氢原子的结构.pptx

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1、9-1 氢原子的结构及核外电子运动的特征粒子散射实验原子的有核模型原子的质量集中在原子核上第1页/共56页一、氢原子的结构(氢原子的Bohr模型)1、能级假说:电子沿固定轨道绕核运动，轨道上的电子有特定的能量值，称为能级（energy level）。第2页/共56页2、能级间的跃迁:当电子的能量由一个能级改变到另一个能级,称为跃迁（transition）。第3页/共56页二、核外电子运动的波粒二象性（particle-wave duality）小小 结结核外电子运动的两大特征 量子化特征 波粒二象性第4页/共56页三、测不准原理 x px h/4Heisenberg W：无法同时测定微观粒子的

2、位置和动量。微观粒子的运动无确定的运动轨迹用量子力学来描述微观粒子在空间出现的概率及特征第5页/共56页9-2 核外电子运动状态的描述 波函数和电子云一、波函数（wave function）Schrdinger方程(x、y、z)或(r、)叫做波函数，也称为原子轨道(atomic orbital)。第6页/共56页(r、)=R(r)Y(、)R函数波函数的径向部分或径向波函数(radial wave function)，是电子与核距离r的函数；Y函数波函数的角度部分或角度波函数(angular wave function)，是方位角和的函数。第7页/共56页s态波函数p态波函数pxpzpy第8页/

3、共56页d态波函数第9页/共56页 注注 意意1、可看作在x、y、z三维空间里能找到该运动电子的一个区域，即原子轨道；2、每一个代表核外电子的某种运动状态，并有相应确定的能量En3、与Bohr原子轨道不同；4、波函数在不同角度有正负之分，正负号是函数值符号，反映电子的波动性。第10页/共56页二、概率密度和电子云|2表示核外某点的概率密度。即:在该点附近微单位体积内电子出现的概率。电子云（electron cloud）：表示电子在核外空间概率密度分布情况的几何图形。第11页/共56页如：氢原子1s电子云的图形第12页/共56页p轨道电子云d轨道电子云第13页/共56页三、四个量子数主量子数n角

4、动量量子数l磁量子数mn、l、m取值一定并加以合理组合确定电子的自旋方向自旋角动量量子数s一个合理的波函数（原子轨道）第14页/共56页（一）主量子数n （principal quantum number）1、意义：表示离核平均距离的远近，决定电子的能量高低。2、取值：n=1、2、3等正整数。电子层符号K、L、M第15页/共56页n 和 l 的关系 电子层电子层主量子数主量子数 （n）角动量量角动量量子数子数（l）符符 号号K101sL2 0 12s 2pM30 1 23s 3p 3dN40 1 2 34s 4p 4d 4f第n电子层，就有n种不同形状的轨道。第16页/共56页（二）轨道角动量

5、量子数l（orbital angular momentum）1、意义：代表电子的角动量，代表电子在空间不同角度出现的几率，决定轨道和电子云的形状，与主量子数共同决定电子的能量。2、取值：受n的限制，只能取0和小于n的正整数。即：l=0、1、2、3（n-1）电子亚层 s、p、d、f第17页/共56页（三）磁量子数m （magnetic quantum number）1、意义：决定原子轨道在空间的取向。2、取值：受l的限制，只能取从+l到-l的一切整数（含0）。m=0、1、2、3lm总共可取（2l+1）个数值，代表（2l+1）种取向。第18页/共56页lm原子轨道及取向原子轨道及取向spd0 0

6、只有一个轨道 1 0、1 2 0、1、2 共有五种取向，dxy、dyz、dxz、dx2-y2、dz2l 与 m之间的关系 共有三种取向，px、py、pz 3个轨道第19页/共56页n电子电子层层l能能级级m轨道轨道数数轨道轨道总数总数1K01s0112L02s01412p0、+1、-133M03s01913p0、+1、-1323d0、+1、-1、+2、-254M04s011614p0、+1、-1324d0、+1、-1、+2、-2534f0、+1、-1、+2、-2、+3、-37 n、l、m三者的关系第20页/共56页 小小 结结1、n、l、m三个量子数的取值是相互制约的；2、n、l、m的每一个合

