章原子结构和元素周期表.pptx

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1、1初步了解原子核外电子运动的近代概念、原子能级、波粒二象性、原子轨道和电子云概念。2了解四个量子数对核外电子运动状态的描述，掌握 四个量子数的物理意义、取值范围。3熟悉 s、p、d 原子轨道的形状和方向。4理解原子结构近似能级图，掌握原子核外电子排布 的一般规则和s、p、d、f 区元素的原子结构特点。5会从原子的电子层结构了解元素性质，熟悉原子半 径、电离能、电子亲和能和电负性的周期性变化。本章教学要求本章教学要求第1页/共113页1.1 亚原子粒子亚原子粒子 Subatomic particles1.2 波粒二象性波粒二象性 赖以建立现代模型的量子力学赖以建立现代模型的量子力学 概念概念 W

2、ave-particle duality a fundamental concept of quantum mechanics 1.3 氢原子结构的量子力学模型氢原子结构的量子力学模型 波尔模型波尔模型 The quantum mechanical model of the structure of hydrogen atom Bohrs model 1.4 原子结构的波动力学模型原子结构的波动力学模型 The wave mechanical model of the atomic structure1.5 多电子原子轨道的能级多电子原子轨道的能级 Energy level in polyel

3、ectronic atoms 1.6 基态原子的核外电子排布基态原子的核外电子排布 Ground-state electron configuration1.7 元素周期表元素周期表 The periodic table of elements 1.8 原子参数原子参数 Atomic parameters第2页/共113页1.1 亚原子粒子亚原子粒子 Subatomic particles 1.1.1 化学研究的对象化学研究的对象 The object of chemical study1.1.3 夸克夸克 Quark1.1.2 亚原子粒子（基本粒子）亚原子粒子（基本粒子）Subatomic

4、particles (elementary particles)第3页/共113页夸克夸克质子质子中子中子原子核原子核电子电子原子原子(离子离子)分子分子微观微观（宇观）（宇观）宇宙宇宙单单 质质化合物化合物天体天体宏观宏观纳纳 米米材材 料料（介观）（介观）1.1.1 化学研究的对象化学研究的对象第4页/共113页1.1.2 亚原子粒亚原子粒子子 人人们们将将组组成成原原子子的的微微粒粒叫叫亚亚原原子子粒粒子子。亚亚原原子子粒粒子子曾曾经经也也叫叫基基本本粒粒子子,近近些些年年越越来来越越多多的的文文献献就就将将其其叫叫粒粒子子。迄今科学上发现的粒子已达数百种之多。迄今科学上发现的粒子已达数

5、百种之多。与化学相关的某些亚原子粒子的性质与化学相关的某些亚原子粒子的性质名称名称 符号符号质量质量/u/u电荷电荷/e/e电子电子 质子质子 中子中子 正电子正电子 粒子粒子 粒子粒子光子光子ep ne+5.4861041.0073 1.0087(氦原子的核氦原子的核)(原子核射出的原子核射出的e e-)(原子核射出的电磁波原子核射出的电磁波)1105.48610412 10第5页/共113页1.1.3 夸克夸克名称名称 下夸克下夸克 上夸克上夸克 奇夸克奇夸克 粲夸克粲夸克 底夸克底夸克 顶夸克顶夸克符号符号 d u s c b t电荷电荷 -1/3 +2/3 -1/3 +2/3 -1/3

6、 +2/3质量质量 均为质子的均为质子的1/100或或1/200 质子的质子的 200倍倍发现年代发现年代 1974 1977 1995某些最重要的夸克某些最重要的夸克 根据 1 19 96 61 1 年由盖尔-曼（Gell M-Mann）建立的新模型，质子和中子都是 由 更 小 的 粒 子 夸 克 组 成 的，但 现 有 的 理 论 还 不 能 预 言(当然更不用说从实验上证明)电子是可分的。第6页/共113页1.2 波粒二象性波粒二象性 赖以建立现代赖以建立现代 模型的量子力模型的量子力学概念学概念 Wave-particle duality a fundamen-tal concept

