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1、火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去第一章第一章 原子结构和元素周期系原子结构和元素周期系1.1 1.1 原子和元素原子和元素 古希腊哲学家古希腊哲学家 Democritus 在公元前在公元前 5 世纪指出，每世纪指出，每一种物质是由一种原子构成的；原子是物质最小的、不可一种物质是由一种原子构成的；原子是物质最小的、不可再分的、永存不变的微粒。再分的、永存不变的微粒。原子原子 atom 一词源于希腊语，一词源于希腊语，原义是原义是“不可再分的部分不可再分的部分”。1火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立
2、断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 19 19 世纪末和世纪末和 20 20 世纪初，在电子、质子、放射世纪初，在电子、质子、放射性等一批重大发现的基础上，建立了现代原子结构模型。性等一批重大发现的基础上，建立了现代原子结构模型。虽然人类很早就从自然现象中了解了电的性质，虽然人类很早就从自然现象中了解了电的性质，但对电的本质认识是从但对电的本质认识是从 18 18 世纪末叶对真空放电技术的研世纪末叶对真空放电技术的研究开始的。究开始的。2火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 1879 年，英国物理学家年，英
3、国物理学家 W.Crookes 发现了阴极射线。发现了阴极射线。随后，在随后，在 1897 年英国物理学家年英国物理学家 J.J.Thomson 进行了测定进行了测定阴极射线荷质比的低压气体放电实验，证实阴极射线就是阴极射线荷质比的低压气体放电实验，证实阴极射线就是带负电荷的电子流，并得到电子的荷质比带负电荷的电子流，并得到电子的荷质比 em=1.7588108 C g-1。1909年美国科学家年美国科学家 R.A.Millikan 通过他的有名的油通过他的有名的油滴实验，测出了一个电子的电量为滴实验，测出了一个电子的电量为 1.60210-19 C，通过电，通过电子的荷质比得到电子的质量子的
4、荷质比得到电子的质量 m=9.1110-28 g。3火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 放射性的发现是放射性的发现是 19 世纪末自然科学的另一重大发现。世纪末自然科学的另一重大发现。1895 年德国的物理学家年德国的物理学家 W.C.Rongen 首先发现了首先发现了 X射射线。这种射线最初是由真空放电管中高能量的阴极射线撞线。这种射线最初是由真空放电管中高能量的阴极射线撞击玻璃管壁而产生的，用高速电子流轰击阳极靶也可产生击玻璃管壁而产生的，用高速电子流轰击阳极靶也可产生X射线。射线。X-射线能穿过一定厚度的物质，能使
5、荧光物质发射线能穿过一定厚度的物质，能使荧光物质发光，感光材料感光，空气电离等。光，感光材料感光，空气电离等。1896 年法国物理学家年法国物理学家 A.H.Becquerel 对几十种荧光对几十种荧光物质进行实验，意外地发现了铀的化合物放射出一种新型物质进行实验，意外地发现了铀的化合物放射出一种新型射线。法国化学家射线。法国化学家 M.S.Curie以铀的放射性为基础进行研以铀的放射性为基础进行研究，陆续发现了放射性元素镭、钋等，发现了放射过程中究，陆续发现了放射性元素镭、钋等，发现了放射过程中的的 粒子、粒子、粒子和粒子和 射线。射线。4火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要
6、当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 1911 年，年，Rutherford 根据根据粒子散射的实验，提出了粒子散射的实验，提出了新的原子模型，称为原子行星模型或核型原子模型。新的原子模型，称为原子行星模型或核型原子模型。5火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 虽然早在虽然早在 1886 年德国科学家年德国科学家 E.Goldstein 在高压放电在高压放电实验中发现了带正电粒子的射线，直到实验中发现了带正电粒子的射线，直到 1920 年人们才将年人们才将带正电荷的氢原子核称为质子。带正电荷的氢原子核称
7、为质子。1932 年英国物理学家年英国物理学家 J.Chadwick 进一步发现穿透性进一步发现穿透性很强但不带电荷的粒子流，即中子。后来在雾室中证明，很强但不带电荷的粒子流，即中子。后来在雾室中证明，中子也是原子核的组成粒子之一。由此，才真正形成了经中子也是原子核的组成粒子之一。由此，才真正形成了经典的原子模型。典的原子模型。英国物理学家英国物理学家 G.J.Mosley 在在 1913 年证实了原子核的年证实了原子核的正电荷数等于核外电子数，也等于该原子在元素周期表中正电荷数等于核外电子数，也等于该原子在元素周期表中的原子序数。的原子序数。6火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物
