第四章物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

1、第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介1第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介34-8 4-8 晶體知識(shí)簡(jiǎn)介晶體知識(shí)簡(jiǎn)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)狀態(tài)的四個(gè)量子數(shù)的掌握描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的四個(gè)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介51. 了解電子等微觀粒子運(yùn)動(dòng)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(dòng)狀重點(diǎn)掌握描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的四個(gè)量子數(shù)的物理意義及取值

3、規(guī)則。態(tài)的四個(gè)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(jí)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介6 4.了解屏蔽效應(yīng)、鉆穿效應(yīng)、能級(jí)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(lèi)及基本性質(zhì)。 7.利用化學(xué)鍵、分子間力、氫鍵和晶體類(lèi)型說(shuō)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介8一、氫原子光譜一、氫原子光譜 1911年，英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福通過(guò)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(wèn)題。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介9貢獻(xiàn)：盧瑟福原子模型說(shuō)明了原子的組成。問(wèn)題：1. 原子光譜應(yīng)為連續(xù)光譜光譜； 2. 電子運(yùn)動(dòng)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(méi)有湮滅。 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介10 核外電子的分布規(guī)律和運(yùn)動(dòng)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(kāi)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(dòng)狀態(tài)之間的關(guān)系；第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shuō)”和愛(ài)因斯坦“光子學(xué)說(shuō)”,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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介13玻爾理論要點(diǎn)：（1）在原子中，電子不能任意運(yùn)動(dòng), 只能在有確定半徑和能量的特定

6、軌道上運(yùn)動(dòng)，電子在這樣的軌道上運(yùn)動(dòng)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(dòng)具有不同能量, 電子運(yùn)動(dòng)時(shí)所處的能量狀態(tài)稱(chēng)為能級(jí)。電子的能量是量子化的。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jí)能量最低, 稱(chēng)為基態(tài)或最低能級(jí)； 其他稱(chēng)為激發(fā)態(tài)或較高能級(jí)。 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介15（3）只有當(dāng)電子在不同能級(jí)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎng)。 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(lái)的波長(zhǎng)分別等于656.3nm，486.1nm，434.0nm，410.2nm，397.0nm，即為氫光譜中可見(jiàn)光區(qū)的H,H，H,H,H的波長(zhǎng)。 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(lèi)氫離子（He+ , Li2+ ,Be3+ 等）的光譜。問(wèn)題：不能說(shuō)明多電子原子光譜，也不能說(shuō)明氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)，對(duì)于原子為什么能夠穩(wěn)定存在也未能作出滿(mǎn)意的解釋。 原因：電子是微觀粒子，它的運(yùn)動(dòng)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(lái)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)狀態(tài)的近代描述二、核外電子運(yùn)動(dòng)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(gè)量子數(shù)三、四個(gè)量

9、子數(shù)第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(ài)因斯坦提出光子學(xué)說(shuō)光有波粒二象性，結(jié)束了近200年對(duì)光波動(dòng)性和粒子性的爭(zhēng)論。1. 德布羅意波 1924年，年輕的法國(guó)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?！边@種波稱(chēng)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介20物質(zhì)波波長(zhǎng)：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(dòng)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(dòng)性不顯著,可視其無(wú)波動(dòng)性。phmvh第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介21實(shí)

10、驗(yàn)依據(jù)1927年，美國(guó)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(dòng)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介22玻恩對(duì)物質(zhì)波的統(tǒng)計(jì)解釋?zhuān)?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(chēng)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(guó)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(duì)物質(zhì)波的統(tǒng)計(jì)解釋?zhuān)旱谒恼碌谒恼?物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介232. 海森堡不確定（測(cè)不準(zhǔn)）原理 1927年, 德國(guó)物理學(xué)家海森堡指出:要想同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定運(yùn)動(dòng)微粒的位置和動(dòng)量（

11、或速度）是不可能的。 即：運(yùn)動(dòng)微粒的位置測(cè)得越準(zhǔn)確，其速度測(cè)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(cè)定運(yùn)動(dòng)電子的速度和位置。不可能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介25二、核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的近代描述二、核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的近代描述1薛定諤方程 宏觀物體的運(yùn)動(dòng)可用牛頓力學(xué)來(lái)描述，微觀粒子運(yùn)動(dòng)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(guò)光學(xué)和力學(xué)方程之間的類(lèi)比，提出了著名的薛定諤方程。描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介27222222228()0mE VxyzhE：總能量；V：勢(shì)能，表示原子核對(duì)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)的數(shù)學(xué)函數(shù)式。每個(gè)代表電子在原子中的一種運(yùn)動(dòng)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(gè)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(gè)，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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)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(dòng)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(dòng)的該電子，而該電子在此區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是隨機(jī)的、不確定地出現(xiàn)的。 波函數(shù)本身沒(méi)有具體物理意義，它的物理意義通過(guò)|2來(lái)理解。注意：第四章第四章

