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1、会计学1氢原子的结构氢原子的结构(jigu)第一页，共56页。9-1 氢原子的结构及核外电子运动氢原子的结构及核外电子运动(yndng)的特征的特征粒子粒子(lz)散射散射实验实验原子的有核模型原子的有核模型原子的质量集中在原子核上原子的质量集中在原子核上第1页/共56页第二页，共56页。一、氢原子的结构一、氢原子的结构(jigu)(氢原子的氢原子的Bohr模型模型)1、能级假说能级假说:电子沿固定轨道绕核电子沿固定轨道绕核运动，轨道上的电子有特定的能量运动，轨道上的电子有特定的能量值，称为值，称为能级能级（energy level）。）。第2页/共56页第三页，共56页。2、能级间的跃迁能级
2、间的跃迁:当电子的能量由当电子的能量由一个能级改变到另一个能级一个能级改变到另一个能级,称为称为跃迁（跃迁（transition）。）。第3页/共56页第四页，共56页。二、核外电子二、核外电子(h wi din z)运动运动的波粒二象性（的波粒二象性（particle-wave duality）小小 结结核外电子运动的两大特征核外电子运动的两大特征 量子化特征量子化特征 波粒二象性波粒二象性第4页/共56页第五页，共56页。三、测不准三、测不准(b zhn)原理原理 x px h/4Heisenberg W：无法同时：无法同时(tngsh)测定微观粒子的位置和动量。测定微观粒子的位置和动量。
3、微观粒子的运动无确定的运动轨迹微观粒子的运动无确定的运动轨迹用用量子力学量子力学来描述微观粒子在空间来描述微观粒子在空间出现的概率及特征出现的概率及特征第5页/共56页第六页，共56页。9-2 核外电子核外电子(h wi din z)运动运动状态的描述状态的描述 波函数和波函数和电子云电子云一、波函数（一、波函数（wave function）Schrdinger方程方程(fngchng)(x、y、z)或或(r、)叫做叫做(jiozu)波波函数，也称为原子轨道函数，也称为原子轨道(atomic orbital)。第6页/共56页第七页，共56页。(r、)=R(r)Y(、)R函数函数(hnsh)波
4、函数波函数(hnsh)的径向部分或径向波函数的径向部分或径向波函数(hnsh)(radial wave function)，是，是电子与核距离电子与核距离r的函数的函数(hnsh)；Y函数函数(hnsh)波函数波函数(hnsh)的角度部分或角度波函数的角度部分或角度波函数(hnsh)(angular wave function)，是方位角，是方位角和和的函数的函数(hnsh)。第7页/共56页第八页，共56页。s态波函数态波函数p态波函数态波函数pxpzpy第8页/共56页第九页，共56页。d态波函数态波函数第9页/共56页第十页，共56页。注注 意意1、可看作在可看作在x、y、z三维空间里能
5、找到三维空间里能找到该运动电子该运动电子(dinz)的一个区域，即原子的一个区域，即原子轨道；轨道；2、每一个每一个(y)代表核外电子的某种运动状代表核外电子的某种运动状态，并有相应确定的能量态，并有相应确定的能量En3、与与Bohr原子轨道不同原子轨道不同(b tn)；4、波函数在不同角度有正负之分，正负号是、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。函数值符号，反映电子的波动性。第10页/共56页第十一页，共56页。二、概率密度和电子云二、概率密度和电子云|2表示表示(biosh)核外某点的概核外某点的概率密度。率密度。即即:在该点附近微单位体积内电子在该点附近微单
6、位体积内电子(dinz)出现的概率。出现的概率。电子电子(dinz)云（云（electron cloud）：表示电子）：表示电子(dinz)在核在核外空间概率密度分布情况的几何图外空间概率密度分布情况的几何图形。形。第11页/共56页第十二页，共56页。如：氢原子如：氢原子1s电子云的图形电子云的图形(txng)第12页/共56页第十三页，共56页。p轨道轨道(gudo)电子云电子云d轨道轨道(gudo)电子电子云云第13页/共56页第十四页，共56页。三、四个量子数三、四个量子数主量子数主量子数n角动量量子数角动量量子数l磁量子数磁量子数mn、l、m取值一取值一定并加以合理组定并加以合理组合
7、合确定电子确定电子(dinz)的的自旋方向自旋方向自旋自旋(z xun)角动量角动量量子数量子数s一个合理的波函一个合理的波函数（原子轨道）数（原子轨道）第14页/共56页第十五页，共56页。（一）主量子数（一）主量子数n （principal quantum number）1、意义：表示离核平均、意义：表示离核平均(pngjn)距距离的远近，决定电子的能量高低。离的远近，决定电子的能量高低。2、取值取值：n=1、2、3等正整数。等正整数。电子层符号电子层符号(fho)K、L、M第15页/共56页第十六页，共56页。n 和和 l 的关系的关系(gun x)电子层电子层主量子数主量子数 （n）角