7、of quantum mechanics1.2.3 微粒的波动性微粒的波动性 Wave like particle1.2.2 波的微粒性波的微粒性 Particle like wave 1.2.1 经典物理学概念面临的窘境经典物理学概念面临的窘境 An embarrassment of the concepts of the classical physics第7页/共113页1.2.1 经典物理学概念面临的窘境经典物理学概念面临的窘境 Rutherford“太阳-行星模型”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(nucleus)；2.核的体积只占整个原子体积极小的一

8、部分；核的体积只占整个原子体积极小的一部分；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。英国英国ThomsonThomson的的“原子原子葡萄干蛋糕模型葡萄干蛋糕模型 ：第8页/共113页 在对 粒子散射实验结果的解释上,新模型的成功是显而易见的,至少要点中的前三点是如此。但是根据当时的物理学概念,带电微粒在力场中运动时总要产生电磁辐射并逐渐失去能量,运动着的电子轨道会越来越小,最终将与原子核相撞并导致原子毁灭。由于原子毁灭的事实从未发生,将经典物理学概念推到前所未有的尴尬境地。经典物理学概

9、念面临的窘境面临的窘境？会不会？！也说明微观世界有着不同于宏观世界的独特之处，也说明微观世界有着不同于宏观世界的独特之处，是什么呢？是什么呢？第9页/共113页1.2.2 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 磁波的一种。电磁波在有些情况下表现出连续波的性质，另一些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。微粒性。第10页/共113页 1900年,普朗克(Plank M)提出著名的普朗克方程：E=hv式中的h叫普朗克常量(Planck constant),其值

10、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hv的的整整数数倍倍(例例 如如1hv,2hv,3hv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 0.5 hv,1.6 hv,2.3 hv等等任任何何非非整整数数倍倍。即即所所谓谓的的 能能量量量子化量子化概念（即能量不连续性，微粒性）。概念（即能量不连续性，微粒性）。普朗克提出了当时物理学界一种全新全新的概念,但它只涉及光作用于物体时能量的传递过程(即吸收或释出过程的量子化)。Plank 公式公式第11页/共113页 爱因斯坦认为,入射光本身的能量也按普朗克方程量子化,并将这一份份数值

11、为1hv的能量叫光子(photons),),一束光线就是一束光子流.频率一定的光子其能量都相同,光的强弱只表明光子的多少,而与每个光子的能量无关。光子象微粒一样与电子只能发生一对一的碰撞,只有光子频率大于某种金属固有频率时才会发生光电效应。爱爱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性为人们所接受。为人们所接受。光电效应光电效应 1905年,爱因斯坦(Einstein A)成功地将能量量子化概念扩展到光 本 身,解 释 了 光 电 效 应(photoelectric effect)。第12页/共113页 钾的临界频率为 5.01014 s-1,试计算具

12、 有这种频率的一个光子的能量。对红光和黄光进行类似的计算,解释金属钾在黄光作用下产生光电效应而在红光作用下却不能。E(具有临界频率的一个光子具有临界频率的一个光子)=6.62610-34 Js 5.01014 s-1=3.310-19 J E(黄光一个光子黄光一个光子)=h=6.62610-34 Js 5.11014 s-1 =3.410-19 J E(红光一个光子红光一个光子)=h=6.62610-34 Js 4.61014 s-1 =3.010-19 JQuestion 1Question 1Solution第13页/共113页另一面谁来翻开？另一面谁来翻开？波的微粒性波的微粒性 导致了人

13、们对波的深层次认识，产生了讨论波的微粒性概念为基础的学科 量子力学(quantum mechanics）。钱币的一面已被翻开！钱币的一面已被翻开！Einstein 的光子学说Plank 的量子论第14页/共113页1.2.3 微粒的波动性微粒的波动性德布罗依德布罗依1924 1924 年说：年说：德布罗依关系式德布罗依关系式 一个伟大思想的诞生一个伟大思想的诞生h 为Planck 常量著名的德布罗依关系式著名的德布罗依关系式 “过过去去，对对光光过过 分强调波性而忽分强调波性而忽 视视它它的的粒粒性性；现现在在对对电电子子是是否否存存在在另另一一种种倾倾向向，即即过过分分强强调调它它的的粒粒性