14、 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guò)程中需要引入三個(gè)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(gè)n, l, m(x,y,z) n, l, m(r,)= Rn, l(r) Yl,m(,) 包括三個(gè)常量(n,l,m)和三個(gè)變量(r,)第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介31波函數(shù)的具體表達(dá)式 ，電子在空間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也就確定了，量子力學(xué)中，把三個(gè)量子數(shù)都有確定值的波函數(shù)稱(chēng)為一條原子軌道，即：用三個(gè)量子數(shù)n,l,m來(lái)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(dòng)形式，稱(chēng)為“自旋運(yùn)動(dòng)”，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(chēng)為四個(gè)量子數(shù)，用于描述核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介32三、三、 四個(gè)量子數(shù)四個(gè)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(hào),與周期表對(duì)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(dòng)，能量相近，故把n值相同的各狀態(tài)稱(chēng)為一個(gè)電子層(如： n=3, 稱(chēng)第三電子層, 或M層)第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介34(3) 對(duì)于單電子體系, n 值是決定電子能量的唯一因素： 對(duì)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(chēng)為“簡(jiǎn)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介352. 角量子數(shù) l

17、l 決定電子空間運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)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(hào) s，p，d，f ，與亞層對(duì)應(yīng)。 l 值受n值的限制，對(duì)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)具有不同形態(tài)的分層，稱(chēng)為電子亞層。 如 n= 3， l 可取 0 1 2 對(duì)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(chēng)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(duì)稱(chēng)、啞鈴形和四瓣梅花形。 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chēng)為能級(jí)。（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(jí)，稱(chēng)為等價(jià)軌道或“簡(jiǎn)并軌道” 。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介38如n = 2、l =1的軌道有三條，屬于2p能級(jí)，能量均相同，稱(chēng)為“簡(jiǎn)并軌道”，相應(yīng)的電子稱(chēng)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)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(wú)關(guān)。 即：m取值受角量子數(shù) l 取值限制，各亞層有2l +1個(gè)空間伸展方向，有 2 l +1個(gè)簡(jiǎn)并軌道。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介40如n=3 的電子層l 可取 0， 1， 2 三個(gè)值分別對(duì)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(jiǎn)并軌道。1，3，第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介41 如3p軌道共三條：3px、3py、3pz， 能量均相同，有3個(gè)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(jiǎn)并軌道。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介42 對(duì)應(yīng)一組合理的n ,l, m取值，就會(huì)有一個(gè)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(lèi)推。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(wú)外磁場(chǎng)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(shuō)明電子還有另一種運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介44總結(jié)1.描述一個(gè)波函數(shù)（原子軌道）可用三個(gè)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介452. 描述一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，需要四個(gè)量子數(shù)n，l ，m， ms。 如(3，1，0，+1/2)，表示在3p軌道上運(yùn)動(dòng)的一個(gè)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(dòng)著。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介47 1. 量子數(shù) (3,0,-2,+1/2)是否正確?如有錯(cuò)誤請(qǐng)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(cuò)誤!改正:第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)寫(xiě)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介49（2）電子云 為了形象地表示核外電子運(yùn)動(dòng)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(duì)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(huì)多。 用這種方法來(lái)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(chēng)為電子云。電子的概率密度又稱(chēng)電子云密度。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shuō)明電子運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)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(duì)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介532原子軌道和電子云的角度分布圖 三個(gè)量子數(shù)n，l，m為一定值, 就可解出一個(gè)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(gè)區(qū)域; 但此區(qū)域多大？是何形狀？由氫原子的解（見(jiàn)教材中表4-2 ）很難看出來(lái)，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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介55 這時(shí) 包括了三個(gè)常量(n,l,m)和三個(gè)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介56徑向波函數(shù) 角度波函數(shù)表示電子活動(dòng)區(qū)域隨r的變化而變化表示波函數(shù)隨,兩個(gè)變量的變化規(guī)律只含有n,l;與m無(wú)關(guān)只含有l(wèi),m;與n無(wú)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(duì)、 作圖時(shí)，以原子核為原點(diǎn)，引出方向?yàn)椋?的直線，使其長(zhǎng)度等于Y的絕對(duì)值大小，這些直線的端點(diǎn)在空間構(gòu)成一個(gè)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介58,3( ,)cos4l mY 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介59立體曲面立體曲面第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介62說(shuō)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(wú)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(duì)稱(chēng)” p軌道（l =1,m=0,+1,-1）原子軌道的形狀“啞鈴形”，有三個(gè)空間伸展方向（px、py、pz，是三條簡(jiǎn)并軌道）第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)空間伸展方向（dxy、dyz、d zx 、d x2-y2、d z2 ，是五條簡(jiǎn)并軌道）第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)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(lái)的。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(duì)了解原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、了解原子間的成鍵過(guò)程具有重要的意義。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(duì)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

