第四章物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介

1、第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介1第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介24-1 4-1 氫原子光譜氫原子光譜4-2 4-2 原子的量子力學(xué)模型原子的量子力學(xué)模型4-3 4-3 原子核外電子結(jié)構(gòu)原子核外電子結(jié)構(gòu)4-4 4-4 元素基本性質(zhì)的周期性變化元素基本性質(zhì)的周期性變化 4-5 4-5 離子鍵離子鍵第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介34-8 4-8 晶體知識簡介晶體知識簡介4-7 4-7 分子間力和氫鍵分子間力和氫鍵 4-6 4-6 共價(jià)鍵共價(jià)鍵第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介4教學(xué)指導(dǎo)教學(xué)指導(dǎo) 重

2、點(diǎn) 掌握描述電子運(yùn)動狀態(tài)的四個量子數(shù)的掌握描述電子運(yùn)動狀態(tài)的四個量子數(shù)的物理意義及取值規(guī)則。物理意義及取值規(guī)則。難點(diǎn) 掌握原子核外電子排布規(guī)律,并判斷元素在周期表中的位置及主要性質(zhì)。 掌握雜化軌道與分子空間構(gòu)型及分子極掌握雜化軌道與分子空間構(gòu)型及分子極性的關(guān)系。性的關(guān)系。原子的量子力學(xué)模型;雜化軌道理論。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介51. 了解電子等微觀粒子運(yùn)動的特殊性：能量的量子化、波粒二象性，了解不確定原理。 2.了解原子軌道、波函數(shù)、概率、 概率密度、電子云的概念，了解原子軌道和電子云的角度分布特征 , 重點(diǎn)掌握描述電子運(yùn)動狀重點(diǎn)掌握描述電子運(yùn)動狀態(tài)的四個量子數(shù)的物理意義及取值

3、規(guī)則。態(tài)的四個量子數(shù)的物理意義及取值規(guī)則。 3.根據(jù)電子排布三原則和近似能級圖，掌握原子核外電子排布規(guī)律,并根據(jù)電子排布式判斷元素在周期表中的位置及主要性質(zhì)。講授建議 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介6 4.了解屏蔽效應(yīng)、鉆穿效應(yīng)、能級組、價(jià)電子構(gòu)型等概念； 5.了解原子半徑、有效核電荷、電離能、電子親和能、電負(fù)性的概念及遞變規(guī)律； 6.了解離子鍵、共價(jià)鍵理論要點(diǎn)，掌握雜化軌道與分子空間構(gòu)型及分子極性的關(guān)系，了解晶體的種類及基本性質(zhì)。 7.利用化學(xué)鍵、分子間力、氫鍵和晶體類型說明物質(zhì)的有關(guān)性質(zhì)及遞變規(guī)律。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介74-1 4-1 氫原子光譜氫原子光譜一、氫原

4、子光譜一、氫原子光譜二、玻爾理論二、玻爾理論第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介8一、氫原子光譜一、氫原子光譜 1911年，英國物理學(xué)家盧瑟福通過粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了著名的“含核原子模型”原子行星模型:確認(rèn)原子是由帶正電荷的原子核及帶負(fù)電荷的電子組成。確定了原子的組成問題。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介9貢獻(xiàn)：盧瑟福原子模型說明了原子的組成。問題：1. 原子光譜應(yīng)為連續(xù)光譜光譜； 2. 電子運(yùn)動發(fā)射電磁波，能量漸失，直到最后墮入原子核使原子湮滅。按其模型而事實(shí)是：原子光譜是不連續(xù)光譜線狀光譜；原子也沒有湮滅。 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介10 核外電子的分布規(guī)律和運(yùn)動狀況及

5、近代原子結(jié)構(gòu)理論的研究和確立則是從氫原子光譜實(shí)驗(yàn)開始的。. 盧瑟福原子模型利用經(jīng)典電磁學(xué)理論已解釋不了氫原子的線狀光譜，解釋不了氫光譜與核外電子運(yùn)動狀態(tài)之間的關(guān)系；第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介11 氫原子光譜氫原子光譜線狀光譜線狀光譜第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介12二、玻爾理論二、玻爾理論 1913年，丹麥物理學(xué)家玻爾(盧瑟福的學(xué)生)在盧瑟福原子模型基礎(chǔ)上， 根據(jù)普朗克的“量子學(xué)說”和愛因斯坦“光子學(xué)說”,提出了“玻爾理論”，成功解釋了氫原子光譜。玻爾玻爾第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介13玻爾理論要點(diǎn)：（1）在原子中，電子不能任意運(yùn)動, 只能在有確定半徑和能量的特定

6、軌道上運(yùn)動，電子在這樣的軌道上運(yùn)動時(shí)是穩(wěn)定的，不吸收或放出能量。（2）電子在不同軌道上運(yùn)動具有不同能量, 電子運(yùn)動時(shí)所處的能量狀態(tài)稱為能級。電子的能量是量子化的。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介14玻爾推導(dǎo)出軌道半徑和能量計(jì)算式：rn= a0 n2 (a0=52.9pm，玻爾半徑) En = - B / n2(n為量子數(shù)，n=1,2,3)B為氫原子基態(tài)能量, 2.17910-18Jn=1的能級能量最低, 稱為基態(tài)或最低能級； 其他稱為激發(fā)態(tài)或較高能級。 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介15（3）只有當(dāng)電子在不同能級上躍遷時(shí)，才吸收或放出能量，輻射一定頻率的光。E1E2E= E2-E

7、1=h h普朗克常量(6.6261034 Js) E的常用單位為J 玻爾理論不是直接由實(shí)驗(yàn)方法確立的，是在上述三條假設(shè)基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)學(xué)處理的結(jié)果。 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介16 玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜的形成和規(guī)律性，玻爾因此獲得1922年諾貝爾物理學(xué)獎。 應(yīng)用玻爾理論可以解釋氫原子光譜，當(dāng)電子從n=3，4，5，6，7等軌道跳回n=2的軌道時(shí)，按上式計(jì)算出來的波長分別等于656.3nm，486.1nm，434.0nm，410.2nm，397.0nm，即為氫光譜中可見光區(qū)的H,H，H,H,H的波長。 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介17貢獻(xiàn)： 成功地解釋了氫原子光譜的形成