8、，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去红 橙 黄 绿 青 蓝 紫所有波长所有波长氢原子光谱和玻尔模型氢原子光谱和玻尔模型Na光谱光谱7火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 氢原子光谱的特点是在可见区有四条比较明显的谱线，氢原子光谱的特点是在可见区有四条比较明显的谱线，通常用通常用 H，H，H，H 来表示来表示 氢原子的线状光谱氢原子的线状光谱8火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去9火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，
9、要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 任何原子被激发时，都可以给出原子光谱，而且每种任何原子被激发时，都可以给出原子光谱，而且每种原子都有自己的特征光谱。这使人们意识到原子光谱与原原子都有自己的特征光谱。这使人们意识到原子光谱与原子结构之间势必存在着一定的关系。当人们试图利用子结构之间势必存在着一定的关系。当人们试图利用Rutherford 的有核原子模型从理论上解释氢原子光谱时，的有核原子模型从理论上解释氢原子光谱时，这一原子模型受到了强烈的挑战。这一原子模型受到了强烈的挑战。1913 年，丹麦物理学家年，丹麦物理学家 Bohr 提出了新的原子结构理提出了新的原子结构理
10、论，解释了当时的氢原子线状光谱，既说明了谱线产生的论，解释了当时的氢原子线状光谱，既说明了谱线产生的原因，也说明了谱线的波数所表现出的规律性。原因，也说明了谱线的波数所表现出的规律性。10火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 1900 年，德国科学家年，德国科学家 Planck 提出了著名的量子论。提出了著名的量子论。Planck 认为在微观领域能量是不连续的，物质吸收或放出认为在微观领域能量是不连续的，物质吸收或放出的能量总是一个最小的能量单位的整倍数。这个最小的能的能量总是一个最小的能量单位的整倍数。这个最小的能量单位
11、称为能量子。量单位称为能量子。1905 年瑞士科学家年瑞士科学家 Einstein 在解释光电效应时，提出在解释光电效应时，提出了光子论。了光子论。Einstein 认为能量以光的形式传播时，其最小认为能量以光的形式传播时，其最小单位称为光量子，也叫光子。光子能量的大小与光的频率单位称为光量子，也叫光子。光子能量的大小与光的频率成正比成正比11火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 E=h 式中式中 E 为光子的能量，为光子的能量，为光子的频率，为光子的频率，h 为为 Planck 常数，其值为常数，其值为 6.626 10
12、-34 J s。物质以光的形式吸收或。物质以光的形式吸收或放出的能量只能是光量子能量的整数倍。放出的能量只能是光量子能量的整数倍。电量的最小单位是一个电子的电量。电量的最小单位是一个电子的电量。我们将以上的说法概括为一句话，在微观领域中能量、我们将以上的说法概括为一句话，在微观领域中能量、电量是量子化的。量子化是微观领域的重要特征，后面我电量是量子化的。量子化是微观领域的重要特征，后面我们还将了解到更多的量子化的物理量。们还将了解到更多的量子化的物理量。12火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去1913 年丹麦科学家年丹麦科
13、学家 Bohr 在在 Planck 量子论、量子论、Einstein光子论和光子论和 Rutherford 有核原子模型的有核原子模型的基础上，提出了新的原子结构理论，即著名的基础上，提出了新的原子结构理论，即著名的 Bohr 理论。理论。Bohr 理论认为，核外电子在特定的原子轨道上运动，理论认为，核外电子在特定的原子轨道上运动，轨道具有固定的能量轨道具有固定的能量 E。Bohr 计算了氢原子的原子轨道计算了氢原子的原子轨道的能量，结果如下的能量，结果如下 13火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 随着随着 n 的增加，
14、电子离核越远，电子的能量以量子化的增加，电子离核越远，电子的能量以量子化的方式不断增加。当的方式不断增加。当 n 时，电子离核无限远，成为自时，电子离核无限远，成为自由电子，脱离原子核的作用，能量由电子，脱离原子核的作用，能量 E=0。式中式中 eV 是微观领域常用的能量单位，等于是微观领域常用的能量单位，等于 1 个电子的电个电子的电量量 1.602 10-19 C 与与 1 V 电势差的乘积，其数值为电势差的乘积，其数值为 1.602 10-19 J。E=-13.6n2eV14火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 Bo