14、而忽视它的波性。性而忽视它的波性。”逆向思维逆向思维逆向思维逆向思维第15页/共113页 1927年，Davisson 和 Germer 应用 Ni 晶体进行电子衍射实验，证实电子具有波动性。(a)(b)电子通过电子通过A1箔箔(a)a)和石墨和石墨(b)b)的衍射图的衍射图 微粒波动性的近代证据微粒波动性的近代证据 电子的波粒二象性电子的波粒二象性 KVDMP 实验原理实验原理灯光源灯光源X X射线管射线管电子源电子源第16页/共113页 由由于于宏宏观观物物体体的的波波长长极极短短以以致致无无法法测测量量，所所以以宏宏观观物物体体的的波波长长就就难难以以察察觉觉，主主要要表表现现为为粒粒性

15、性，服服从从经经典典力力学学的的运运动动规规律律。只只有有像像电电子子、原原子子等等质质量量极极小小的的微微粒粒才才具有与具有与X射线数量级相近的波长射线数量级相近的波长,才符合德布罗依公式。才符合德布罗依公式。宏观物体子弹：宏观物体子弹：m=1.0 10-2 kg,=1.0 103 m s-1,=6.6 10-35 m波粒二象性是否只有微观物体才具有？Question 2Question 2微观粒子电子：微观粒子电子：Solution：第17页/共113页H+H H-D He 波尔以波波尔以波的微粒性（即的微粒性（即能量量子化概能量量子化概念）为基础建念）为基础建立了氢原子模立了氢原子模型。

16、型。薛定谔等薛定谔等则以微粒波动则以微粒波动性为基础建立性为基础建立起原子的波动起原子的波动力学模型。力学模型。第18页/共113页是非题所有微粒都既有粒子性又有波动性。（）证明电子具有波粒二象性的方法是（）a.玻尔理论不能解释多电子原子的光谱。b.用照像机直接对电子照相,可得到类似于机械波的波形.c.使用德布罗依关系式计算。d.使一束加速的电子通过Al箔 晶体薄片得到的衍射图。选择题d d第19页/共113页1.3 氢原子结构的量子力学模型：玻 尔模型 The quantum mechanical model of the structure of hydrogen atom Bohrs m

17、odel特征特征:不连续的、线状的不连续的、线状的;是很有规律的。是很有规律的。氢氢原原子子光光谱谱原原子子受受高高温温火火焰焰电电弧弧激激发发时时发出原子光谱发出原子光谱第20页/共113页 氢原子光谱由五组线系组成,任何一条谱线的波数(wave number)都满足简单的经验关系式(里德伯公式):名字名字n1n2Lyman 系系Balmer系系Paschen系系Brackett系系Pfund系系123452,3,4,3,4,5,4,5,6,5,6,7,6,7,8,如：对于Balmer线系处理的谱线频率（波数）：n2=3 红 （H）n2=4 青 （H）n2=5 蓝紫 （H）n2=6 紫 （H

18、）光速c=2.997108ms-1cmcm-1-1谱线频率或能量与正整数相关联，暗示原子内部能量是量子化的。谱线频率或能量与正整数相关联，暗示原子内部能量是量子化的。第21页/共113页爱因斯坦的光子学说 普朗克的量子化学说 卢瑟福的有核模型 氢原子的光谱实验 Bohr在的基础上，建立了Bohr模型波粒二象性波粒二象性第23页/共113页 玻尔模型认为,电子只能在若干圆形的固定轨道上绕核运动。它们是符合一定条件的轨道：电子的轨道角动量L只能等于h/(2)的整数倍：从距核最近的一条轨道算起,n值分别等于1,2,3,4,5,6,7。根据假定条件算得 n=1 时允许轨道的半径为 53 pm,这就是著

