基態(tài)多電子原子核外電子排布

1、 單電子原子單電子原子軌道的能級(jí)軌道的能級(jí) 多電子原子多電子原子原子軌道能級(jí)原子軌道能級(jí) 屏蔽效應(yīng)屏蔽效應(yīng)Z*ZZ核電荷核電荷；屏蔽常數(shù)屏蔽常數(shù)； Z*有效核電荷有效核電荷。eVnZ13.6E22J)(10179. 22218nZE二、鮑林原子軌道近似能級(jí)圖二、鮑林原子軌道近似能級(jí)圖主量子數(shù)主量子數(shù)n相同、角量子數(shù)相同、角量子數(shù)l不同時(shí)，能不同時(shí)，能級(jí)能量隨角量子數(shù)級(jí)能量隨角量子數(shù)l的增大而升高。的增大而升高。對(duì)近似能級(jí)圖的幾點(diǎn)說明對(duì)近似能級(jí)圖的幾點(diǎn)說明主量子數(shù)主量子數(shù)n不同、角量子數(shù)不同、角量子數(shù)l相同時(shí)，能相同時(shí)，能級(jí)能量隨主量子數(shù)級(jí)能量隨主量子數(shù)n的增大而升高。的增大而升高。主量子數(shù)主量

2、子數(shù)n不同、角量子數(shù)不同、角量子數(shù)l不同的能級(jí)，不同的能級(jí)，出現(xiàn)出現(xiàn)“能級(jí)交錯(cuò)能級(jí)交錯(cuò)”現(xiàn)象。現(xiàn)象。 單電子原子，單電子原子，軌道能級(jí)由主量子數(shù)軌道能級(jí)由主量子數(shù)n n來決定來決定 多電子原子多電子原子，軌道能量則由，軌道能量則由n n和和l l來決定來決定 對(duì)于對(duì)于nsns、npnp軌道的能級(jí)隨原子序數(shù)的增加而降低的坡度較為正常。而軌道的能級(jí)隨原子序數(shù)的增加而降低的坡度較為正常。而ndnd、nfnf降低的過程就很特殊，由于原降低的過程就很特殊，由于原子軌道能級(jí)降低的坡度不同的，出現(xiàn)了能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象。子軌道能級(jí)降低的坡度不同的，出現(xiàn)了能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象。（一）核外電子排布原則1. 能量最低原理 能量最

3、低原理基態(tài)原子是處于最低能量狀態(tài)的原子。能量最低原理認(rèn)為，基態(tài)原子核外電子的排布力求使整個(gè)原子的能量處于最低狀態(tài)。隨核電荷數(shù)遞增，大多數(shù)元素的電中性基態(tài)原子的電子按如下順序填入核外電子運(yùn)動(dòng)軌道，叫做構(gòu)造原理。電子在原子軌道填充的順序，應(yīng)先從最低能級(jí)1s軌道開始，一次往能級(jí)高的軌道上填充，以使原子處于能量最低的穩(wěn)定狀態(tài)，稱為能量最低原理。1s1s2s2s2p2p3s3s3p3p3d3d4s4s4p4p4d4d4f4f5s5s5p5p5d5d5f5f5g5g6s6s6p6p6d6d7s7s構(gòu)造原理三、基態(tài)多電子原子核外電子排布三、基態(tài)多電子原子核外電子排布隨核電荷數(shù)遞增,電子每一次從填入ns能級(jí)開

4、始到填滿np能級(jí),稱為建立一個(gè)周期，于是有： 周期: ns開始np結(jié)束 同周期元素的數(shù)目 第一周期：1s2 第二周期：2s，2p8 第三周期：3s，3p8 第四周期：4s，3d，4p18 第五周期：5s，4d，5p18 第六周期：6s，4f，5d，6p32 第七周期：7s，5f，5d，. ? 2.泡里不相容原理 (1)泡利原理基態(tài)多電子原子中不可能同時(shí)存在4個(gè)量子數(shù)完全相同的電子?；蛘咴谝粋€(gè)軌道里最多只能容納2個(gè)電子，它們的自旋方向相反。n 1 2 3 4 .n軌道數(shù) 1 4 9 16 n2電子數(shù) 2 8 18 32 2 n2 (1)洪特規(guī)則在n和l相同的等價(jià)軌道中，電子盡可能分占各等價(jià)軌道，