34、介70由徑向分布圖可得結(jié)論：(1)不同運(yùn)動(dòng)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(duì)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)峰 ，如 4p：4-1= 3個(gè)峰 2p：2-1=1個(gè)峰第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shuō)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jí)一、多電子原子的能級(jí)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介75 量子力學(xué)可以解出氫原子及類(lèi)氫離子的概率密度和軌道能量；按中心力場(chǎng)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(jí)則復(fù)雜得多。 n,l,m,ms決定電子的運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介76一、多電子原子的能級(jí)一、多電子原子的能級(jí) 單電子原子核外只有一個(gè)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(jí)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(jí)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介771. 鮑林近似能級(jí)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(jí)圖。 美國(guó)化學(xué)家鮑林1954年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1963年獲諾貝爾和平獎(jiǎng)第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物

37、質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介78第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介79徐光憲電子能級(jí)分組法： 我國(guó)化學(xué)家徐光憲我國(guó)化學(xué)家徐光憲提出更簡(jiǎn)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(gè)能級(jí)組。 總結(jié)兩方法，原子軌道的能級(jí)順序可簡(jiǎn)為 鮑林近似能級(jí)圖中圓圈表示原子軌道，方框?yàn)橐荒芗?jí)組，能量相近，由下至上按軌道能量依次增高排列，簡(jiǎn)明易記。 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介80能級(jí)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(zhǎng) 長(zhǎng) 特長(zhǎng) 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(jí)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介81 為何原子軌道出現(xiàn)能級(jí)分裂和能級(jí)交錯(cuò)？可用“屛蔽效應(yīng)”和“鉆穿效應(yīng)”解答。 從第四周期開(kāi)始出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)： 4s3d4p, 5s4d5p, 6s4f5d6p, 7s5f6d7p 鮑林近似能

39、級(jí)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(jí)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(duì)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(chēng)為有效核電荷）減小的作用，稱(chēng)為屏蔽效應(yīng)。 Z*= Z - 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介83 Z*= Z - 利用中心力場(chǎng)模型的建立，得

40、到多電子原子能級(jí)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(duì)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介84 在原子中， 值越大，屏蔽效應(yīng)越大,就會(huì)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(shuō)： （*用斯來(lái)脫規(guī)則可計(jì)算） 外層電子對(duì)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(duì)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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?zhuān)驗(yàn)橥辉又校?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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chēng)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(chēng)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(jí)分裂和能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jí)交錯(cuò)： E4s E3d能級(jí)交錯(cuò)：由徑向分布圖知l=2l=0第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jí)分裂：EnsEnpEndEnf ，同一主層的不同亞層能級(jí)分裂。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)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(huì)越多,受其它電子屏蔽越少，能量越低：EnSEnPEndEnf（能級(jí)分裂） n、 l 均不相同時(shí)，可能發(fā)生能級(jí)交錯(cuò)。如4s第一小峰鉆到比3d離核更近處,能量降低，則能級(jí)交錯(cuò)：E4s E3d第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介90隨原子序數(shù)增加，核對(duì)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(jí)交錯(cuò)，并非所有原子都發(fā)生能級(jí)交錯(cuò)。如原子序大于21時(shí)，E3d E4s 。 *必須指出，鮑林近似能級(jí)圖只是基本上反映了多電子原子核外電子的能級(jí)順序，是假定所

44、有元素原子的能級(jí)順序是一樣的，但事實(shí)上，原子軌道的能級(jí)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)量子數(shù)完全相同的電子存在；或者說(shuō)，在一條原子軌道上最多只能容納自旋相反的兩個(gè)電子。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介92如：7N：1s22s22p3有三條2p簡(jiǎn)并軌道，則 3. 洪特規(guī)則（1）在填充同一能級(jí)的簡(jiǎn)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(jiǎn)并軌道，第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介93（2）簡(jiǎn)并軌道處于全充滿(mǎn)（s2,p6, d10, f14)、半充滿(mǎn)（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(jí)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(cè)定結(jié)果一致（見(jiàn)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(cè)定結(jié)果為 準(zhǔn)）；要求掌握鮑近似林能級(jí)圖和上述三原則，會(huì)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jí)圖排布時(shí),該原子處于最低能量狀態(tài),量子力學(xué)稱(chēng)這種狀態(tài)為基態(tài),具有這種結(jié)構(gòu)的原子稱(chēng)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chēng)為激發(fā)態(tài)，具有激發(fā)態(tài)結(jié)構(gòu)的原子，稱(chēng)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)排法）原子軌道圖式