19、名的玻尔半径玻尔半径。关于固定轨道的概念关于固定轨道的概念第24页/共113页 原子只能处于上述条件所限定的几个能态。指除基态以外的其余定态.各激发态的能量随 n 值增大而增高。电子只有从外部吸收足够能量时才能到达激发态。定态(stationary states)：所有这些允许能态之统称。电子只能在有确定半径和能量的定态轨道上运动,且不辐射能量。基态(ground state):n 值为 1 的定态。通常电子保持在能量最低的这一基态。基态是能量最低即最稳定的状态。激发态(excited states):关于轨道能量量子化的概念关于轨道能量量子化的概念第25页/共113页关于能量的吸收和发射关于

20、能量的吸收和发射 玻尔模型认为,只有当电子从较高能态(E2)向较低能态(E1)跃迁时,原子才能以光子的形式放出能量,光子能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：光的频率 h:Planck常量第26页/共113页 计算氢原子的电离能计算氢原子的电离能 解释了 H 及 He+、Li2+、B3+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 对其他发光现象（如射线的形成）也能解释第27页/共113页请计算氢原子的第一电

21、离能是多少？（氢原子的第氢原子的第 一电离能一电离能）(氢氢原原子子其其他他能级的能量能级的能量):Question 3Question 3Solution第28页/共113页 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 不能解释多电子原子 的光谱第29页/共113页选择题玻尔的氢原子理论主要成功之处是（）a.证明了原子核外电子是在球形轨道上运动。b.说明了原子中电子的能量只具有某些特定数值。c.解释了氢原子的光谱线。d.证明了氢原子中，电子距核越远，电子的运动速度越大。c c第30页/共113页1.4.1 不确定原理和波动力学的轨道不确定原理和波动力学的轨道 Unce

22、rtainty principle and orbital on the wave mechanical model1.4 原原 子子 结结 构构 的的 波波 动动 力力 学学 模模 型型 The wave mechanical model of atomic structure 1.4.2 描述电子运动状态的四个量子数描述电子运动状态的四个量子数 Four quantum numbers defining the movement state of electron1.4.3 薛定谔方程和波函数薛定谔方程和波函数 Schrdinger equation and wave functions

23、1.4.4 波函数的图形描述波函数的图形描述 Portrayal of wave functions 第31页/共113页1.4.1 不确定原理和波动力学的轨道概念不确定原理和波动力学的轨道概念 重要暗示不可能存在 Rutherford 和 Bohr 模型中 行星绕太阳那样的固定电子轨道。具有波粒二象性的电子，不再遵守经典力学规律，它们的运动没有确定的轨道，只有一定的空间概率分 布。实物的微粒波是概率波。海森堡的不确定原理 (Heisenbergs uncertainty principle)不可能同时测得电子的精确位置和精确动量 ！不确定不确定 不可知不可知第32页/共113页（1）主量子数

24、主量子数 n(principal quantum number)1.4.2 描述电子运动状态的描述电子运动状态的四个量子数四个量子数 与电子能量有关，对于氢原子，电子能量唯一决与电子能量有关，对于氢原子，电子能量唯一决 定于定于n 确定电子出现概率最大处离核的距离确定电子出现概率最大处离核的距离 只能取正整数，不同的只能取正整数，不同的n 值，对应于不同的值，对应于不同的电子层电子层 .K L M N O.含意含意取值取值第33页/共113页 与与角动量有关，对于多电子原子角动量有关，对于多电子原子,l 也与也与E 有关有关 l 决定了原子轨道的形状决定了原子轨道的形状 l 的取值的取值 0，

25、1，2，3n-1，一个取值对应一个，一个取值对应一个亚层亚层。s,p,d,f.（2）角量子数角量子数l(angular momentum quantum umber)nl1234（亚层亚层0000s111p22d3f)第34页/共113页 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可取可取 0，1,2l,共共2 l +1个，一个取值个，一个取值对应一个轨道对应一个轨道 取值决定了亚层中原子轨道的空间取值决定了亚层中原子轨道的空间取向和数目取向和数目 n,l,相同时，仅相同时，仅m 值不同的轨道互为等价轨道值不同的轨道互为等价轨道（3）磁量子数磁量子数m (magn