5、且自旋方向相同，稱為洪特規(guī)則。2. 洪特規(guī)則(2)洪特規(guī)則特例： 在等價(jià)軌道中電子排布是半充滿，全充滿或全空狀態(tài)時(shí)， 能量最低。全充滿 p6 d10 f14半充滿 p3 d5 f7 全 空 p0 d0 f0 （二）基態(tài)多電子原子核外電子排布1. 原子的電子層結(jié)構(gòu)兩種表示方法：軌道表示式 電子排布式 用一條下劃短線_或以及表示一條原子軌道和用上下箭頭分別表示兩種不同自旋方向的電子.如氧原子的軌道排布圖. (1) 軌道表示式 1s 2s 2p (2) 電子排布式根據(jù)電子排布的三原則，可以寫出電子結(jié)構(gòu)式。 Z = 11 鈉原子， 其電子結(jié)構(gòu)式為 1s2 2s2 2p6 3s1 Z = 19 鉀原子，

6、 其電子結(jié)構(gòu)式為 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 為了避免電子結(jié)構(gòu)式過長(zhǎng)，通常把內(nèi)層電子已達(dá)到稀有氣體結(jié)構(gòu)的部分寫成稀有氣體的元素符號(hào)外加方括號(hào)的形式來表示，這部分稱為“原子實(shí)”。鉀的電子結(jié)構(gòu)式也可以表示為 Ar 4s1。19種元素原子的外層電子分布有例外種元素原子的外層電子分布有例外 基態(tài)原子電子分布基態(tài)原子電子分布其中：其中：29Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 全充滿全充滿24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1 半充滿半充滿同樣有：同樣有：46Pd、 47Ag、 79Au同樣有：同樣有：42Mo、 64Gd、 96Cm當(dāng)電子分布為全充滿當(dāng)電

7、子分布為全充滿(p6、d10、f14)、半充滿半充滿(p3、 d5、f7)、全空全空(p0、d0、f0)時(shí)時(shí), 原子結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定原子結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定例外的還有：例外的還有： 41Nb、 44Ru、 45Rh、 57La、 58Ce、78Pt、89Ac、90Th、91Pa、92U、 93NpAA0一一11s1AAAAAA21s2二二3456789 10三三11 12BBBB BBB13 14 15 16 17 18四四19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36五五37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49

8、50 51 52 53 54六六55 56 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86ns12 (n-1)d19ns12 ns2np16(n-1)d10ns12價(jià)層價(jià)層價(jià)電子所在的亞層價(jià)電子所在的亞層價(jià)層電子構(gòu)型價(jià)層電子構(gòu)型指價(jià)層的電子分布式指價(jià)層的電子分布式基態(tài)原子的價(jià)層電子構(gòu)型基態(tài)原子的價(jià)層電子構(gòu)型5-3-4 簡(jiǎn)單基態(tài)陽離子的電子分布基態(tài)原子外層電子填充順序：基態(tài)原子外層電子填充順序： ns (n-2)f (n-1)d np 價(jià)電子電離順序：價(jià)電子電離順序： np ns (n-1)d (n-2)f例例 26Fe 1s22s22p63s23

