的不同，核外电子处于由任
4、意一组量子数一组量子数(n,l,m,ms)所表示的状态中，处于由能所表示的状态中，处于由能量最低的一组量子数表示的状态，基态量最低的一组量子数表示的状态，基态1s。元素的物理和化学性质随原子中电子数的增加而元素的物理和化学性质随原子中电子数的增加而逐渐表现出差异。例如，氟、氖和钠这三种元素的逐渐表现出差异。例如，氟、氖和钠这三种元素的原子中，核外电子数分别为原子中，核外电子数分别为 9、10 和和11，它们的物，它们的物理和化学性质是有很大差异的。理和化学性质是有很大差异的。事实说明，在多电子原子中，电子不可能都处于事实说明，在多电子原子中，电子不可能都处于能量最低的状态，电子在状态上的分布必
5、须遵从下能量最低的状态，电子在状态上的分布必须遵从下面两个原理。面两个原理。3电子在状态上的分布遵从下面两个原理：电子在状态上的分布遵从下面两个原理：（1 1）泡利泡利 (W.Pauli)不相容原理不相容原理：在原子中不可能在原子中不可能有两个或两个以上的电子占据同一个状态，既不可能有两个或两个以上的电子占据同一个状态，既不可能有相同的一组量子数有相同的一组量子数(n,l,m,ms)；（2）能量最低原理：能量最低原理：原子处于基态时，电子所占据原子处于基态时，电子所占据的状态总是使原子的能量为最低。的状态总是使原子的能量为最低。可见，原子中每个由一组量子数可见，原子中每个由一组量子数(n,l,
6、m,ms)决定的决定的状态只允许一个电子占据，同时，电子先占据能量最状态只允许一个电子占据，同时，电子先占据能量最低的状态，即主量子数低的状态，即主量子数n最小的状态。最小的状态。对多电子原子，随着电子数增加，被电子占据的状对多电子原子，随着电子数增加，被电子占据的状态的主量子数态的主量子数n大体上是逐渐增大的。大体上是逐渐增大的。4 依主量子数依主量子数n不同，把电子的状态分为许多不同，把电子的状态分为许多壳层壳层，n 相同的各状态属同一个壳层。相同的各状态属同一个壳层。n=1,2,3,4,5,的壳的壳层表示为层表示为 K,L,M,N,O,壳层，处于这些壳层上的壳层，处于这些壳层上的电子称为
7、电子称为K层层,L层层,M 层层,N层层,O层电子层电子 在一个壳层中，轨道量子数在一个壳层中，轨道量子数l 不同又划分不同又划分n个支壳层，个支壳层，对应对应 l=0,1,2,3,4,5,各支壳层用各支壳层用s,p,d,f,g,h,表示，处于这些支壳层上的电子，称为表示，处于这些支壳层上的电子，称为s 电子电子,p电子电子,d电子电子,f电子电子,g电子电子,h电子电子 对一定的轨道量子数对一定的轨道量子数l，磁量子数磁量子数m有有 2l+1个可能数个可能数值；给定值；给定n、l 和和 m 时，自旋磁量子数时，自旋磁量子数 ms 取取 1/2 两个两个可能数值。于是，算得主量子数为可能数值。
8、于是，算得主量子数为 n 的壳层上所能容的壳层上所能容纳的电子数，为纳的电子数，为5 由上式可得，由上式可得，K壳层可容纳壳层可容纳2个电子，个电子，L壳层可容纳壳层可容纳8个电子，个电子，M壳层可容纳壳层可容纳18个电子，等等。个电子，等等。l n 0 1 2 3 4 5 6 Zn S p d f g h I 1 2 3 4 5 6 7 K L M N O P Q 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 18 2 6 10 14 18 22 2 6 10 14 18 22 26 2 8 18 32 50 72 98原子的壳层和子壳层所能容纳的电子数原子的壳层和子壳层
9、所能容纳的电子数电子数电子数6 每一个周期都从电子填充新壳层开始，决定元素每一个周期都从电子填充新壳层开始，决定元素物理和化学性质的最外壳层物理和化学性质的最外壳层 的电子数将出现周期性，的电子数将出现周期性，这是这是门捷列夫发现的元素周期律的本质门捷列夫发现的元素周期律的本质。三、原子的基态三、原子的基态(ground state of atom)在在LS耦合下，由电子组态形成的各能级高低次序，耦合下，由电子组态形成的各能级高低次序，根据根据洪德定则洪德定则确定：确定：（1）同一电子组态形成的具有相同）同一电子组态形成的具有相同l值的能级中，重值的能级中，重数最高的，即数最高的，即s值最大的
10、能级位置最低。值最大的能级位置最低。（2）同一电子组态形成的具有不同）同一电子组态形成的具有不同l值的能级中，具值的能级中，具有最大有最大l值的能级位置最低。值的能级位置最低。7（3）如果电子组态为）如果电子组态为(nl)v，对同一对同一l 值、不同值、不同 j 值的值的各能级的次序，有两种情形：当价电子数各能级的次序，有两种情形：当价电子数v (2l+1)时，具有最大时，具有最大 j 值的能级位置最低，值的能级位置最低，这这称为称为倒转次序倒转次序。如果电子正好填满支壳层，如果电子正好填满支壳层，m与与ms 的正值和负值成的正值和负值成对出现，原子的自旋角动量、轨道角动量和总角动量对出现，原子的自旋角动量、轨道角动量和总角动量都等于零，这种原子的基态为都等于零，这种原子的基态为 。对于未满支壳层的原子，其原子态只决定于未满支对于未满支壳层的原子，其原子态只决定于未满支壳层上的电子组态。壳层上的电子组态。同一支壳层上的电子称为同一支壳层上的电子称为同科电子同科电子。其四个量子数。其四个量子数中有两个相同，据泡利不相容原理，中有两个相同，据泡利不相容原理，m和和ms 中至少有中至少有一个是不相同的。一个是不相同的。8点击深色键返回原处点击深色键返回原处(W.Pauli,19001958)9