8、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第第n电子层，就有电子层，就有n种不同种不同(b tn)形状形状的轨道。的轨道。第16页/共56页第十七页，共56页。（二）轨道（二）轨道(gudo)角动量量子数角动量量子数l（orbital angular momentum）1、意义：代表电子的角动量，代表电子在、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，决定轨道空间不同角度出现的几率，决定轨道(gudo)和电子云的形状，与主量子数共同和电子云的形状，与主量子数共同决定电子的能量。决定电
9、子的能量。2、取值：受、取值：受n的限制的限制(xinzh)，只能取，只能取0和小于和小于n的正整数。的正整数。即：即：l=0、1、2、3（n-1）电子亚层电子亚层 s、p、d、f第17页/共56页第十八页，共56页。（三）磁量子数（三）磁量子数m （magnetic quantum number）1、意义、意义(yy)：决定原子轨道在空间的取：决定原子轨道在空间的取向。向。2、取值：受、取值：受l的限制，只能的限制，只能(zh nn)取取从从+l到到-l的一切整数（含的一切整数（含0）。）。m=0、1、2、3lm总共可取（总共可取（2l+1）个数值，代）个数值，代表（表（2l+1）种取向。）
10、种取向。第18页/共56页第十九页，共56页。lm原子轨道及取向原子轨道及取向spd0 0 只有只有(zhyu)一个轨道一个轨道 1 0、1 2 0、1、2 共有五种共有五种(w zhn)取向，取向，dxy、dyz、dxz、dx2-y2、dz2l 与与 m之间的关系之间的关系(gun x)共有三种取向，共有三种取向，px、py、pz 3个轨道个轨道第19页/共56页第二十页，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
11、、-1324d0、+1、-1、+2、-2534f0、+1、-1、+2、-2、+3、-37 n n、l l、m m三者的关系三者的关系(gun(gun x)x)第20页/共56页第二十一页，共56页。小小 结结1、n、l、m三个量子数的取值是相互三个量子数的取值是相互(xingh)制约的；制约的；2、n、l、m的每一个的每一个(y)合理组合确合理组合确定一个定一个(y)原子轨道：原子轨道：n：决定：决定(judng)电子层电子层l：确定：确定形状形状m：确定空间：确定空间取向取向决定决定能量能量3、每个电子层的轨道总数为每个电子层的轨道总数为n2。第21页/共56页第二十二页，共56页。（四）自
12、旋（四）自旋(z xun)角动量量子数角动量量子数 s （spin angular momentum ）1、意义：表示、意义：表示(biosh)电子的自旋电子的自旋状态；状态；2、取值取值：s=+1/2和和-1/2 或用或用表示表示(biosh)第22页/共56页第二十三页，共56页。结结 论论2、在同一个原子中，不可能有四个量、在同一个原子中，不可能有四个量子数完全相同的两个子数完全相同的两个(lin)电子。电子。3、每个电子层最多容纳、每个电子层最多容纳(rngn)的的电子总数为电子总数为2n2。1、n、l、m、s的每一个合理组合，代的每一个合理组合，代表表(dibio)核外电子的一种可能
13、运动状核外电子的一种可能运动状态。态。第23页/共56页第二十四页，共56页。例如：例如：n=2，l=1表示第表示第2电子层的电子层的p亚层，该亚层亚层，该亚层共有共有3个轨道，最多可容纳个轨道，最多可容纳6个电子。这六个电子个电子。这六个电子的运动情况的运动情况(qngkung)可分别用下列各组量子数可分别用下列各组量子数来表示：来表示：电子电子序数序数123456nlmms21021021+121+121-121-12P2P2P第24页/共56页第二十五页，共56页。9-3 电子组态和元素电子组态和元素(yun s)周期表周期表第25页/共56页第二十六页，共56页。一、多电子原子一、多电
14、子原子(yunz)的的能级能级 由于电子的相互排斥对核电荷的由于电子的相互排斥对核电荷的部分抵消部分抵消(dxio)作用。作用。n不同，不同，l相同时，相同时，n越大，内层越大，内层(ni cn)电子的屏蔽作用越强，其能电子的屏蔽作用越强，其能量越高。量越高。例如：例如：E1sE2s E3s 1、屏蔽效应屏蔽效应第26页/共56页第二十七页，共56页。外层电子为回避其它电子的屏蔽作用外层电子为回避其它电子的屏蔽作用而向内层渗透而向内层渗透(shntu)的现象。的现象。各种电子各种电子(dinz)钻穿能力大小钻穿能力大小顺序：顺序：ns np nd nf Ens Enp End Enfn相同相同
15、(xin tn)，l不同时，不同时，l越大，越大，其能量越高。其能量越高。2、钻穿效应钻穿效应第27页/共56页第二十八页，共56页。近似近似(jn s)能级图能级图3、能能 级级 交交 错错 现现 象象第28页/共56页第二十九页，共56页。规规 律律n 3，无能级，无能级(nngj)交错现象交错现象n 4，EnsE（n-1）dEnpn 6，EnsE（n-2）fE（n-1）d Enp第29页/共56页第三十页，共56页。E1s E2s E2p E3s E3p E4s E3d E4p E5s E4d 能级能级(nngj)顺序顺序(energy order)：第30页/共56页第三十一页，共56