9、p63d64s2 或或 Ar 3d64s2 Fe2+ 1s22s22p63s23p63d6 或或 Ar 3d6原子實(shí)原子實(shí)原子中除去最高能級(jí)組以外原子中除去最高能級(jí)組以外 的原子實(shí)體的原子實(shí)體經(jīng)驗(yàn)規(guī)律經(jīng)驗(yàn)規(guī)律離子失電子時(shí)先失最外層電子。核外電子排布式經(jīng)驗(yàn)寫法：原子序數(shù)-靠近比其小的稀有氣體=原子實(shí)1, 2, 3, 4, 5, 62,10,18，36(18+18)，54(36+18)，86(54+32)剩余電子在 (n-2)f (n-1)d ns np中填充填充順序 ， ，例如：75號(hào)元素 75-54=11 n=6 4f96s2 49號(hào)元素49-36=13 n=5 4d105s25p1117號(hào)元

10、素117-86=31 n=7 5f146d107s27p5三、元素周期律和元素周期表 1869年，俄國化學(xué)家門捷列夫在批判和繼承前人工作的基礎(chǔ)上，對(duì)大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行了訂正、分析和概括。他總結(jié)：元素的性質(zhì)隨著相對(duì)原子質(zhì)量的遞增而呈現(xiàn)周期性的變化。這就是元素周期律。他還根據(jù)元素周期律編制了第一張?jiān)刂芷诒?，把已?jīng)發(fā)現(xiàn)的63種元素全部列入表里。他預(yù)言了類似硼、鋁、硅的未知元素的性質(zhì)，并為這些元素在表中留下了空位。他在周期表中也沒有完全按照相對(duì)原子質(zhì)量數(shù)值由小到大的順序排列，并指出了當(dāng)時(shí)測(cè)定某些元素的相對(duì)原子質(zhì)量數(shù)值有錯(cuò)誤。若干年后，他的預(yù)言都得到了證實(shí)。門捷列夫工作的成功，引起了科學(xué)界的震動(dòng)。人們?yōu)?/p>

11、了紀(jì)念它的功績(jī)，就把元素周期表稱門捷列夫元素周期表。Ti=50Zr=90？=180V=51Nb=94Ta=182Cr=52Mo=96W=186Mn=55Rh=104.4Pt=197.44Fe=56Ru=104.4Ir=198Ni=Co=59Pd=106.6Os=199H=1Cu=63.4Ag=108Hg=200Be=9.4Mg=24Zn=65.2Cd=112B=11Al=27.4?=68Ur=116Au=197?C=12Si=28?=70Sn=118N=14P=31As=75Sb=122Bi=210O=16S=32Se=79.4Te=128?F=19Cl=35.5Br=80I=127Li=7N

12、a=23K=39Rb=85.4Cs=133Tl=204Ca=40Sr=87.6Ba=137Pb=207?=45Ce=92?Er=56La=94?Yt=66Di=95In=75Th=118?門捷列夫的第一張周期表門捷列夫的第一張周期表類鋁類鋁（1871年門捷列夫的預(yù)言）年門捷列夫的預(yù)言）原子量約為原子量約為69比重約為比重約為5.9-6.0熔點(diǎn)應(yīng)很低熔點(diǎn)應(yīng)很低不受空氣的侵蝕不受空氣的侵蝕灼熱時(shí)能分解水汽灼熱時(shí)能分解水汽能生成類似明礬的礬類能生成類似明礬的礬類可用分光鏡發(fā)現(xiàn)其存在可用分光鏡發(fā)現(xiàn)其存在鎵（1875年布瓦博德朗發(fā)現(xiàn)鎵后測(cè)定）原子量為69.72比重等于5.94（原4.7）熔點(diǎn)為30.1灼

13、熱時(shí)略起氧化能生成結(jié)晶較好的鎵礬鎵是用分光鏡發(fā)現(xiàn)的灼熱時(shí)確能分解水汽門捷列夫?qū)τ凇邦惞琛痹氐念A(yù)言性質(zhì)門捷列夫的預(yù)言鍺的真實(shí)數(shù)據(jù)原子量7272.59密度 (g/cm3)5.55.32顏色灰色灰色熔點(diǎn)高947氧化物化學(xué)式EsO2GeO2氧化物密度4.74.228氯化物化學(xué)式EsCl4GeCl4氯化物密度1.91.844 1894-18981894-1898年稀有氣體的發(fā)現(xiàn)，使元素周期律理論經(jīng)受了一次考驗(yàn)。年稀有氣體的發(fā)現(xiàn)，使元素周期律理論經(jīng)受了一次考驗(yàn)。門捷列夫當(dāng)時(shí)指出，可以在周期表上開辟一個(gè)走廊，結(jié)果在周期表中增門捷列夫當(dāng)時(shí)指出，可以在周期表上開辟一個(gè)走廊，結(jié)果在周期表中增添了一個(gè)添了一個(gè)0