47、電子結(jié)構(gòu)式 全排法所有能級(jí)均寫(xiě)出，體現(xiàn)排布全貌；簡(jiǎn)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(xiě)成“原子實(shí)”，用相應(yīng)稀有氣體元素符號(hào)加方括號(hào)表示，而只寫(xiě)出外層電子構(gòu)型，即簡(jiǎn)排法。 “原子實(shí)”部分的電子排布不按能級(jí)交錯(cuò)排，只是外層電子遇到能級(jí)交錯(cuò)時(shí)，才按能量高低交錯(cuò)排布；但書(shū)寫(xiě)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(shū)寫(xiě)、不按交錯(cuò)順序書(shū)寫(xiě)。第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介98 電子排布時(shí)按近似能級(jí)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(gè)電子， 簡(jiǎn)并軌道半滿(mǎn)或全滿(mǎn)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(jiǎn)并軌道半滿(mǎn)時(shí)較穩(wěn)定。Ar3d54s1 因能級(jí)交錯(cuò)，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(shū)寫(xiě)，而不是Ar 4s13d5 。 全排法簡(jiǎn)排法Ar3d44s2 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介991H1s12He1s23Li1s22s15B1s22s22p19F1s22s22p510Ne1s22s22p6 例 全排法 簡(jiǎn)排法 惰氣結(jié)構(gòu) 能級(jí)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介10013Al 1s22s22p63s23p118Ar 1s22s22p63s23p6 例 全排法 簡(jiǎn)排法 惰氣結(jié)構(gòu)Ne 3s2 3p1Ne 3s2 3p619K 1s22s22p63s23p64s1Ar 4s118Ar21Sc 1s22s22p63s23p6 3d14s2Ar 3d1 4s23s3p能級(jí)組4s3d4p能級(jí)組20Ca1s22s22p63s23p64s2Ar 4s2能級(jí)交錯(cuò)能級(jí)交錯(cuò)24Cr 1s22s22p63

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

51、2p63s23p63d104s24p64d105s1Kr4d105s1第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介10254XeXe 4f145d106s26p21s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s26p2 1s22s22p63s23p63d104s2 4p64d105s25p65s4d5p能級(jí)組 例 全排法 簡(jiǎn)排法 惰氣結(jié)構(gòu)Kr4d105s25p6 54Xe6s4f5d6p能級(jí)組82Pb第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介103注意 填充電子順序電子排布時(shí)按近似能級(jí)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(shū)寫(xiě)順序?qū)戨娮咏Y(jié)構(gòu)時(shí)，按n 值由小到大順序書(shū)寫(xiě)，同層寫(xiě)在一起，3s，3p，3d ，24Cr：1s22s22p63s23p63d54s124CrAr 4s13d524CrAr3d54s124CrAr3d44s2 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chǎng)發(fā)生變化，4s能級(jí)反會(huì)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(shū)寫(xiě)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介105 26Fe Ar 3d64s2原子軌道圖式 25Mn Ar 3d 54s2 若要表示簡(jiǎn)并軌道中電子的運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chēng)為元素周期律。反映元素周期律的元素排布稱(chēng)為元素周期表，也稱(chēng)元素周期系。 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介1

55、09特短特短短短短短長(zhǎng)長(zhǎng)長(zhǎng)長(zhǎng)特長(zhǎng)特長(zhǎng)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jí)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(guò)8電子:（ ns2np6）次外層不超過(guò)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(duì)應(yīng)能級(jí)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介112 長(zhǎng)式周期表將性質(zhì)相近的元素排成縱行，稱(chēng)為族。共8個(gè)主族(A族，0族)， 8個(gè)副族(B族)?？捎昧_馬數(shù)字表示族數(shù)；常將第族稱(chēng)為第B族，第族有三個(gè)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(jí)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiàn)+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(jiàn)+1、+2（有變價(jià)+3,+5） f (n-2)f014(n-1)d02 ns2 B 常見(jiàn)+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(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chēng)為“惰性電子對(duì)”結(jié)構(gòu)。）第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介物質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介119 f區(qū)：副族， 鑭系、錒系元素，內(nèi)過(guò)渡金屬元素； f區(qū)都是活潑金屬； 常將釔(Y)及鑭(La)系稱(chēng)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