16、页。二、原子二、原子(yunz)的电子组态的电子组态（electronic confi-guration）及电）及电子排布规律子排布规律1、Pauli不相容原理不相容原理(yunl)：同一同一(tngy)原子中，不可能有四原子中，不可能有四个量子数完全相同的两个电子。个量子数完全相同的两个电子。即：即：每个原子轨道最多只能容纳每个原子轨道最多只能容纳两个自旋方向相反的电子两个自旋方向相反的电子。第31页/共56页第三十二页，共56页。2、能量、能量(nngling)最低原理：最低原理：电子在原子电子在原子(yunz)轨道的排布总轨道的排布总是尽可能先占据能量最低的轨道，是尽可能先占据能量最低的
17、轨道，而使原子而使原子(yunz)体系的总能量最体系的总能量最低。低。第32页/共56页第三十三页，共56页。3、Hund规则规则(guz)电子在能量相同的几个原子轨道电子在能量相同的几个原子轨道(gudo)（等价轨道（等价轨道(gudo)或简并轨道或简并轨道(gudo)）上排布时，总是尽可能以自旋）上排布时，总是尽可能以自旋相同的方向，分占不同的轨道相同的方向，分占不同的轨道(gudo)。例如例如(lr)：N原子核外电子排布为原子核外电子排布为 1s22s22p31s2s2p第33页/共56页第三十四页，共56页。Hund 规则补充规定规则补充规定 简并轨道简并轨道(gudo)全充满（全充满
18、（p6、d10、f14）、半充满（）、半充满（p3、d5、f7）和全空）和全空（p0、d0、f0）的状态比较稳定。）的状态比较稳定。Cr原子原子(yunz)1s22s22p63s23p63d54s1Cu原子原子(yunz)1s22s22p63s23p63d104s1ArAr第34页/共56页第三十五页，共56页。三、原子的电子层结构三、原子的电子层结构(jigu)与元素周与元素周期表期表第35页/共56页第三十六页，共56页。（一）周期（一）周期(zhuq)（period）的划分的划分第36页/共56页第三十七页，共56页。周期周期=元素元素(yun s)原子最外层的主量子数原子最外层的主量子
19、数各周期各周期(zhuq)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。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页第三十八页，共56页。（二）族（二）族（group）的划分）的划分(hu fn)将外层电子结构将外层电子结构(jigu)相同或相似的相同或相似的元素排成一列，称为族。元素排成一列，称为族。主族主族(zh z)（A族）：族）：A A族族电子最后填充在最外层的电子最后填充在最外层的s轨轨道或道或p轨道上；轨道上；主族数主族数=最外层电子数最外层电子数 特特 点点第38页/共56页第三十九页，共56页。副族（副族（B族）：族）：B B 族族电子电子(
20、dinz)最后填充在最后填充在 d 轨道或轨道或 f 轨道上、轨道上、(n-2)f、(n-1)d、ns电子电子(dinz)都是价层电子都是价层电子(dinz)；B、B族：族：族数族数=最外层最外层(wi cn)电子数电子数 B B族：族：族数族数=最外层最外层(wi cn)电子数电子数+次外层次外层(wi cn)d 电子数电子数 B 族：族：(n-1)d和和ns电子总数为电子总数为810第39页/共56页第四十页，共56页。价电子价电子主族元素：最外层主族元素：最外层(wi cn)电子电子副族元素：除最外层电子，副族元素：除最外层电子，还包括还包括(boku)次外层的次外层的d电子、电子、(n
21、-2)f层的部分电子。层的部分电子。第40页/共56页第四十一页，共56页。（三）元素（三）元素(yun s)分区分区按照最后一个电子填充在哪个能级上，可将元素按照最后一个电子填充在哪个能级上，可将元素(yun s)周期表中的元素周期表中的元素(yun s)分成五个区。分成五个区。第41页/共56页第四十二页，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族族ns2np16(n-1)d18 ns12B、B(n-1)d10ns1(n-1)d10ns2镧系、锕系镧系、锕系(n-2)f014(n-1
22、)d01ns2s 能级能级(nngj)p 能级能级(nngj)d 能能级级(nngj)d 能级能级 （全充满）（全充满）f 能级能级B B 族族第42页/共56页第四十三页，共56页。（四）过渡元素（四）过渡元素(yun s)概念概念过渡元素过渡元素(yun s)（transition element）包括）包括d区、区、ds区和区和f区的元素区的元素(yun s)。过渡元素过渡元素(yun s)最外层电子数较少，都是金属元素最外层电子数较少，都是金属元素(yun s)；在化合物中常有多种氧化值。；在化合物中常有多种氧化值。第43页/共56页第四十四页，共56页。第44页/共56页第四十五页，