14、0族。更進(jìn)一步完善了周期表，使元素周期律理論得到了發(fā)展。族。更進(jìn)一步完善了周期表，使元素周期律理論得到了發(fā)展。1913年英國科學(xué)家莫斯萊 “化學(xué)元素的性質(zhì)是它們?cè)有驍?shù)（而不再是原子量）的周期性函數(shù)”。I get it!But I have abetter one! 20世紀(jì)初期，逐步發(fā)展起來了原子電子層結(jié)構(gòu)理論和原子核結(jié)構(gòu)理論，使人們能夠更深入地認(rèn)識(shí)到元素性質(zhì)周期性變化的本質(zhì)原因：“化學(xué)元素性質(zhì)的周期性來源于原子原子電子層結(jié)構(gòu)的周期性”。 元素周期表的應(yīng)用元素周期表的應(yīng)用1、尋找和判斷性質(zhì)相似的元素。2、尋找特定性質(zhì)的物質(zhì)。 如：兩性元素，高效農(nóng)藥，催化劑，耐高溫、耐腐蝕的合金材料，致冷劑，

15、超導(dǎo)材料等。3、預(yù)測(cè)和尋找新的元素。4、是對(duì)自然科學(xué)量變到質(zhì)變規(guī)律強(qiáng)有力的佐證。5、把元素的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-位置三者作了完整地結(jié)合 1.周期與能級(jí)組及結(jié)構(gòu)的關(guān)系周期與能級(jí)組 n+0.7l整數(shù)同為同一能級(jí)組，一個(gè)能級(jí)組為一個(gè)周期能級(jí)組能級(jí)周期軌道數(shù)e數(shù)元素?cái)?shù) 1s(特短) 122 2s 2p(短) 488 3s 3p(短) 488 4s 3d 4p(長(zhǎng)) 91818 5s 4d 5p(長(zhǎng)) 91818 6s 4f 5d 6p(特長(zhǎng)) 163232 7s 5f 6d 7p(未完)能級(jí)組=周期期數(shù)=電子層數(shù)= n 1、2、3短周期 共7個(gè)周期 4、5、6長(zhǎng)周期 -鑭系57到 70 7不完全周期-錒系 8

16、9到102各周期元素?cái)?shù)目=對(duì)應(yīng)能級(jí)組中原子軌道能容納的電子數(shù)目。 最外層電子不超過8，次外層不超過18；而不都是各個(gè)電子層電子最大容納數(shù)2n2（能級(jí)組與能級(jí)交錯(cuò)決定）。2. 族(1) 周期表中有七個(gè)A 族，位于表的第 1、2、 13、14、15、16 和 17 列，A 族也叫主族。主族從 IA 到 VIIA，最后一個(gè)電子填入 ns 或 np 軌道，其族數(shù)等于價(jià)電子總數(shù)。 (2)周期表有七個(gè) B 族,位于第 3、4、5、6、7、11 和 12 列，B 族也叫副族。副族元素從 IB 到 VIIB，最后一個(gè)電子多數(shù)填入( n1)d 軌道，其族數(shù)通常等于最高能級(jí)組中的電子總數(shù)。 (3) 有零族元素，它