8、和規(guī)律性，還可解釋類氫離子（He+ , Li2+ ,Be3+ 等）的光譜。問題：不能說明多電子原子光譜，也不能說明氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)，對于原子為什么能夠穩(wěn)定存在也未能作出滿意的解釋。 原因：電子是微觀粒子，它的運(yùn)動不遵守經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律而有其特有的性質(zhì)和規(guī)律。因此玻爾理論必定要被隨后發(fā)展完善起來的量子力學(xué)理論所代替。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介184-2 4-2 原子的量子力學(xué)模型原子的量子力學(xué)模型 一、微觀粒子的波粒二象性一、微觀粒子的波粒二象性 二、核外電子運(yùn)動狀態(tài)的近代描述二、核外電子運(yùn)動狀態(tài)的近代描述四、原子軌道和電子云的圖像四、原子軌道和電子云的圖像三、四個量子數(shù)三、四個量

9、子數(shù)第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介19一、微觀粒子的波粒二象性一、微觀粒子的波粒二象性 1905年愛因斯坦提出光子學(xué)說光有波粒二象性，結(jié)束了近200年對光波動性和粒子性的爭論。1. 德布羅意波 1924年，年輕的法國物理學(xué)家德布羅意大膽提出：“一切實(shí)物粒子都具有波粒二象性。”這種波稱為德布羅意波或物質(zhì)波。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介20物質(zhì)波波長：m實(shí)物粒子的質(zhì)量v實(shí)物粒子的速度 p實(shí)物粒子的動量（粒子性） 電子、原子、分子、中子等微觀粒子具有物質(zhì)波，都具有波粒二象性； 質(zhì)量m較大的宏觀物體，波動性不顯著,可視其無波動性。phmvh第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介21實(shí)

10、驗(yàn)依據(jù)1927年，美國的戴維森、杰爾麥的電子衍射實(shí)驗(yàn)證明了德布羅意的假設(shè)電子束衍射圖和光衍射圖是極相似的同心圓環(huán)證明電子確實(shí)有波動性。電子衍射原理示意圖電子衍射原理示意圖第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介22玻恩對物質(zhì)波的統(tǒng)計(jì)解釋： 物質(zhì)波在空間任一點(diǎn)的強(qiáng)度與粒子在該點(diǎn)出現(xiàn)的概率密度成正比，故物質(zhì)波又稱概率波（衍射強(qiáng)度大處，電子出現(xiàn)概率大，圖中出現(xiàn)亮環(huán)紋）。 1926年，德國的玻恩根據(jù)畢恒曼等用極弱電子流的衍射實(shí)驗(yàn)提出了對物質(zhì)波的統(tǒng)計(jì)解釋：第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介232. 海森堡不確定（測不準(zhǔn)）原理 1927年, 德國物理學(xué)家海森堡指出:要想同時(shí)準(zhǔn)確測定運(yùn)動微粒的位置和動量（

11、或速度）是不可能的。 即：運(yùn)動微粒的位置測得越準(zhǔn)確，其速度測得就越不準(zhǔn)確, 反之亦然。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介24總之，電子是微觀粒子，有其特征：能量的量子化、能量的量子化、波粒二象性、波粒二象性、 不可能同時(shí)準(zhǔn)確測定運(yùn)動電子的速度和位置。不可能同時(shí)準(zhǔn)確測定運(yùn)動電子的速度和位置。 因此，不能用經(jīng)典力學(xué)或舊量子論解釋原子結(jié)構(gòu)規(guī)律，而要用近代量子力學(xué)理論薛定諤方程描述。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介25二、核外電子運(yùn)動狀態(tài)的近代描述二、核外電子運(yùn)動狀態(tài)的近代描述1薛定諤方程 宏觀物體的運(yùn)動可用牛頓力學(xué)來描述，微觀粒子運(yùn)動如何描述？ 1926年， 奧地利物理學(xué)家薛定諤從微觀粒子

12、具有波粒二象性出發(fā)，通過光學(xué)和力學(xué)方程之間的類比，提出了著名的薛定諤方程。描述微觀粒子的運(yùn)動狀態(tài)。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介26薛定諤方程：0)(822222222VEhmzyx 薛定諤薛定諤 它是描述微觀粒子運(yùn)動的基本方程, 是二階偏微分方程：第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介27222222228()0mE VxyzhE：總能量；V：勢能，表示原子核對電子的吸引能；m：電子的質(zhì)量； h：普朗克常量；：波函數(shù)，x、y、z是空間坐標(biāo)。 解薛定諤方程不是易事，也不是本課程的任務(wù)，我們用到的只是薛丁諤方程的解一系列波函數(shù)。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介282波函數(shù)與原子軌道

13、波函數(shù) ：描述微觀粒子運(yùn)動的數(shù)學(xué)函數(shù)式。每個代表電子在原子中的一種運(yùn)動狀態(tài)。原子軌道：因?yàn)椴ê瘮?shù)是x、y、z的函數(shù)，故可粗略地將看成在三維空間里找到該電子的一個區(qū)域；為了通俗化，量子力學(xué)借用經(jīng)典力學(xué)的“原子軌道”一詞，把原子體系中的每個，就叫做一條原子軌道(或原子軌函)。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介29 這里原子軌道的涵義不同于經(jīng)典力學(xué)中的運(yùn)動軌道，也不同于玻爾的原子軌道，它指的是電子的一種空間運(yùn)動狀態(tài)，指用統(tǒng)計(jì)的方法，可在所代表的區(qū)域內(nèi)找到核外運(yùn)動的該電子，而該電子在此區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動是隨機(jī)的、不確定地出現(xiàn)的。 波函數(shù)本身沒有具體物理意義，它的物理意義通過|2來理解。注意：第四章第四章

14、 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介30 波函數(shù)是空間坐標(biāo)(x,y,z)的函數(shù)， 為了數(shù)學(xué)處理方便，可將直角坐標(biāo)變換成球坐標(biāo)(r, , )。 在求解的過程中需要引入三個量子數(shù)n,l,m；為使解合理， n, l, m 取值有一定范圍，符合一定條件，當(dāng)n,l,m 的數(shù)值一定，就有一個n, l, m(x,y,z) n, l, m(r,)= Rn, l(r) Yl,m(,) 包括三個常量(n,l,m)和三個變量(r,)第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介31波函數(shù)的具體表達(dá)式 ，電子在空間的運(yùn)動狀態(tài)也就確定了，量子力學(xué)中，把三個量子數(shù)都有確定值的波函數(shù)稱為一條原子軌道，即：用三個量子數(shù)n,l,m來描述一條原子