26、etic quantum number)lm轨道数（轨道数（2 l +1）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35页/共113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36页/共113页d 轨道轨道(l=2,m=+2,+1,0,-1,-2):m 五五种取值种取值,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 轨道轨道第37页/共1

27、13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 轨轨道道第38页/共113页（4）自旋量子数自旋量子数 ms(spin quantum number)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，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39页/共113页n,l,m 一定一定,轨道也确定轨道也确定 l 0 1 2 3轨道轨道 s p d f例如例

28、如:n=2,l=0,m=0,2s n=3,l=1,m=0,3pz n=3,l=2,m=0,3dz2核外电子运动轨道运动自旋运动与一套量子数相对应（自然也有1个能量Ei)n lm ms第40页/共113页nm层总轨道数层总轨道数（n2）最多容纳电子最多容纳电子数数(2n2)K 1s00122L 2s0428p10、16M 3s009218p10、16d20、1、210N 4s0016232p10、16d20、1、210f30、1、2、314第41页/共113页写出与轨道量子数 n=4,l=2,m=0 对应的原子轨道名称。原原子子轨轨道道是是由由 n,l,m 三三个个量量子子数数决决定定的的。与与

29、 l=2 对对应应的的轨轨道道是是 d 轨轨道道。因因为为 n=4,该该轨轨道道的的名名称称应应该该是是 4d.磁磁量量子子数数 m=0 在在轨轨道道名名称称中中得得不不到到反反映映,但但根根据据我我们们迄迄今今学学过过的的知知识识,m=0 表表示示该该 4d 轨道是不同伸展方向的轨道是不同伸展方向的 5 条条 4d 轨道之一。轨道之一。Question 4Question 4Solution第42页/共113页是非题主量子数n 为3 时有3s，3p，3d，3f 四条轨道。（）选择题同一原子中，可能存在下列量子数的两个电子（）a.（1，1，0，+1/2）和（1，0，0，-1/2）b.（2，0，

30、1，+1/2）和（2，0，0，-1/2）c.（3，2，0，-1/2）和（3，2，1，-1/2）d.（1，0，0，-1/2）和（1，0，0，-1/2）c c第43页/共113页选择题：下列各组量子数中，合理的一组是（）a.n=3，l=1，m=+1，ms=+1/2 b.n=4，l=5，m=-1，ms=+1/2 c.n=3，l=3，m=+1，ms=-1/2d.n=4，l=2，m=+3，ms=-1/2a a第44页/共113页选择题在一个多电子原子中，具有下列各套量子数的电子，能量大的电子具有的量子数（n，l，m，ms）是（）a.（3，2，+1，+1/2 ）b.（2，1，+1，-1/2 ）c.（3，1

31、，0，-1/2 ）d.（3，1，-1，+1/2 ）a a第45页/共113页1.4.3 薛定谔方程和波函数薛定谔方程和波函数 Schrdinger方程与量子方程与量子数数 求解薛定谔方程求解薛定谔方程,就是求得波函数就是求得波函数 和能量和能量 E ;解解得得的的不不是是具具体体的的数数值值,而而是是包包括括三三个个常常数数(n,l,m)和和三三个个 变量变量(x,y,z)的函数式的函数式n n,l,m(x,y,z)，而且符号，而且符号 可正可负可正可负;有合理解的函数式叫做有合理解的函数式叫做波函数波函数(Wave functions)。解解薛薛定定谔谔方方程程需需要要高高深深的的数数学学知

32、知识识，我我们们只只需需要要了了解解相相关关的的结结论论波函数=薛定谔方程的合理解=原子轨道 第46页/共113页直角坐标直角坐标(x,y,z)与球坐标与球坐标(r,)的转换的转换 r:径向坐标,决定了球面的大小:角坐标,由 z轴沿球面延伸至 r的弧 线所表示的角度:角坐标,由 r 沿球面平行xy面延伸至 xz面的弧线所表示的角度第47页/共113页1.4.4 波函数的图形描述波函数的图形描述将Schrdinger方程变量分离：径向波函数以以氢原子的氢原子的1 1s,2,2s,3,3s 轨道轨道为例为例 取取不不同同的的 r 值值,代代入入波波函函数数式式中中进进行行计计算算,以以计计算算结结