15、hr 理论认为，电子在轨道上绕核运动时，并不放理论认为，电子在轨道上绕核运动时，并不放出能量。因此，在通常的条件下氢原子是不会发光的。同出能量。因此，在通常的条件下氢原子是不会发光的。同时氢原子也不会因为电子坠入原子核而自行毁灭。电子所时氢原子也不会因为电子坠入原子核而自行毁灭。电子所在的原子轨道离核越远，其能量越大。在的原子轨道离核越远，其能量越大。原子中的各电子尽可能在离核最近的轨道上运动，即原子中的各电子尽可能在离核最近的轨道上运动，即原子处于基态。受到外界能量激发时电子可以跃迁到离核原子处于基态。受到外界能量激发时电子可以跃迁到离核较远的能量较高的轨道上，这时原子和电子处于激发态。较远
16、的能量较高的轨道上，这时原子和电子处于激发态。处于激发态的电子不稳定，可以跃迁回低能量的轨道上，处于激发态的电子不稳定，可以跃迁回低能量的轨道上，并以光子形式放出能量，光的频率决定于轨道的能量之差：并以光子形式放出能量，光的频率决定于轨道的能量之差：h =E2 E1 或或 v=(E2-E1)/h 15火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去玻尔提出的三点假设：玻尔提出的三点假设：1）稳定轨道的概念）稳定轨道的概念 2）电子在离核越远的轨道上运电子在离核越远的轨道上运 动，能量越大动，能量越大 3）处于激发态的电子不稳定，可以跃
17、迁到离核处于激发态的电子不稳定，可以跃迁到离核较近的轨道上同时释放出光能较近的轨道上同时释放出光能16火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 玻尔理论对于代表氢原子线状光谱规律性的玻尔理论对于代表氢原子线状光谱规律性的 Rydberg 公式经验公式的解释，是令人满意的。公式经验公式的解释，是令人满意的。玻尔理论极其成功地解释了氢原子光谱，但它的原子玻尔理论极其成功地解释了氢原子光谱，但它的原子模型仍然有着局限性。玻尔理论虽然引用了模型仍然有着局限性。玻尔理论虽然引用了 Planck 的量的量子论，但在计算氢原子的轨道半径时，
18、仍是以经典力学为子论，但在计算氢原子的轨道半径时，仍是以经典力学为基础的，因此它不能正确反映微粒运动的规律，所以它为基础的，因此它不能正确反映微粒运动的规律，所以它为后来发展起来的量子力学和量子化学所取代势所必然。后来发展起来的量子力学和量子化学所取代势所必然。17火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去1.1.2 1.1.2 原子结构的近代概念原子结构的近代概念一一 微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性 17 世纪末，世纪末，Newton 和和 Huygens 分别提出了光的微粒分别提出了光的微粒说和波动说，但光的本质是
19、波还是微粒问题一直争论不休。说和波动说，但光的本质是波还是微粒问题一直争论不休。直到直到 20 世纪初人们才逐渐认识到光既有波的性质又具有世纪初人们才逐渐认识到光既有波的性质又具有粒子的性质，即光具有波粒二象性。粒子的性质，即光具有波粒二象性。18火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 将将 光子的能量和频率之间的关系式光子的能量和频率之间的关系式 E=h 与相对论中的质能联系定律公式与相对论中的质能联系定律公式 E=mc2联立，得联立，得 mc2=h 19火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸
20、湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 P 表示光子的动量，表示光子的动量，P=m c 将式将式(68)代入式代入式(67)中，整理得中，整理得 P=hv/c，或或 P=h/P是是表表征征粒粒子子性性的的物物理理量量动动量量，是是表表征征波波动动性性的的物物理量波长理量波长。所以很好地揭示了光的波粒二象性本质。所以很好地揭示了光的波粒二象性本质。201927年，年，Davissson和和Germer应用应用Ni晶体进行晶体进行电子衍射电子衍射实验，证实电子具有波动性。实验，证实电子具有波动性。1924 年，法国物理学家年，法国物理学家 Louis de Broglie 提出了微观提出了微观粒
21、子具有波粒二象性的假设。并预言了高速运动的电子的粒子具有波粒二象性的假设。并预言了高速运动的电子的物质波的波长物质波的波长 =h/P=h/mv21二、二、波函数与原子轨道波函数与原子轨道1.1.海森堡的测不准关系海森堡的测不准关系 ：22火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 测测不不准准原原理理说说明明了了微微观观粒粒子子运运动动有有其其特特殊殊的的规规律律，不不能能用用经经典典力力学学处处理理微微观观粒粒子子的的运运动动，而而这这种种特殊的规律是由微粒自身的本质所决定的。特殊的规律是由微粒自身的本质所决定的。23火灾袭来