15、軌道。 另外，原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)表明，電子還有另一種運(yùn)動形式，稱為“自旋運(yùn)動”，用自旋量子數(shù)mS表示, mS 不是薛定諤方程的解： n,l,m, mS稱為四個量子數(shù)，用于描述核外電子的運(yùn)動狀態(tài)。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介32三、三、 四個量子數(shù)四個量子數(shù)1. 主量子數(shù)主量子數(shù)n 描述原子中電子在核外出現(xiàn)概率最大區(qū)域離核的平均距離；是決定電子能量高低的主要因素。 n 值越大, 表示電子離核的平均距離越遠(yuǎn), 能量越高。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介33(1) 取值：1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 , （正整數(shù)）K,L,M,N,O,P,Q , (光譜學(xué)符號,與周期表對應(yīng))

16、注意： n 除表示能量高低外, 還表示第幾層。(2) n 值相同的電子，大致在同一空間范圍內(nèi)運(yùn)動，能量相近，故把n值相同的各狀態(tài)稱為一個電子層(如： n=3, 稱第三電子層, 或M層)第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介34(3) 對于單電子體系, n 值是決定電子能量的唯一因素： 對于多電子體系，電子能量由n、l共同決定。 即 n 確定后，同一電子層各亞層的能量均相同，稱為“簡并軌道”（等價(jià)軌道）；如：He+離子中3s, 3p, 3d, 4s軌道能量關(guān)系為E3S=E 3p= E3dE 4s 。21822.179 10JnZEn 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介352. 角量子數(shù) l

17、l 決定電子空間運(yùn)動的角動量以及原子軌道的形狀，標(biāo)志電子亞層；在多電子原子中與主量子數(shù)n共同決定電子能量高低。 （1）取值： l = 0，1，2，3， ，n - 1 光譜學(xué)符號 s，p，d，f ，與亞層對應(yīng)。 l 值受n值的限制，對于給定的n值，l只能取小于n的整數(shù)值。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介36（2） l 標(biāo)志電子的亞層。在n 值一定的電子層中，可有 n 個具有不同形態(tài)的分層，稱為電子亞層。 如 n= 3， l 可取 0 1 2 對應(yīng) 3s 3p 3d 亞層 表示第三電子層分別有3s，3p，3d亞層，相應(yīng)的電子分別稱為3s，3p，3d電子，它們的原子軌道和電子云的形狀分別為球形

18、對稱、啞鈴形和四瓣梅花形。 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介37（3）多電子原子體系中，電子能量由n、l共同決定（E=n+0.7 l ), 在n 值相同的同一電子層中, l 值越大，電子能量越高。如： E 3S E 3p E3d從能量的角度看，亞層也常稱為能級。（4）同一電子層、同一亞層的原子軌道（ n、l 相同），具有相同的能量，屬于同一能級，稱為等價(jià)軌道或“簡并軌道” 。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介38如n = 2、l =1的軌道有三條，屬于2p能級，能量均相同，稱為“簡并軌道”，相應(yīng)的電子稱為2p電子。Li 的 2p、3s、3p、3d 亞層能量順序？E 2p E 3SE

19、3p E3d Li2+ 的 2p、3S、3p、3d 、4S 亞層能量順序？E 2P E 3S=E 3p =E3d E4S第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介393. 磁量子數(shù)m 磁量子數(shù) m 描述同一亞層的幾條原子軌道在空間的伸展方向，決定著各亞層中的簡并軌道數(shù)。（1） 取值 0, 1, 2, 3, , l（共2 l +1條）（2）磁量子數(shù)m與能量無關(guān)。 即：m取值受角量子數(shù) l 取值限制，各亞層有2l +1個空間伸展方向，有 2 l +1個簡并軌道。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介40如n=3 的電子層l 可取 0， 1， 2 三個值分別對應(yīng) 3s， 3p， 3d 亞層則分別有m取值

20、為00,1,-10,1,-1,2,-25 條簡并軌道。1，3，第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介41 如3p軌道共三條：3px、3py、3pz， 能量均相同，有3個空間的伸展方向即同一亞層的3p軌道具有三種空間伸展方向不同、但能量相同的簡并軌道。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介42 對應(yīng)一組合理的n ,l, m取值，就會有一個確定的波函數(shù)n, l, mn=1 ,l=0, m=0即 1, 0, 0 1s1s 軌道n=2 ,l=0, m=0即 2, 0, 0 2s2s 軌道 l=1, m=0 m=1即 2, 1, 0 2pz即 2, 1, 1 2px2pz軌道2px軌道2py軌道m(xù)=-1

21、即 2, 1, -1 2pyn=3,4,5, 可依次類推。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介434. 自旋量子數(shù)ms 用分辨率很高的光譜儀研究原子光譜時(shí)，發(fā)現(xiàn)在無外磁場作用時(shí)，每條譜線實(shí)際上由兩條十分接近的譜線組成，說明電子還有另一種運(yùn)動形式。為了解釋這一現(xiàn)象，提出了電子自旋的假設(shè)，用自旋量子數(shù)mS表示。取值： +1/2， -1/2 “電子自旋”并不是電子真像地球自轉(zhuǎn)一樣，它只是表示電子的兩種不同的運(yùn)動狀態(tài)。在軌道表示式中分別用“”和“” 表示。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介44總結(jié)1.描述一個波函數(shù)（原子軌道）可用三個量子數(shù)n, l, m。 n：決定電子離核遠(yuǎn)近和電子能量高低 l

22、 ：決定原子軌道的形狀,也影響電子能量m：決定原子軌道在空間的伸展方向 n，l，m 是互相關(guān)聯(lián)的，n值確定了，l，m也就限定了。 如3,0,0,是3s軌道， 3,1,1是3p軌道中的一條。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介452. 描述一個電子的運(yùn)動狀態(tài)，需要四個量子數(shù)n，l ，m， ms。 如(3，1，0，+1/2)，表示在3p軌道上運(yùn)動的一個電子；該電子在核外空間第三電子層的沿z軸方向分布的啞鈴形p軌道上，以某一自旋方向運(yùn)動著。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介46量子數(shù)與原子軌道的關(guān)系主量子主量子數(shù)數(shù)n角量子角量子數(shù)數(shù)l亞層或亞層或軌道軌道磁量子數(shù)磁量子數(shù)m波函數(shù)波函數(shù)軌軌道道數(shù)