33、果果对对 r 作作图图。例例如如,氢氢原原子子1 1s轨轨道道的的 R(r)=2e-r。离核越近,这些 s 轨道的 R 值越大。角度波函数第48页/共113页 通过坐标原点画出若干条射线通过坐标原点画出若干条射线,每条对应一组每条对应一组 和和 值值;将该组将该组和和 值代入波函数式值代入波函数式(见上见上)中进行计算中进行计算,以计算结果标在该射线上某一点以计算结果标在该射线上某一点;用同样方法标出其他射线上的点用同样方法标出其他射线上的点,然后将所有的点相然后将所有的点相 联联,得沿得沿 x 轴伸展的轴伸展的哑铃形哑铃形面。面。第49页/共113页 一一条条轨轨道道是是一一个个数数学学函函

34、数数,很很难难阐阐述述其其具具体体的的物物理理意意义义，只只能能将将其其想想象象为为特特定定电电子子在在原原子子核核外外可可能能出出现现的的某个区域的数学描述。某个区域的数学描述。波动力学中的波函数 对应于经典物理学中光波的 振幅;光波的强度与振幅的平方成正比;波动力学中,微粒波的强度与波函数的平方(2)相联系;波的 振幅 波的 振幅2 波的强度 2 的物理意义是概率密度，微粒波的强度(2)就表达微粒在空间某点单位体积内出现的概率,也叫“电子云”。概率=概率密度 体积2 波的强度第50页/共113页 酷似波函数的角度分布图 但但是,叶瓣不再有“+”、“-”之分 要求牢记：要求牢记：s,p,d

35、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。1 1第51页/共113页什么是轨道的 “节点”和“节面”？Question 5Question 5Solution 对p轨道,电子概率为零的区域是个平面,称之为节面。px轨道的节面是 yz 平面,py 轨道和 pz 轨道的节面分别是 xz 平面和 xy 平面。如2s轨道的两种表示法中，(a)中原子核附近(r=0)电子概率最高,在离核某个距离处下降到零,概率为零的这个点叫节点。第52页/共113页填空题波函数是描述 数学函数式，它和 是同义词，|2 的物理意义是，电子云是 的形象表示。氢原子的基态1s 电子

36、在距核53 pm 附近的 中出现的 最大，是因为距核更近时，虽大，却较小，因而 较小，距核更远时，虽较大，却很小，因而也较小。核外电子运动状态核外电子运动状态原子轨道原子轨道概率密度概率密度概率密度概率密度球壳球壳概率概率概率密度概率密度球壳总体积球壳总体积概率概率球壳总体积球壳总体积概率密度概率密度概率概率第53页/共113页是非题几率径向分布图中出现电子几率最大的球壳处，电子出现的几率密度也最大。（）原子轨道图是的图形，故所有原子轨道都有正、负部分。（）第54页/共113页选择题下列哪一个轨道上的电子，在xy 平面上的电子云密度为零（）a.3pz b.3dz2 c.3s d.3pxa a预

37、习预习1.5-1.61.5-1.6第56页/共113页1.5 多电子原子轨道的能级多电子原子轨道的能级 The energy level in poly-electronical atom1.5.1 鲍林近似能级图鲍林近似能级图 Portrayal of Pauling approximation energy level 1.5.3 屏蔽和钻穿屏蔽和钻穿 Shielding and penetration1.5.2 科顿能级图科顿能级图 Cotton energy level portray 第57页/共113页1.5.1 鲍林近似能级图鲍林近似能级图 n 值相同时值相同时,轨道能级则由轨道