7、理组合确定一个原子轨道：n：决定电子层l：确定形状m：确定空间取向决定能量3、每个电子层的轨道总数为n2。第21页/共56页（四）自旋角动量量子数 s （spin angular momentum ）1、意义：表示电子的自旋状态；2、取值：s=+1/2和-1/2 或用表示 第22页/共56页 结 论2、在同一个原子中，不可能有四个量子数完全相同的两个电子。3、每个电子层最多容纳的电子总数为2n2。1、n、l、m、s的每一个合理组合，代表核外电子的一种可能运动状态。第23页/共56页例如：n=2，l=1表示第2电子层的p亚层，该亚层共有3个轨道，最多可容纳6个电子。这六个电子的运动情况可分别用下

8、列各组量子数来表示：电子电子序数序数123456nlmms21021021+121+121-121-12P2P2P第24页/共56页9-3 电子组态和元素周期表第25页/共56页一、多电子原子的能级 由于电子的相互排斥对核电荷的部分抵消作用。n不同，l相同时，n越大，内层电子的屏蔽作用越强，其能量越高。例如：E1sE2s E3s 1、屏蔽效应第26页/共56页外层电子为回避其它电子的屏蔽作用而向内层渗透的现象。各种电子钻穿能力大小顺序：ns np nd nf Ens Enp End Enfn相同，l不同时，l越大，其能量越高。2、钻穿效应第27页/共56页近似能级图近似能级图3、能 级 交 错

9、 现 象第28页/共56页 规 律n 3，无能级交错现象n 4，EnsE（n-1）dEnpn 6，EnsE（n-2）fE（n-1）d Enp第29页/共56页E1s E2s E2p E3s E3p E4s E3d E4p E5s E4d 能级顺序(energy order)：第30页/共56页二、原子的电子组态（electronic confi-guration）及电子排布规律1、Pauli不相容原理：同一原子中，不可能有四个量子数完全相同的两个电子。即：每个原子轨道最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。第31页/共56页2、能量最低原理：电子在原子轨道的排布总是尽可能先占据能量最低的轨道，而使

10、原子体系的总能量最低。第32页/共56页3、Hund规则电子在能量相同的几个原子轨道（等价轨道或简并轨道）上排布时，总是尽可能以自旋相同的方向，分占不同的轨道。例如：N原子核外电子排布为 1s22s22p31s2s2p第33页/共56页 Hund 规则补充规定规则补充规定 简并轨道全充满（p6、d10、f14）、半充满（p3、d5、f7）和全空（p0、d0、f0）的状态比较稳定。Cr原子1s22s22p63s23p63d54s1Cu原子1s22s22p63s23p63d104s1ArAr第34页/共56页三、原子的电子层结构与元素周期表第35页/共56页（一）周期（period）的划分第36页

11、/共56页周期=元素原子最外层的主量子数各周期的元素数目等于相应能级组中各原子轨道可容纳的电子总数。第37页/共56页（二）族（group）的划分将外层电子结构相同或相似的元素排成一列，称为族。主族（A族）：A A族电子最后填充在最外层的s轨道或p轨道上；主族数=最外层电子数 特特 点点第38页/共56页副族（B族）：B B 族电子最后填充在d 轨道或 f 轨道上、(n-2)f、(n-1)d、ns电子都是价层电子；B、B族：族数=最外层电子数 B B族：族数=最外层电子数+次外层d 电子数 B 族：(n-1)d和ns电子总数为810第39页/共56页价电子主族元素：最外层电子副族元素：除最外层