22、时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 进进一一步步考考察察前前面面提提到到的的 Davisson 和和 Germer 所所做做的的电电子子衍衍射射实实验验，实实验验结结果果是是在在屏屏幕幕上上得得到到明明暗暗相相间间的的衍衍射射环环纹。纹。24火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 这这种种统统计计的的结结果果表表明明，对对于于微微观观粒粒子子的的运运动动，虽虽然然不不能能同同时时准准确确地地测测出出单单个个粒粒子子的的位位置置和和动动量量，但但它它在在空空间间
23、某某个区域内出现的机会的多与少，却是符合统计性规律的。个区域内出现的机会的多与少，却是符合统计性规律的。从从电电子子衍衍射射的的环环纹纹看看，明明纹纹就就是是电电子子出出现现机机会会多多的的区区域域，而而暗暗纹纹就就是是电电子子出出现现机机会会少少的的区区域域。所所以以说说电电子子的的运运动可以用统计性的规律去进行研究。动可以用统计性的规律去进行研究。25火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去2.2.薛定谔方程薛定谔方程 =026火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥
24、勇敢地冲出去 球球坐坐标标中中用用三三个个变变量量 r，表表示空间位置，示空间位置，r 表示空间一点表示空间一点 P 到球心的距离，取值范围到球心的距离，取值范围 0 ；表示表示 OP 与与 z 轴的夹角，取值范围轴的夹角，取值范围 0 ；表示表示 OP 在在 xOy 平面内的投影平面内的投影 OP与与 x 轴的夹角轴的夹角，取值范围取值范围 0 2。27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 cossinrx=qsinsinry=qcosrz=q222zyxr+=()()q,rzyx()()q,YrR=2829火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当
25、机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 波函数波函数（空间坐标（空间坐标x,y,z x,y,z 的函数）：的函数）：描述核外电子运动状态的数学表达式描述核外电子运动状态的数学表达式原子轨道原子轨道：波函数的空间图像。波函数的空间图像。原子轨道的数学表达式就是波函数原子轨道的数学表达式就是波函数30火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去三三 、几率密度和几率密度和电子云电子云微观世界的特征：微观世界的特征：量子化；量子化；波粒二象性；不确定性；自旋波粒二象性；不确定性；自旋31火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥
26、而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去几率密度和电子云几率密度和电子云32火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去原子轨道角度分布与电子原子轨道角度分布与电子云角度分布的区别：云角度分布的区别：1 1 电子云的角度分布图比原子轨电子云的角度分布图比原子轨道的角度分布图要瘦一些道的角度分布图要瘦一些2 2原子轨道的角度分布图上有正、原子轨道的角度分布图上有正、3 3 负号之分，而电子云的角度分负号之分，而电子云的角度分布图上均为正值布图上均为正值33火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋
27、财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去在解上面三个常微分方程求在解上面三个常微分方程求 ()，R(r)和和 ()的过程中，为了保证解的合理性，需引入三个参数的过程中，为了保证解的合理性，需引入三个参数 n，l 和和 m，且必须满足下列条件，且必须满足下列条件m=0，1，2,.；l=0，1，2,.,且且 l m；n 为自然数，且为自然数，且n 1 l由解得的由解得的 R(r)、()和和 ()即可求得波函数即可求得波函数 (r，)=R(r)()()34火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去四四 、量子数
28、量子数1.主量子数（主量子数（n）：描述电子层能量高低次）：描述电子层能量高低次 序和电子云离核远近的参数序和电子云离核远近的参数 n 1 2 3 4 5 6 电子层电子层(光谱学符号）光谱学符号）K L M N O P35火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去l 的取值的取值 ：0，1，2，3，n-12.角量子数（角量子数（l）：）：确定电子运动空间确定电子运动空间3.形状的量子数形状的量子数n 1 2 3 4 n l 0,0，1，0，1，0 0，1 1，2 2，3 2，,n-1 电子亚电子亚层符号层符号 s s，p s，