23、數(shù)自旋量自旋量子數(shù)子數(shù)ms電子電子101s0 1,0,01 1/222012s2p01,0, 1 2,0,0 2,1,1 , 2,1, 0, , 2,1, -113 1/2830123s3p3d0, 0, 1 0, 1 , 2 3,0,0 3,1,0, , 3,1,1 , 3,1,-1 3,2,0 , 3,2,1, 3,2,-1, 3,2,2, 3,2,-2135 1/218401234s4p4d4f0, 0, 1 0, 1 , 20 1, 2, 3 4,0,0 4,1,0 , 4,1,1 , 4,1,-1 4,2,0, 4,2,1, 4,2,-1, 4,2,2, 4,2,-2 4,3,0,

24、4,3,1, 4,3,-1, 4,3,2 , 4,3,-2 4,3,3, 4,3,-31357 1/232nn各亞層各亞層2 l +1各亞層各亞層2 l +1n222n2第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介47 1. 量子數(shù) (3,0,-2,+1/2)是否正確?如有錯誤請改正,并指出代表什么?(3,0,0,+1/2), 代表3,0,0或3s軌道電子 2. 已知多電子原子中的電子具有如下量子數(shù)，其中能量最高的電子應(yīng)是（ ）A (2, 1, 1, -1/2 ) B (2, 1, 0, -1/2)C (3, 1, 1, -1/2) D ( 3, 2, -2, -1/2)(3,2,-2,+1/2),

25、 代表3,2,-2或3d軌道電子 D答:有錯誤!改正:第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介481概率密度2和電子云 （1）概率密度 2 ：代表電子在原子核外某處空間出現(xiàn)的概率密度。常把2簡寫成 2。概率和概率密度的關(guān)系：d(概率)=概率密度單位體積 2d 四、原子軌道和電子云的圖像四、原子軌道和電子云的圖像第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介49（2）電子云 為了形象地表示核外電子運(yùn)動的概率分布情況,可用小黑點(diǎn)分布的疏密表示電子出現(xiàn)概率密度的相對大小。小黑點(diǎn)較密的地方,表示該點(diǎn)2數(shù)值大,電子在該點(diǎn)概率密度較大,單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的機(jī)會多。 用這種方法來描述電子在核外出現(xiàn)的概率密度大小所得到

26、的圖像稱為電子云。電子的概率密度又稱電子云密度。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介501s電子云2s電子云2p電子云 小黑點(diǎn)稠密的區(qū)域表示電子出現(xiàn)在該區(qū)域的概率密度大。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介51r+drr 球形薄殼示意圖d(概率)=概率密度體積 2d 以s態(tài)的電子為例，殼層概率指離核半徑為r，厚度為dr的球形薄殼體積乘上概率密度2 。 電子的波函數(shù)不同, 其2 的數(shù)值也不同, 則電子云圖像也不同, 可用2 值說明電子運(yùn)動的規(guī)律性。例如1s電子在核附近單位體積出現(xiàn)的概率最大。 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介52 量子力學(xué)認(rèn)為電子是在半徑為52.9pm的球形薄殼內(nèi)出現(xiàn)的

27、概率最大。 玻爾理論認(rèn)為電子是在半徑為52.9pm的平面圓形軌道上旋轉(zhuǎn)。 這個數(shù)值與玻爾理論中描述的氫原子基態(tài)原子半徑正好相等，但它們有本質(zhì)區(qū)別： 對于基態(tài)氫原子: 在離核半徑為52.9pm的球形薄殼中電子出現(xiàn)概率最大。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介532原子軌道和電子云的角度分布圖 三個量子數(shù)n，l，m為一定值, 就可解出一個波函數(shù), 即得到一條原子軌道, 因此, 可粗略將看成在三維空間里找到該電子的一個區(qū)域; 但此區(qū)域多大？是何形狀？由氫原子的解（見教材中表4-2 ）很難看出來，但了解的解代表的區(qū)域和形狀又十分重要！所以，人們想到圖解的方法。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介5

28、4波函數(shù)是空間坐標(biāo)(x,y,z)的函數(shù), 為了數(shù)學(xué)處理方便，可將直角坐標(biāo)變換成球坐標(biāo)(r, , )。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介55 這時(shí) 包括了三個常量(n,l,m)和三個變量(r, , )。n, l, m(x,y,z)n, l, m(r, , ) 再用變量分離法，將波函數(shù)分解成徑向波函數(shù)角度波函數(shù) : n ,l, m(r,) = R n, l(r) Y l, m(,)第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介56徑向波函數(shù) 角度波函數(shù)表示電子活動區(qū)域隨r的變化而變化表示波函數(shù)隨,兩個變量的變化規(guī)律只含有n,l;與m無關(guān)只含有l(wèi),m;與n無關(guān)n ,l, m(r,) = R n, l(r

29、) Y l, m(,)第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介57(1) 原子軌道 的角度分布圖 例如氫原子的2pZ的角度波函數(shù)為cos43),(,mlY 以Y l, m(,)值對、 作圖時(shí)，以原子核為原點(diǎn)，引出方向?yàn)椋?的直線，使其長度等于Y的絕對值大小，這些直線的端點(diǎn)在空間構(gòu)成一個立體曲面，這就是原子軌道的角度分布圖。 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介58,3( ,)cos4l mY 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介59立體曲面立體曲面第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介60(2) 電子云2 的角度分布圖 將 Y2l，m(,)隨,角度變化作圖,得到電子云角度分布圖第四章第四章

30、物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介61原子軌道與電子云角度分布圖比較第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介62說明： 原子軌道 的角度分布圖(1) Yl,m (,)隨角度變化, 只與l, m有關(guān),與n無關(guān)。(2) l 不同的原子軌道形狀不同。s、p、d原子軌道形狀不同：s軌道（l=0,m=0）原子軌道的形狀“球形對稱” p軌道（l =1,m=0,+1,-1）原子軌道的形狀“啞鈴形”，有三個空間伸展方向（px、py、pz，是三條簡并軌道）第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介63(3) l 值相同, m值不同,角度分布圖相似,伸展方向不同。d軌道（ l =2，m=0，+1，-1，+2，-2）原子軌道的形狀