12、电子，还包括次外层的d电子、(n-2)f层的部分电子。第40页/共56页（三）元素分区按照最后一个电子填充在哪个能级上，可将元素周期表中的元素分成五个区。第41页/共56页区区最后一个电子最后一个电子填充的能级填充的能级族族外层电子外层电子结构结构s区区p区区d区区ds区区f区区A、Ans1、ns2A A 0族ns2np16(n-1)d18 ns12B、B(n-1)d10ns1(n-1)d10ns2镧系、锕系(n-2)f014(n-1)d01ns2s 能级p 能级d 能级 d 能级 （全充满）f 能级B B 族第42页/共56页（四）过渡元素概念过渡元素（transition element）

13、包括d区、ds区和f区的元素。过渡元素最外层电子数较少，都是金属元素；在化合物中常有多种氧化值。第43页/共56页第44页/共56页第四节 元素性质的周期性变化规律一、原子半径（atomic radius）：同一周期从左到右，主族元素的原子半径逐渐减小；过渡元素原子半径先是缓慢缩小，然后略有增加。同一主族从上到下，原子半径逐渐增大。第45页/共56页二、元素的电负性（electronegativity）定义：元素原子在分子中吸引成键电子的能力。同一周期从左到右，电负性递增；同一主族从上到下，电负性递减。第46页/共56页Summary An atom consists of a nucleus

14、 and electrons occupying the remaining space.We know electron is of wave-particle duality.According to the uncertainty principle,the exact position and speed of an electron can not be known simultaneously.How do we describe the motion of an electron?Usually we use wave function or electron cloud to

15、describe the motion of an electron in an atom.第47页/共56页1、Wave function The electron wave function is mathematical description of the electrons wavelike motion in an atom.Each wave function associated with one of the atoms allowed energy states.Wave function is the solution of Schrdingers equation.(r

16、、)=R(r)Y(、)R(r)radical wave function Y(、)angular wave function There are four kinds of atomic orbital as following:s、p、d、f第48页/共56页2、Electron cloud The probability density of finding the electron at a particular location is represented by|2.Electron cloud can express the distribution of|2 directly.2

17、(r、)=R2(r)Y2(、)第49页/共56页3、Four quantum numberThree features of the atomic orbital are described by three quantum numbers as following:size nshape l orientation m Orbitals with the same n and l values constitute a sublevel;sublevels with the same n value constitute an energy level.第50页/共56页A sublevel

18、 with l=0 has one s orbitalA sublevel with l=1 has three p orbitalsA sublevel with l=2 has five d orbitalsA sublevel with l=3 has seven f orbitals In many-electron atoms,we use the fourth quantum number spin angular momentum quantum number（s）to describe electron spin.第51页/共56页4、Electronic configurat

19、ion 1)The energy order E1s E2s E2p E3s E3p E4s E3d E4p 2)How to gain the electronic configuration of an atom at ground state We must obey the following principles:Pauli Exclusion principleBuilding-up principle(or Aufbau principle)Hunds rule第52页/共56页5、Periodic table of elementsThe constitution of per

20、iodic table of elements:period:seven periodsgroupmain-group:eight groupssubgroup:eight groups For the main-group elements,valence electrons are in the outer level only.For transition elements,inner d electrons are often involved in reactions.第53页/共56页本章基本要求本章基本要求 1 1、掌握、掌握s s、p p、d d波函数的角度分布波函数的角度分布和电子云角度分布图形；和电子云角度分布图形；2 2、掌握原子的电子组态、核外电子、掌握原子的电子组态、核外电子排布规律及用四个量子数表示核外电排布规律及用四个量子数表示核外电子运动状态；子运动状态；3 3、熟悉原子的电子层结构与元素周、熟悉原子的电子层结构与元素周期表及电负性的关系；期表及电负性的关系；4 4、了解核外电子运动的特征。、了解核外电子运动的特征。第54页/共56页本章习题P193194 （6）（7）（9）（11）Exercises：P194 （2）第55页/共56页感谢您的观看。第56页/共56页