17、是稀有氣體，其電子構(gòu)型呈穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。還有 VIII 族，它包括了 8、9 和 10 三列元素，其最后一個(gè)電子也填在 ( n1)d 軌道，它們最高能級(jí)組中的電子總數(shù)是 8 到 10，電子構(gòu)型是 ( n1)d 6-10 ns0-2。 3. 元素的分區(qū)(1) s 區(qū)元素 ,包括 IA族，IIA 族。其價(jià)層電子構(gòu)型為 ns12，屬于活潑金屬。(2) p 區(qū)元素,包括 IIIA族，IVA 族，VA 族，VIA 族，VIIA 族，0 族（也稱為VIII A族）。其價(jià)層電子構(gòu)型為 ns2 np16。(3) d 區(qū)元素,包括 IIIB 族，IVB 族，VB 族，VIB 族，VIIB 族和VIII 族。其價(jià)層電子

18、構(gòu)型一般為 (n-1)d110ns02。 (4) ds 區(qū)元素，包括 IB 族和 IIB 族，過渡 金屬,價(jià)層電子構(gòu)型為 ( n- 1 )d10ns12 (5) f區(qū)元素，包括鑭系和錒系元素，價(jià)層電子構(gòu)型為 (n 2)f014 (n1)d02 ns2 4. 原子的電子層結(jié)構(gòu)和族的關(guān)系(1) 主族族數(shù)=最外層電子數(shù)(2) 副族族數(shù)=(n-1)dns的電子數(shù)(3) IB和B族數(shù)=最外層（ns層）電子數(shù)例1已知某元素位于周期表中第四周期第 B族，試寫出它的電子排布式解：根據(jù)題意：該元素的原子有4個(gè)電子層和5 個(gè)價(jià)電子（d+s）電子能級(jí)組 : 一 二 三 四 電子數(shù): 2 8 8 4S23d3Ar 3

19、d34S2 為釩 例1已知某元素原子序數(shù)為21，試指出它屬于 哪一周期，哪一族，什么區(qū)，什么元素？解：21 1S22S22P63S23P63d14S2 Ar3d14S2 該元素屬第四周期 B 鈧Sc第三節(jié) 原子結(jié)構(gòu)和元素周期律一、有效核電荷Z*(1) 屏蔽效應(yīng) 由于電子對(duì)另一電子的排斥而抵消了一部分核電荷對(duì)電子的吸引力的作用稱為屏蔽作用(或效應(yīng)), 把被其他電子屏蔽后的核電荷稱為有效核電荷.用符號(hào)Z*表示 Z*=Z- Z為未屏蔽時(shí)的核電荷數(shù)(即原子序數(shù)),稱為屏蔽系數(shù). 值越大,表示目標(biāo)電子受到的屏蔽作用就越大. E=-13.6 (Z-/n2)(eV) 多電子原子中每一個(gè)電子允許的能量 (2)

20、鉆穿效應(yīng)： n相同，l不同：（3s,3p,3d）l越小，峰個(gè)數(shù)越 多，第一個(gè)小峰離核越近，電子運(yùn)動(dòng)在核附近的 機(jī)會(huì)多，能量低。 EnSEnpEnd 外層電子有機(jī)會(huì)鉆到內(nèi)部空間而靠近原子核的現(xiàn)象，通常稱為鉆穿作用 由于電子的鉆穿作用的不同而使其能量發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為鉆穿效應(yīng)。 n不同，l不同：4s,3d 決定E高低有兩個(gè)因素n大：E高l?。恒@穿效應(yīng)強(qiáng)，E低2.2.有效核電荷有效核電荷電子實(shí)際受到原子核的引力( (凈吸引作用) )。（Z Z* *=Z-=Z-）屏蔽常數(shù)原有核電荷減小 或被抵消的部分。 3變化規(guī)律 同周期的主族元素中同周期的主族元素中，隨其電子增加在外層而有效電荷，隨其電子增加在外