29、p，d s，p，d,f 36 l=0，s 亚层，亚层，球形球形l =1，p 亚层，亚层，亚铃型亚铃型l =2，d 亚层，亚层，花瓣花瓣型型电子云电子云原子轨道原子轨道37火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去38火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去角量子数角量子数 l 的另一物理意义是，在多电子原子中，电的另一物理意义是，在多电子原子中，电子的能量子的能量 E 不仅取决于不仅取决于 n，而且和，而且和 l 有关。即多电子原子有关。即多电子原子中电子的能量
30、由中电子的能量由 n 和和 l 共同决定。共同决定。N 相同，相同，l 不同的原子轨不同的原子轨道，角量子数道，角量子数 l 越大的，其能量越大的，其能量 E 越大。即越大。即 E 4 s E 4 p E 4 d E 4 f 但是单电子体系，如氢原子，其能量但是单电子体系，如氢原子，其能量 E 不受不受 l 的影响，的影响，只和只和 n 有关。即：有关。即：E ns=E np=E nd=E nf39火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去原子中的能级主要由主量子数和角量子数决定原子中的能级主要由主量子数和角量子数决定3.磁量子
31、数（磁量子数（m）：描述原子轨道或电子云在空间的）：描述原子轨道或电子云在空间的 伸展方向，伸展方向，取值从取值从 -l 0 +l40lm等价轨道等价轨道S,00s 亚层在空间只有一亚层在空间只有一个伸展方向，即球形个伸展方向，即球形1个个S轨道轨道P,1-1,0,+1,p 亚层在空间有三种亚层在空间有三种伸展方向伸展方向d,2-2,-1,0,+1,+2d 亚层有五种亚层有五种伸展方向伸展方向f,3-3,-2,-10,+1,+2,+3f 亚层有七种伸展亚层有七种伸展方向方向7个个f 轨道轨道等价轨道：等价轨道：在没有外磁场的情况下，同一亚层的能量相等在没有外磁场的情况下，同一亚层的能量相等3个
32、个p 轨道轨道5个个d 轨道轨道41火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去4.自旋量子数自旋量子数（ms）：）：描述核外电子的自旋状态，取值只有两个描述核外电子的自旋状态，取值只有两个ms =+1/2 顺时针运动顺时针运动-1/2 逆时针运动逆时针运动42火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去43例例 n l m ms 轨道轨道-1 -1 +1/2 -3 +3 -1/2 -3 -2 -1/2 -44 -3 +1/2 -2 1 -1/2 -2np4nf23d
33、34f-1,0,+12p441.1.3 1.1.3 原子中电子的分布原子中电子的分布一一 原子核外电子分布原则原子核外电子分布原则451 1 鲍利不相容原理鲍利不相容原理 1 1）s s，p p，d d，f f 各分层原子轨道数分别为各分层原子轨道数分别为1 1，3 3，5 5，7 7，所以最多容纳，所以最多容纳2 2，6 6，1010，1414个电子；个电子；2 2）每个电子层中原子轨道数每个电子层中原子轨道数n n2 2 个，个，各电子层各电子层最大容量最大容量2n2n2 2 个电子个电子46电电子子填填入入轨轨道道次次序序：近似能级组：近似能级组：(1 s)(2 s,2 p)(3 s,3
34、 p)(4 s,3 d,4 p)(5 s,4 d,5 p)(6 s,4 f,5 d,6 p)2 能能量量最最低低原原理理47火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去PaulingPauling近似近似能级能级图图481)1)角量子数角量子数 l 相同的能级，能量主要由相同的能级，能量主要由 n n 2)2)决定，决定，n n 越大，越大，E E越大。越大。3)3)E E2p2p E E3p3p E E 4p4p2 2）主量子数）主量子数 n n 相同时，角量子数越大，相同时，角量子数越大，E E越大。越大。E E4s 4s E
35、 E4p4p E E4d4d E E4f4f3 3）n n 与与 l 都不同时，出现能级交错。都不同时，出现能级交错。E E4s4s E E3d3d,E,E6s6s E E4f 4f E E5d5d493.3.洪特规则洪特规则 全充满全充满：p6 ,d10 ,f14 半充满半充满：p3 ,d5 ,f7 全空全空：p0 ,d0 ,f0 Cr Z=24Cu Z=291s22s22p63s23p63d54s1 （半充满）（半充满）=Ar3d54s1Ar3d104s1 (全充满）全充满）50外层电子结构外层电子结构 轨道表示轨道表示CuKFeFe2+Fe3+3d104s1 4s13d6 4s23d63
36、d551二二 屏蔽效应和有效核电荷屏蔽效应和有效核电荷 1 屏蔽效应屏蔽效应+Z -=Z*（核电荷数核电荷数）（有效核电荷数有效核电荷数）：屏蔽常数：屏蔽常数52火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去2钻穿效应：外层电子能够避开其他电子的屏蔽而钻钻穿效应：外层电子能够避开其他电子的屏蔽而钻3 穿到内层，穿到内层，出现在离核较近的地方出现在离核较近的地方3d 与与 4s轨道的径向分布图轨道的径向分布图53火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去结结构构分分区区