38、能级则由 l 值决值决定定,叫叫能级分裂能级分裂；例:E(4s)E(4p)E(4d)E(4f)l 值相同时值相同时,轨道能级只由轨道能级只由 n 值决定值决定,例例:E(1s)E(2s)E(3s)1 时，s s =0.35 被屏蔽电子为 ns 或 np 时，(n-1)层对它 s s =0.85，小 于(n-1)的s s =1.00 被屏蔽电子为nd 或 nf 时，左边各组 s s =1.00 Z*=Z-例题：计算碳原子中一个例题：计算碳原子中一个2 2p p电子的屏蔽常数和有效核电荷电子的屏蔽常数和有效核电荷解：碳原子的电子组态为解：碳原子的电子组态为(1s(1s2 2)(2s)(2s2 22

39、p2p2 2)=(30.35)+(20.85)=2.75Zeff=Z-=6-2.75=3.25E Zeff =Z-第62页/共113页 为什么 2 2s 价电子比 2 2p 价电子受到较小的屏蔽?Question 6Question 6Solution 2s电电子子云云径径向向分分布布曲曲线线除除主主峰峰外外,还还有有一一个个距距核核更更近近的的小小峰峰.这这暗暗示示,部部分分电电子子云云钻钻至至离离核核更更近近的的空空间间,从从而而部部分分回回避避了其他电子的屏蔽了其他电子的屏蔽.第63页/共113页 轨轨道道的的 钻钻 穿穿 能能力力通通常常有有如如下下顺顺序序:n s n p n d n

40、 f，导致能级按导致能级按 E(ns)E(np)E(nd)过渡元素过渡元素 内过渡元素内过渡元素Z Z*=Z Z-第96页/共113页同周期原子半径的变化趋势同周期原子半径的变化趋势(三三)内过渡元素有镧系收缩效应内过渡元素有镧系收缩效应(Effects of the lanthanide contraction)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径自上而下增大:电子层依次增加电子层依次增加,有有 效核电荷的影响退居次要地位效核电荷的影响退居次要地位 第第6周周期期过过渡渡元元素素(如如Hf,Ta,W)的的原原子子半半径径与与第第5

41、周周期期同同族族 元元素素(如如Zr,Nb,Mo)相相比比几几乎乎没没有有增增大大,这这是是镧镧系系收收缩缩的的重重要要效应之一效应之一第97页/共113页第98页/共113页1.8.2 电离能电离能E(g)=E+(g)+e-I 1E+(g)=E 2+(g)+e-I 2I 1 I 2 I 3 I 4 基态气体原子失去最外层一个电子成为气态+1价离子所需的最小能量叫第一电离能,再从正离子相继逐个失去电子所需的最小能量则叫第二、第三、电离能。各级电离能的数值关系为I1I2I3.。第99页/共113页同族总趋势：自上至下减小,与原子半径增大的趋势一致同周期总趋势：自左至右增大,与原子半径减小的趋势一

42、致第100页/共113页 各周期中稀有气体原子的电离能最高。各周期中稀有气体原子的电离能最高。第第 2 族族元元素素 Be 和和 Mg，第第15 族族元元素素N和和P，第第12族族 元素元素Zn,Cd 和和 Hg在电离能曲线上出现的小高峰。在电离能曲线上出现的小高峰。您能从亚层全满、半满结构的相对稳定性说明下述事实吗？Question 10Question 10第101页/共113页1.8.3 电子亲和能电子亲和能X(g)+e-=X-(g)X-(g)+e-=X 2-(g)例如，O-(g)+e-=O2-(g)A2=-780 kJ.mol-1 指一个气态原子得到一个电子形成负离子时放出或吸收的能量

43、。常以符号Eea表示，也有第一、第二、之分。元素第一电子亲和能的正值表示放出能量,负值表示吸收能量。元素的电子亲和能越大,原子获取电子的能力越强,即非金属性越强。第102页/共113页第103页/共113页原子结合电子的过程是放热还是吸热?原子结合电子的过程中存在两种相反的静电作用力:排斥力和吸引力。是放热还是吸热,决定于吸引力和 排斥力哪一种起支配作用。电子加进电中性原子时通常是吸引力起支配作用,发 生放热过程,第一电子亲和能通常为正值。电子加进阴离子时排斥力起支配作用,发生吸热过程,第二、第三电子亲和能都为负值。Question 11Question 11Solution第104页/共11