23、共56页。第四节第四节 元素元素(yun s)性质的周期性性质的周期性变化规律变化规律一、原子一、原子(yunz)半径（半径（atomic radius）：）：同一周期同一周期(zhuq)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。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。同一主族从上到下同一主族从上到下，原子半径逐渐，原子半径逐渐增大。增大。第45页/共56页第四十六页，共56页。二、元素二、元素(yun s)的电负性的电负性（electronegativity）定义：元素定义：元素(yun s)原子在分子中原子在
24、分子中吸引成键电子的能力。吸引成键电子的能力。同一同一(tngy)周期从左到右，周期从左到右，电负性递增；电负性递增；同一主族从上到下同一主族从上到下，电负性递减。，电负性递减。第46页/共56页第四十七页，共56页。Summary An atom consists of a nucleus and electrons occupying the remaining space.We know electron is of wave-particle duality.According to the uncertainty principle,the exact position and sp
25、eed 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 describe the motion of an electron in an atom.第47页/共56页第四十八页，共56页。1、Wave function The electron wave function is mathematical description of the electrons
26、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、)=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页第四十九页，共56页。2
27、、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(r、)=R2(r)Y2(、)第49页/共56页第五十页，共56页。3、Four quantum numberThree features of the atomic orbital are described by three quantum numbers a
28、s 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页第五十一页，共56页。A sublevel with l=0 has one s orbitalA sublevel with l=1 has three p orbitalsA sublevel with l=2 has five d orbitalsA sub
29、level 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页第五十二页，共56页。4、Electronic configuration 1)The energy order E1s E2s E2p E3s E3p E4s E3d E4p 2)How to gain the electronic configuration of
30、 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页第五十三页，共56页。5、Periodic table of elementsThe constitution of periodic table of elements:period:seven periodsgroupmain-group:eight groupssubgroup:eight gr
31、oups 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页第五十四页，共56页。本章本章(bn zhn)基本要求基本要求 1 1、掌握、掌握s s、p p、d d波函数的角度波函数的角度(jiod)(jiod)分布和电子云角度分布和电子云角度(jiod)(jiod)分布图形；分布图形；2 2、掌握、掌握(zhngw)(zhngw)原子的电子组态、原子的电子组态、核外电子排布规律及用四个量子数表核外电子排布规律及用四个量子数表示核外电子运动状态；示核外电子运动状态；3 3、熟悉原子的电子层结构与元素周期、熟悉原子的电子层结构与元素周期表及电负性的关系；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页第五十五页，共56页。本章本章(bn zhn)习题习题P193194 （6）（）（7）（）（9）（）（11）Exercises：P194 （2）第55页/共56页第五十六页，共56页。