37、三三 元素的分区元素的分区54Mg(Z=12)Ne3s2 Mg2+1s22s22p6Al(Z=13)Ne3s23p1 Al3+1s22s22p6 区区 外围电子构型外围电子构型 包含的元素包含的元素 例例s ns1-2 A,AP ns2np1-6 A,零族零族Mn(Z=25)1s22s22p63s23p63d54s2 Zn(Z=30)1s22s22p63s23p63d104s2 f (n-2)f0-14(n-1)d0-2ns2 镧系，锕镧系，锕系系d s (n-1)d10ns1-2 B,Bd (n-1)d1-9 ns1-2 B,族族 55火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机
38、立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去基态原子外层电子填充顺序：基态原子外层电子填充顺序：ns (n 2)f (n 1)d np价电子电离顺序：价电子电离顺序：np ns (n-1)d (n 2)f56火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去s,p,d ss,p,d s区元素的族数区元素的族数 =最外层电子数最外层电子数 d d区元素的族数区元素的族数 =最外层电子数最外层电子数+次外层次外层d d电子数电子数57火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢
39、地冲出去 电子层数电子层数=周期数；周期数；原子序数原子序数=核电荷数核电荷数=核外电子数核外电子数 主族元素族数主族元素族数=最外层电子数最外层电子数=最高化合价最高化合价58例例 最外层电子排布最外层电子排布 最高化合价最高化合价 周期周期 族族Si（Z=14）3s2 3p2+4三三ATi (Z=22)3d24s2+4四四BFe(Z=26)3d64s2+3四四Cu(Z=29)3d104s1四四B59一、一、原子半径原子半径 1.1.4 1.1.4 原子性质的周期性原子性质的周期性共价半径共价半径 金属半径金属半径 范德华半径范德华半径60火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要
40、当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去The periodic table 61火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去同族中从上同族中从上 下下 ，变大，变大短周期短周期 ：从左：从左 右右 变小变小 长周期长周期 ：逐渐变小逐渐变小62火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去主主族族元元素素63火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去二二 、电离能（电离能（I I）：）：
41、KJ/molKJ/mol定义：基态的气态原子失去电子变为气态阳定义：基态的气态原子失去电子变为气态阳 离子，必须克服核电荷对电子的引力离子，必须克服核电荷对电子的引力 而消耗能量，这种能量即而消耗能量，这种能量即64第一电离能（第一电离能（I1）：）：Mg(g)-e Mg+(g)I1=737.7 KJ/mol第二电离能（第二电离能（I2）：）：Mg+(g)-e Mg2+(g)I2=1443 KJ/mol 第三电离能（第三电离能（I3）：）：Mg2+(g)-e Mg3+(g)I3=7731 KJ/mol 65规律规律1同一主族，同一主族，从上到下，从上到下，I1减小减小2同一周期，同一周期，从左
42、到右，从左到右，I1增大，略有波折增大，略有波折I1 族数（主）族数（主）NaMgAlPSAr Al:3s23p1 S 3s23p466三三、电子亲合能（、电子亲合能（E E）第一电子亲合能（第一电子亲合能（E E1 1）：）：一个基态的气态原子得到一一个基态的气态原子得到一 个电子形成负一价阴离子所释放出来的能量个电子形成负一价阴离子所释放出来的能量 O(g)+e O-(g)+E1 E1=-141 KJ/mol注意：注意：O和和F的电子亲合能的电子亲合能67火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去四四 、电负性（、电负性（）：）：分子中原子吸引电子的能力分子中原子吸引电子的能力指定：指定：F F =4.0(=4.0(最大）最大）FrFr=0.7 （最小）（最小）同一周期从左到右电负性依次增大；同同一周期从左到右电负性依次增大；同一主族从上到下电负性依次变小一主族从上到下电负性依次变小68火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去电负性变化电负性变化69