31、基本為“四瓣梅花形”，有五個空間伸展方向（dxy、dyz、d zx 、d x2-y2、d z2 ，是五條簡并軌道）第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介64電子云2與原子軌道角度分布圖的異同： (1)形狀相似,都能表示電子運(yùn)動狀況角度分布的情況,從而了解原子軌道的形狀及空間伸展方向。 (2) 原子軌道角度分布圖有正、負(fù)之分（不代表電荷的正、負(fù)，與成鍵有關(guān)）； 而電子云角度分布圖全部為正且“瘦” ,因?yàn)閅( , ) 1,所以Y 2小于Y（、 ）。 總之，原子軌道和電子云的空間圖像是根據(jù)量子力學(xué)計(jì)算得到的數(shù)據(jù)繪制出來的。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介653電子云的徑向分布圖 電子云徑向分布

32、圖是反映電子云隨半徑r變化的圖形，是指電子在原子核外距離為r、厚度為dr 的球形薄殼中出現(xiàn)的概率隨半徑r變化時(shí)的分布圖。它對了解原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、了解原子間的成鍵過程具有重要的意義。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介66r +drr 定義 D(r)= 4r 2R (r)2 為徑向分布函數(shù),其物理意義是：距原子核距離為r的單位厚度球形薄殼內(nèi)電子出現(xiàn)的概率。 以s態(tài)電子為例:在離核距離為r，厚度為dr的球形薄殼體積為d = 4r2dr，可以得到整個球形薄殼層內(nèi)電子出現(xiàn)的概率： d = 2d =4r2drR(r)2 = 4r2 R(r)2 dr 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介67 以D(

33、r) 為縱坐標(biāo), r為橫坐標(biāo),可得到徑向分布圖。 它是反映電子云隨原子半徑變化的圖形，對了解原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、解釋“鉆穿效應(yīng)”等有重要意義。 徑向分布函數(shù)D(r)= 4r2 R2 (r)與概率密度2的含義不同：概率密度2指在核外空間某點(diǎn)單位體積內(nèi)發(fā)現(xiàn)電子的概率,而D(r)是距原子核距離為 r 的單位厚度球形薄殼內(nèi)發(fā)現(xiàn)電子的概率。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介681s2s2p離核半徑離核半徑r離核半徑離核半徑r52.9pmD(r)= 4r2 R2 (r)D(r)第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介69D(r) 為縱坐標(biāo), r為橫坐標(biāo),得到徑向分布圖：第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡

34、介70由徑向分布圖可得結(jié)論：(1)不同運(yùn)動狀態(tài)的電子，在離核不同距離處出現(xiàn)最大峰；峰越高，表明峰值所對應(yīng)的距離處電子出現(xiàn)的概率越大。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介71(2)不同狀態(tài)的電子的電子云徑向分布圖上有n-l個峰 ，如 4p：4-1= 3個峰 2p：2-1=1個峰第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介72(3)l 相同、n不同時(shí), n越大、峰越多、主峰離核越遠(yuǎn)、能量越高，說明原子軌道基本是分層排布的：E1S E2S E3S 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介73(4) n相同、l 不同時(shí)， l 越小，峰越多，主峰雖離核越遠(yuǎn)，但小峰離核越近，即“鉆穿效應(yīng)”強(qiáng)。如4s第一小峰鉆到

35、比3d離核更近處。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介744-3 4-3 原子核外電子結(jié)構(gòu)原子核外電子結(jié)構(gòu)一、多電子原子的能級一、多電子原子的能級二、核外電子排布規(guī)則二、核外電子排布規(guī)則 三、原子的電子結(jié)構(gòu)與元素周期律三、原子的電子結(jié)構(gòu)與元素周期律 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介75 量子力學(xué)可以解出氫原子及類氫離子的概率密度和軌道能量；按中心力場模型做近似處理后，薛定諤方程亦可近似求解出多電子原子的原子軌道,其波函數(shù) 或原子軌道角度分布與氫原子相似，但軌道能級則復(fù)雜得多。 n,l,m,ms決定電子的運(yùn)動狀態(tài)； n,l 決定原子軌道的能量高低。 4-3 原子核外電子結(jié)構(gòu)原子核外電子結(jié)

36、構(gòu)第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介76一、多電子原子的能級一、多電子原子的能級 單電子原子核外只有一個電子，當(dāng)主量子數(shù)相同時(shí)，原子軌道能量相等。在多電子原子中，由于原子軌道間的相互排斥，使主量子數(shù)相同的各軌道的能級不再相等。因此多電子原子中的軌道能量由n，l決定。 光譜實(shí)驗(yàn)表明：基態(tài)原子核外電子的排布有嚴(yán)格規(guī)律。為此，需要知道原子軌道的能級順序，再討論電子排布的基本原理。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介771. 鮑林近似能級圖 鮑林根據(jù)光譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及理論計(jì)算提出了多電子原子中軌道近似能級圖。 美國化學(xué)家鮑林1954年獲諾貝爾化學(xué)獎1963年獲諾貝爾和平獎第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物

37、質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介78第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介79徐光憲電子能級分組法： 我國化學(xué)家徐光憲我國化學(xué)家徐光憲提出更簡單的方法，用（n+0.7l）表示軌道能量高低，（n+0.7l）值越大，軌道能量越高， （n+0.7l）值的整數(shù)部分相同的為一個能級組。 總結(jié)兩方法，原子軌道的能級順序可簡為 鮑林近似能級圖中圓圈表示原子軌道，方框?yàn)橐荒芗壗M，能量相近，由下至上按軌道能量依次增高排列，簡明易記。 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介80能級組1 2 3 4 5 6 7軌道數(shù)1 4 4 9 9 16 16電子數(shù) 2 8 8 18 18 32 32元素?cái)?shù) 2 8 8 18 18 32 26 *周期

38、 特短 短 短 長 長 特長 不完全 1.0 2.0 2.7 3.0 3.7 4.0 4.4 4.7 5.0 5.4 5.7 6.0 6.1 6.4 6.7 7.0 7.1 7.4 7.7 1s 2s2p 3s 3p 4s3d4p 5s4d5p 6s4f5d6p 7s5f6d7p 按鮑林近似能級圖排布電子的結(jié)果與光譜學(xué)實(shí)驗(yàn)基本一致（有例外） ，故可按其順序排布核外電子。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介81 為何原子軌道出現(xiàn)能級分裂和能級交錯？可用“屛蔽效應(yīng)”和“鉆穿效應(yīng)”解答。 從第四周期開始出現(xiàn)能級交錯： 4s3d4p, 5s4d5p, 6s4f5d6p, 7s5f6d7p 鮑林近似能