44、3页 为什么第2族元素原子的第一电子亲和能为负值，而且明显低于同周期第1族元素？Question 12Question 12Solution 该现象的产生与两族元素的电子构型有关：两族元素的电子构型分别为ns1 和ns2。对第1族元素而言,外来电子进入ns轨道；但对第2族元素而言,却只能进入np轨道。核的正电荷对 p 轨道电子束缚得比较松,换个说法,就是亲和力比较小。事实上,第2族原子的核电荷被两个 s 电子屏蔽得如此有效,以 致 获 得 电 子 的 过 程 甚 至 成 为 吸 热 过 程(排 斥)。第105页/共113页1.8.4 电负性电负性 如果原子吸引电子的趋势相对较强,元素在该化合

45、物中显示电负性(electronegative);如果原子吸引电 子的趋势相对较弱,元素在该化合物中则显示电正 性(electropositive)。元素的电负性表达处于化合物中的该元素原子将电 子对吸引向自身的能力。化合物化合物 电负性元素电负性元素 电正性元素电正性元素 ClO2(Cl-O化合物化合物)O(3.44)Cl(3.16)HCl Cl(3.16)H(2.20)电负性有不同的标度，使用时必须自洽(self consistency)。第106页/共113页 电电负负性性大大的的元元素素通通常常是是那那些些电电子子亲亲和和能能大大的的元元素素(非非金金属属性性强强的的元元素素),),电

46、电负负性性小小的的元元素素通通常常是是那那些些电电离离能能小小的的元元素素(金金属属性性强强的的元元素素)。电电负负性性与与电电离离能能和和电电子子亲亲和和能能之之间的确存在某种联系间的确存在某种联系,但并不意味着可以混用但并不意味着可以混用!电离能和电子亲和能用来讨论电离能和电子亲和能用来讨论离子化合物离子化合物形形成过程中的能量关系成过程中的能量关系,例如热化学循环例如热化学循环;电负性概念则用于讨论电负性概念则用于讨论共价化合物共价化合物的性质的性质,例例如对共价键极性的讨论。如对共价键极性的讨论。第107页/共113页第108页/共113页判断题Be 的核电荷大于Li，但电子亲合能却较

47、小。（）元素所处的族数与其原子最外层的电子数相同。（）所有元素原子的有效核电荷总小于核电荷。（）通常所谓的原子半径，并不是指单独存在的自由原子本身的半径。（）任何元素的第一电离能总是吸热的。（）电负性是综合考虑电子亲合能和电离能的量，后两者都是能量单位，所以前者也用能量作单位。（）第109页/共113页填空题元素的性质随着_ 的递增而呈现周期性的变化，这是原子的 _ 变化的反映；用原子轨道光谱符号来表示，第四、六周期分别是_ 能级组和_ 能级组。周期表中的元素可以分为 _个区，各区元素的电子构型特点为_ _。原子参数是指_，重要的原子参数有_、_、_、_ 等。原子序数电子层结构周期性4s3d4

48、p6s4f5d6p4s 区：ns1-2，p 区：ns2np1-6d 区：(n-1)d1-10ns1-2，f 区：(n-2)f1-14(n-1)d0-1ns2表达原子特征的参数原子半径电离能电子亲和能电负性第110页/共113页本章作业：P4771.2 计算质量为145g，速度为168 kmh-1 的垒球的德布罗意波长。1.4写出下列微粒的电子结构(1)Zn (2)Mn (3)As (4)Rb (5)F (6)Cr (7)Cu (8)Fe2+(9)V2+(10)La3+第111页/共113页1.71.11指出具有未成对电子的离子并说明理由。F-，Ca2+，Fe2+，S2-。预习：第二章 2.1-2.4第112页/共113页感谢您的观看！第113页/共113页