21、層而有效電荷增加增加顯著顯著。在同一周期的副族元素中在同一周期的副族元素中，則隨著其電子增加在次外層，則隨著其電子增加在次外層而有效電荷而有效電荷增加不多增加不多（鄰近元素間相差約（鄰近元素間相差約0.070.07）。）。鑭系和錒系鑭系和錒系元素的有效核電荷則因電子增加在次次外層而元素的有效核電荷則因電子增加在次次外層而增加極少增加極少。 由此可以理解：同一周期主族元素的性質(zhì)變化比較明顯，由此可以理解：同一周期主族元素的性質(zhì)變化比較明顯，而副族和鑭系、錒系元素的性質(zhì)變化就不太明顯。而副族和鑭系、錒系元素的性質(zhì)變化就不太明顯。 同一主族或副族中，由上至下，由于電荷增加較多，有同一主族或副族中，由

22、上至下，由于電荷增加較多，有效核電荷也增加較大。元素性質(zhì)的改變也較顯著。效核電荷也增加較大。元素性質(zhì)的改變也較顯著。 二. 原子半徑 單質(zhì)中兩個(gè)相同原子核間距離的一半 1.共價(jià)半徑： 兩個(gè)相同原子以共價(jià)單鍵結(jié)合其核間距的一半。M2分子的共價(jià)半徑(d/2) 非金屬元素原子的共價(jià)半徑非金屬元素原子的共價(jià)半徑r共共(單位單位pm)原子原子單鍵單鍵雙鍵雙鍵叁鍵叁鍵原子原子單鍵單鍵雙鍵雙鍵B887668Se117107C776760Te137127N706055F6454P110 10093Cl9989As121 111Br114.2104O665551I133.3123S1049487金屬晶體中相鄰原

23、子核間距的一半。2. 金屬半徑： 金屬原子的密堆集緊密程度不同，其求得的金屬半徑也不同，引入金屬半徑的校正系數(shù) 配位數(shù)配位數(shù)12864校正系數(shù)校正系數(shù)1.00（標(biāo)準(zhǔn)）（標(biāo)準(zhǔn)） 0.980.960.80相鄰兩分子的兩個(gè)原子核間距的一半3. 范德華半徑：圖 r范,r共示意圖(r共=d1/2,r范=d2/2)r共價(jià) r金屬 r范rMn+ rM2.0 非金屬，X2.0金屬X很大，離子鍵X不大，極性共價(jià)鍵X=0，非極性共價(jià)鍵(1) 用來判斷元素的金屬性和非金屬性 (2) 用于估計(jì)化學(xué)鍵的類型 (2) 電子排布式根據(jù)電子排布的三原則，可以寫出電子結(jié)構(gòu)式。 Z = 11 鈉原子， 其電子結(jié)構(gòu)式為 1s2 2

24、s2 2p6 3s1 Z = 19 鉀原子， 其電子結(jié)構(gòu)式為 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 為了避免電子結(jié)構(gòu)式過長(zhǎng)，通常把內(nèi)層電子已達(dá)到稀有氣體結(jié)構(gòu)的部分寫成稀有氣體的元素符號(hào)外加方括號(hào)的形式來表示，這部分稱為“原子實(shí)”。鉀的電子結(jié)構(gòu)式也可以表示為 Ar 4s1。(2) 電子排布式根據(jù)電子排布的三原則，可以寫出電子結(jié)構(gòu)式。 Z = 11 鈉原子， 其電子結(jié)構(gòu)式為 1s2 2s2 2p6 3s1 Z = 19 鉀原子， 其電子結(jié)構(gòu)式為 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 為了避免電子結(jié)構(gòu)式過長(zhǎng)，通常把內(nèi)層電子已達(dá)到稀有氣體結(jié)構(gòu)的部分寫成稀有氣體的元素符號(hào)外加方括號(hào)的形式來表示，這部分稱為“原子實(shí)”。鉀的電子結(jié)構(gòu)式也可以表示為 Ar 4s1。元素周期表的應(yīng)用元素周期表的應(yīng)用1、尋找和判斷性質(zhì)相似的元素。2、尋找特定性質(zhì)的物質(zhì)。 如：