39、級圖反映了多電子原子的原子軌道能量的近似高低：n相同， l 越大，能量越高 E3SE3PE3d； E4sE4pE4dE4f （能級分裂）l 相同，n越大，能量越高 E1s E2sE3s 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介822. 屛蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)（1）屛蔽效應(yīng)： 在多電子原子中，核外電子不僅受到原子核的吸引，還受到其他電子的排斥，使原子核對電子的吸引減弱，則實(shí)際作用在指定電子上的有效核電荷為Z*，這種因受其他電子排斥而使指定電子感受到的核電荷（稱為有效核電荷）減小的作用，稱為屏蔽效應(yīng)。 Z*= Z - 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介83 Z*= Z - 利用中心力場模型的建立，得

40、到多電子原子能級計(jì)算公式為 Z*是有效核電荷; 為屛蔽常數(shù),是所有電子對指定電子的排斥力的總和,相當(dāng)于被抵消了的那部分核電荷。 21822*)(10179. 2nZnZBEn第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介84 在原子中， 值越大，屏蔽效應(yīng)越大,就會使電子受到的有效核電荷越少，電子的能量越高。 的數(shù)值與n，l有關(guān)。粗略的說： （*用斯來脫規(guī)則可計(jì)算） 外層電子對內(nèi)層電子的屏蔽作用可略； 同層電子間的屏蔽作用較小;(l 相同時(shí)=0.35) 內(nèi)層電子對外層電子的屏蔽作用較大。（ =0.851.00）第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介85 從電子云的徑向分布圖可知電子基本是分層排布的，如E

41、1sE2sE3sE4s，這可用屏蔽效應(yīng)解釋，因?yàn)橥辉又?，?dāng)l 相同時(shí), n越大, 電子離核越遠(yuǎn)、被內(nèi)層電子屏蔽程度越大，因此能量越高。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介86 從量子力學(xué)觀點(diǎn)看，電子可以出現(xiàn)在原子內(nèi)任何地方，因此，外層電子也有可能出現(xiàn)在離核很近處，這種電子滲入原子內(nèi)部而更靠近核的本領(lǐng)稱為鉆穿。 （2）鉆穿效應(yīng) 外層電子鉆穿到核附近、回避其他電子的屏蔽作用、使屏蔽效應(yīng)減弱而引起能量降低的現(xiàn)象，稱為鉆穿效應(yīng)。 鉆穿效應(yīng)和屏蔽效應(yīng)是相互聯(lián)系的，可以解釋能級分裂和能級交錯現(xiàn)象。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介87 n相同時(shí)，l 越小峰越多，主峰雖離核越遠(yuǎn)，但小峰離核越近，“

42、鉆穿效應(yīng)”越強(qiáng),受內(nèi)層電子屏蔽作用越小,能量降低越多。 如4s第一小峰鉆到比3d離核更近處,能量降低，則能級交錯： E4s E3d能級交錯：由徑向分布圖知l=2l=0第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介88 n相同時(shí)， l 越小峰越多， 鉆穿效應(yīng)為nsnpndnf ，l越大，電子離核越遠(yuǎn)、被內(nèi)層電子屏蔽程度越大，能量越高。能級分裂：EnsEnpEndEnf ，同一主層的不同亞層能級分裂。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介89 l 相同，n 越大電子離核越遠(yuǎn)，內(nèi)層電子屏蔽效應(yīng)越大，能量越高：E1SE2S E3S E4S 總之，在一個原子中，電子的 “屏蔽效應(yīng)”和“鉆穿效應(yīng)”共同決定各軌道能

43、量： n 相同, l 不同時(shí), l 越小,鉆穿效應(yīng)越強(qiáng)，在核附近出現(xiàn)的機(jī)會越多,受其它電子屏蔽越少，能量越低：EnSEnPEndEnf（能級分裂） n、 l 均不相同時(shí)，可能發(fā)生能級交錯。如4s第一小峰鉆到比3d離核更近處,能量降低，則能級交錯：E4s E3d第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介90隨原子序數(shù)增加，核對電子的引力增加，軌道能量均有所下降，如氫的E3s高于氯的E3s 。隨原子序數(shù)增加，由于各軌道能量下降的程度不同，所以發(fā)生能級交錯，并非所有原子都發(fā)生能級交錯。如原子序大于21時(shí)，E3d E4s 。 *必須指出，鮑林近似能級圖只是基本上反映了多電子原子核外電子的能級順序，是假定所

44、有元素原子的能級順序是一樣的，但事實(shí)上，原子軌道的能級順序不是一成不變的。如*科頓圖(光譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果)表明：第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介91二、核外電子排布規(guī)則二、核外電子排布規(guī)則1. 能量最低原理 多電子原子在基態(tài)時(shí)，核外電子總是盡先占據(jù)能量最低的軌道，再依次由低向高填充，以使原子體系的能量最低,這就是能量最低原理。 2. 泡利不相容原理 在同一原子里，不可能有四個量子數(shù)完全相同的電子存在；或者說，在一條原子軌道上最多只能容納自旋相反的兩個電子。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介92如：7N：1s22s22p3有三條2p簡并軌道，則 3. 洪特規(guī)則（1）在填充同一能級的簡并軌道（

45、等價(jià)軌道）時(shí)，電子總是盡可能以自旋平行的方向分占不同的簡并軌道，第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介93（2）簡并軌道處于全充滿（s2,p6, d10, f14)、半充滿（s1,p3, d5, f 7)、全空時(shí)，原子較為穩(wěn)定。 按照上述三原則，根據(jù)鮑林近似能級圖填充電子，111種元素的電子結(jié)構(gòu)基本上與光譜實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果一致（見教材中表4-4），只有20多種例外（如：41Nb，74W等，以光譜實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果為 準(zhǔn)）；要求掌握鮑近似林能級圖和上述三原則，會排布有規(guī)律的基態(tài)原子電子構(gòu)型。如： 3d54s1 穩(wěn)定； 3d44s2 不穩(wěn)定第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介94三、原子的電子結(jié)構(gòu)與元素周

46、期律三、原子的電子結(jié)構(gòu)與元素周期律 1基態(tài)原子的電子結(jié)構(gòu) 基態(tài)原子當(dāng)原子中的電子按照上述三原則并根據(jù)鮑林近似能級圖排布時(shí),該原子處于最低能量狀態(tài),量子力學(xué)稱這種狀態(tài)為基態(tài),具有這種結(jié)構(gòu)的原子稱為基態(tài)原子。（1）基態(tài)原子的電子結(jié)構(gòu)第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介95H：基態(tài)1s1； 激發(fā)態(tài)：2s1、2p1、3s1 、 激發(fā)態(tài)原子比基態(tài)能量更高的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，稱為激發(fā)態(tài)，具有激發(fā)態(tài)結(jié)構(gòu)的原子，稱為激發(fā)態(tài)原子。 顯然，任何原子的基態(tài)結(jié)構(gòu)只有一種，而激發(fā)態(tài)結(jié)構(gòu)卻可有多種。如： 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介96（2）基態(tài)原子的電子結(jié)構(gòu)的兩種表示方式電子結(jié)構(gòu)式 (全排法、簡排法）原子軌道圖式

47、電子結(jié)構(gòu)式 全排法所有能級均寫出，體現(xiàn)排布全貌；簡排法“原子實(shí)”用稀有氣體代替，只表示外層電子構(gòu)型。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介97 因原子內(nèi)層結(jié)構(gòu)與上一周期稀有氣體的電子構(gòu)型相同，通常將內(nèi)層已達(dá)到的稀有氣體原子結(jié)構(gòu)寫成“原子實(shí)”，用相應(yīng)稀有氣體元素符號加方括號表示，而只寫出外層電子構(gòu)型，即簡排法。 “原子實(shí)”部分的電子排布不按能級交錯排，只是外層電子遇到能級交錯時(shí)，才按能量高低交錯排布；但書寫電子結(jié)構(gòu)式時(shí)卻應(yīng)按電子層 n 值由小到大順序書寫、不按交錯順序書寫。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介98 電子排布時(shí)按近似能級圖由低向高排布，同時(shí)遵循泡利不相容原理和洪特規(guī)則，每條軌道上

48、最多容納自旋相反的兩個電子， 簡并軌道半滿或全滿時(shí)較穩(wěn)定。如24Cr的電子結(jié)構(gòu)式是： 1s22s22p63s23p63d54s1 根據(jù)洪特規(guī)則，簡并軌道半滿時(shí)較穩(wěn)定。Ar3d54s1 因能級交錯，電子先填入4s軌道，再填入3d軌道，但按主量子數(shù)遞增順序書寫，而不是Ar 4s13d5 。 全排法簡排法Ar3d44s2 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介991H1s12He1s23Li1s22s15B1s22s22p19F1s22s22p510Ne1s22s22p6 例 全排法 簡排法 惰氣結(jié)構(gòu) 能級組2HeHe 2s1He 2s2 2p1He 2s2 2p5He 2s2 2p611Na1s2

49、2s22p63s1Ne 3s110Ne4Be1s1s22s22s2pHe 2s23s3p12Mg 1s22s22p63s2Ne 3s2第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介10013Al 1s22s22p63s23p118Ar 1s22s22p63s23p6 例 全排法 簡排法 惰氣結(jié)構(gòu)Ne 3s2 3p1Ne 3s2 3p619K 1s22s22p63s23p64s1Ar 4s118Ar21Sc 1s22s22p63s23p6 3d14s2Ar 3d1 4s23s3p能級組4s3d4p能級組20Ca1s22s22p63s23p64s2Ar 4s2能級交錯能級交錯24Cr 1s22s22p63

50、s23p64s1 3d5Ar 3d5 4s1半充滿穩(wěn)定半充滿穩(wěn)定第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介10125Mn 1s22s22p61s22s22p63s23p63s23p63d53d104s24s129Cu 例 全排法 簡排法 惰氣結(jié)構(gòu)Ar 3d54s2Ar 3d104s13d104s236Kr 1s22s22p63s23p63d104s24p6Ar 3d104s24p64s3d4p能級組28Ni1s22s22p63s23p64s23d8Ar 3d84s2全充滿穩(wěn)定全充滿穩(wěn)定 36Kr5s4d5p能級組37Rb 1s22s22p63s23p64p65s1Kr 5s147Ag 1s22s2

51、2p63s23p63d104s24p64d105s1Kr4d105s1第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介10254XeXe 4f145d106s26p21s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p2 1s22s22p63s23p63d104s2 4p64d105s25p65s4d5p能級組 例 全排法 簡排法 惰氣結(jié)構(gòu)Kr4d105s25p6 54Xe6s4f5d6p能級組82Pb第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介103注意 填充電子順序電子排布時(shí)按近似能級圖由低到高排布（如先填4s，后填3d） ，同時(shí)遵守泡利不相容原理及洪特規(guī)則：

52、書寫順序?qū)戨娮咏Y(jié)構(gòu)時(shí)，按n 值由小到大順序書寫，同層寫在一起，3s，3p，3d ，24Cr：1s22s22p63s23p63d54s124CrAr 4s13d524CrAr3d54s124CrAr3d44s2 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介104 失去電子順序原子由外向內(nèi)層失電子，形成離子的電子排布，與填充電子的順序并不一定相同。如：（*原因： 如3d能量高于4s，但當(dāng)4s填充電子后，又因核與電子所組成的力場發(fā)生變化，4s能級反會升高，而失電子時(shí)，應(yīng)先失去外層的4s電子，后失去3d電子，所以按電子層 n 值由小到大順序書寫電子結(jié)構(gòu)式很方便）26Fe Ar3d64s2Fe2+ Ar3d6

53、Fe3+ Ar3d5第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介105 26Fe Ar 3d64s2原子軌道圖式 25Mn Ar 3d 54s2 若要表示簡并軌道中電子的運(yùn)動狀態(tài)，可用軌道表示式表示： 電子結(jié)構(gòu)式原子軌道圖式 3d5 4s2Ar3d6 4s2Ar第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介106(3)價(jià)電子構(gòu)型副族元素的價(jià)電子構(gòu)型為(n-1)dns, 價(jià)電子是在化學(xué)反應(yīng)中參與成鍵的電子，元素的性質(zhì)主要決定于價(jià)電子； 價(jià)電子構(gòu)型或價(jià)電子結(jié)構(gòu)是指價(jià)電子所在的電子層。主族元素價(jià)電子構(gòu)型為nsnp鑭系和錒系元素的價(jià)電子構(gòu)型為 (n-2)f (n-1)dns第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介10

54、7例： 價(jià)電子構(gòu)型 價(jià)電子數(shù)離子的價(jià)電子構(gòu)型：因原子先失去最外層電子，再失去次外層電子形成離子，則Fe 3+的價(jià)電子構(gòu)型是3d5而不是3d34s2。 Ce 4f15d16s2 4Mo 4d55s1 6Br 4s24p5 7 Na 3s1 1Fe 3d64s2 8第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介1082原子的電子結(jié)構(gòu)與元素周期律 元素周期率的實(shí)質(zhì)原子的電子結(jié)構(gòu)隨原子序數(shù)增加呈現(xiàn)周期性變化。 元素周期性變化引起原子半徑、有效核電荷等呈現(xiàn)周期性變化。 元素的性質(zhì)呈現(xiàn)周期性變化的規(guī)律稱為元素周期律。反映元素周期律的元素排布稱為元素周期表，也稱元素周期系。 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介1

55、09特短特短短短短短長長長長特長特長不完全不完全價(jià)電子構(gòu)型價(jià)電子構(gòu)型7s125f0146d177p0價(jià)電子構(gòu)型價(jià)電子構(gòu)型1s12價(jià)電子構(gòu)型價(jià)電子構(gòu)型4s123d1104p16價(jià)電子構(gòu)型價(jià)電子構(gòu)型6s124f1145d1106p16價(jià)電子構(gòu)型價(jià)電子構(gòu)型2s122p1626周期第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介110(1)周期與原子的電子結(jié)構(gòu)的關(guān)系通式: ns12 (n-2)f014(n-1)d110np16 元素周期數(shù)=最大n值=電子層數(shù)最高能級組數(shù)。如:Cr Ar3d54s1 ，最大n值為4，第四周期。 規(guī)律：各周期從ns軌道 np軌道最外層不超過8電子:（ ns2np6）次外層不超過18

56、電子: (n-1)s2(n-1)p6 (n-1)d10每一周期的元素?cái)?shù)，等于該周期相對應(yīng)能級組的原子軌道所能容納的電子數(shù)。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介111(2)族與原子的電子結(jié)構(gòu)的關(guān)系第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介112 長式周期表將性質(zhì)相近的元素排成縱行，稱為族。共8個主族(A族，0族)， 8個副族(B族)?？捎昧_馬數(shù)字表示族數(shù)；常將第族稱為第B族，第族有三個縱行。 (3)族與原子的電子結(jié)構(gòu)的關(guān)系 族是根據(jù)原子的價(jià)電子構(gòu)型劃分的，族數(shù)決定于原子內(nèi)最高能級組軌道上的電子數(shù)（鑭系、錒系元素除外），與元素的價(jià)電子構(gòu)型的關(guān)系如下： 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介113 族

57、數(shù)=ns+np電子數(shù)=價(jià)電子數(shù)=最高氧化數(shù)主族元素族數(shù) 最高正價(jià) = 族數(shù)( O、F及0族元素有例外) Na 3s1 4 A +1Br 4s24p5 7 A +7 最低負(fù)價(jià) = 族數(shù)8元素 價(jià)電子構(gòu)型 ns+np數(shù) 族數(shù) 最高正價(jià) 如：最低負(fù)價(jià) -1第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介114副族元素族數(shù)分三種情況 B,B族: 族數(shù) = ns電子數(shù)與A,A族區(qū)別:B, B族價(jià)電子層結(jié)構(gòu)為(n-1)d10 ns,元素先填ns電子,再填(n-1)d達(dá)d10。BB族: 族數(shù) = (n-1)d+ns（鑭系、錒系為B族） 如：29Cu Ar 3d104s1，B族。如：21Sc Ar 3d14s2 ，B族

58、。24Cr Ar 3d54s1 ，B族。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介115如： 27Co Ar 3d74s2 , (n-1)d+ns=9, B 副族元素均為金屬，可以部分或全部參加成鍵，有多種氧化數(shù)（B族的Mn元素可以有0，+2，+3，+4，+6，+7六種氧化數(shù)）,最高正價(jià) = 族數(shù)（B、族有例外）。(B)：(n-1)d+ns電子數(shù)= 8、9、10 26Fe Ar 3d64s2 , (n-1)d+ns=8, B第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介116（4）元素的分區(qū)根據(jù)原子的價(jià)電子構(gòu)型把周期表分成五個區(qū) ns12(n-1)d10ns12ns2np16(n-2)f014(n-1)d

59、02 ns2(n-1)d19ns12第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介117區(qū) 價(jià)電子構(gòu)型 族 族數(shù) 化合價(jià) s ns12 A,A ns電子數(shù) +1、+2（族數(shù)） p ns2np 16 AA ns+np 左下:金屬，最高正價(jià)= 族數(shù) 零族 電子數(shù) 右上: 非金屬，最低負(fù)價(jià)=族數(shù)-8 d (n-1)d19 ns12 BB (n-1)d+ns 常見+2、+3、+4，多變價(jià),如 電子數(shù) Mn:+0,+2,+3,+4,+6,+7 ds （n-1)d10 ns12 B,B ns電子數(shù) 常見+1、+2（有變價(jià)+3,+5） f (n-2)f014(n-1)d02 ns2 B 常見+3(有+2,+3,+4

60、,+5,+6,+7）區(qū)、 價(jià)電子構(gòu)型、族、化合價(jià)的關(guān)系第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介118p區(qū): 右上區(qū)+H: 22種非金屬元素,包括最活 潑的非金屬和最不活潑的非金屬元素（稀有氣體元素）； 左下區(qū):金屬元素。 s區(qū)、p區(qū)：主族。s區(qū)元素為活潑金屬（H除外）；小結(jié)（ *第六周期p區(qū)金屬元素因6s電子鉆穿效應(yīng)強(qiáng),難失去，稱為“惰性電子對”結(jié)構(gòu)。）第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡介119 f區(qū)：副族， 鑭系、錒系元素，內(nèi)過渡金屬元素； f區(qū)都是活潑金屬； 常將釔(Y)及鑭(La)系稱為稀土元素。根據(jù)價(jià)電子構(gòu)型分區(qū)，最后價(jià)電子排入何軌道,即為何區(qū)。ds區(qū)與s區(qū)不同，ds區(qū)先排ns軌道，后