原子結(jié)構(gòu)的近代概念

1、第第5章章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)5.1 氫原子結(jié)構(gòu)的近代概念氫原子結(jié)構(gòu)的近代概念5.2 多電子原子結(jié)構(gòu)與元素周期多電子原子結(jié)構(gòu)與元素周期5.3 化學(xué)鍵和分子間相互作用力化學(xué)鍵和分子間相互作用力5.4 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)5.5 離子極化離子極化5.1.1 氫原子光譜和玻爾理論氫原子光譜和玻爾理論 1808年道爾頓模型（原子學(xué)說(shuō)）年道爾頓模型（原子學(xué)說(shuō)） 原子是一個(gè)堅(jiān)硬的小球原子是一個(gè)堅(jiān)硬的小球 。 1879年年 湯姆生模型湯姆生模型 原子是一個(gè)帶正電荷的球，電子鑲嵌原子是一個(gè)帶正電荷的球，電子鑲嵌在里面，原子好似一塊在里面，原子好似一塊“布滿漿果的松糕布滿漿果的松糕” 。 1911年年 盧瑟福

2、模型盧瑟福模型 原子的大部分體積是空的，電子隨意原子的大部分體積是空的，電子隨意的圍繞著一個(gè)帶正電荷的很小的原子核運(yùn)轉(zhuǎn)的圍繞著一個(gè)帶正電荷的很小的原子核運(yùn)轉(zhuǎn)。 1913年波爾模型年波爾模型電子分層排布模型：將盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)和光電子分層排布模型：將盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)和光譜系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)。譜系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)。 1926年量子力學(xué)模型年量子力學(xué)模型(電子云模型）電子云模型） 盧瑟福被公認(rèn)為是二十世紀(jì)最偉大的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，在放盧瑟福被公認(rèn)為是二十世紀(jì)最偉大的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，在放射性和原子結(jié)構(gòu)等方面，都做出了重大的貢獻(xiàn)。射性和原子結(jié)構(gòu)等方面，都做出了重大的貢獻(xiàn)。1911年，盧瑟福根據(jù)年，盧瑟福根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)

3、象提出粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出原子核式結(jié)構(gòu)模型。原子核式結(jié)構(gòu)模型。1919年，盧瑟福做了用年，盧瑟福做了用粒子轟擊氮核的實(shí)驗(yàn)。他從氮核中打出的一粒子轟擊氮核的實(shí)驗(yàn)。他從氮核中打出的一種粒子，并測(cè)定了它的電荷與質(zhì)量，命名為種粒子，并測(cè)定了它的電荷與質(zhì)量，命名為質(zhì)子。他通過(guò)質(zhì)子。他通過(guò)粒子為物質(zhì)所散射的研究，無(wú)粒子為物質(zhì)所散射的研究，無(wú)可辯駁的論證了原子的核模型，因而一舉把可辯駁的論證了原子的核模型，因而一舉把原子結(jié)構(gòu)的研究引上了正確的軌道，于是他原子結(jié)構(gòu)的研究引上了正確的軌道，于是他被譽(yù)為原子物理學(xué)之父。被譽(yù)為原子物理學(xué)之父。由于電子軌道也就是原子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和經(jīng)由于電子軌道也就是原子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和

4、經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)的矛盾，才導(dǎo)致玻爾理論提出，典電動(dòng)力學(xué)的矛盾，才導(dǎo)致玻爾理論提出，成為量子力學(xué)的先驅(qū)。成為量子力學(xué)的先驅(qū)。 玻爾理論玻爾理論 1911年獲哥本哈根大學(xué)博士學(xué)位。年獲哥本哈根大學(xué)博士學(xué)位。1912年年3-7月曾在盧瑟福的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)修，在這期間孕育了月曾在盧瑟福的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)修，在這期間孕育了他的原子理論。玻爾首先把普朗克的量子假說(shuō)他的原子理論。玻爾首先把普朗克的量子假說(shuō)推廣到原子內(nèi)部的能量，來(lái)解決盧瑟福原子模推廣到原子內(nèi)部的能量，來(lái)解決盧瑟福原子模型在穩(wěn)定性方面的困難，假定原子只能通過(guò)分型在穩(wěn)定性方面的困難，假定原子只能通過(guò)分立的能量子來(lái)改變它的能量，即原子只能處在立的能量子來(lái)改變它的能量

5、，即原子只能處在分立的定態(tài)之中，而且最低的定態(tài)就是原子的分立的定態(tài)之中，而且最低的定態(tài)就是原子的正常態(tài)。正常態(tài)。 1913年由玻爾提出玻爾理論。是在盧瑟福原子年由玻爾提出玻爾理論。是在盧瑟福原子模型基礎(chǔ)上加上普朗克的量子概念后建立的。模型基礎(chǔ)上加上普朗克的量子概念后建立的。（1）原子中的電子在原子核周圍）原子中的電子在原子核周圍有確定半徑和能量有確定半徑和能量的的圓形軌道中運(yùn)動(dòng)。電子在這些軌道上運(yùn)動(dòng)不吸收能量圓形軌道中運(yùn)動(dòng)。電子在這些軌道上運(yùn)動(dòng)不吸收能量或放出能量。或放出能量。在軌道上運(yùn)動(dòng)的電子處于在軌道上運(yùn)動(dòng)的電子處于“穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)”定態(tài)。電子定態(tài)。電子處于處于定態(tài)的原子不輻射能量定態(tài)的

6、原子不輻射能量。原子內(nèi)電子可以處于不。原子內(nèi)電子可以處于不同的定態(tài)，同的定態(tài)，能量最低能量最低的定態(tài)稱為基態(tài)，的定態(tài)稱為基態(tài)，能量較高能量較高的定的定態(tài)稱為態(tài)稱為激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)。 1913年波爾原子結(jié)構(gòu)模型年波爾原子結(jié)構(gòu)模型 1913年玻爾運(yùn)用量子概念提出了基于三個(gè)基本假年玻爾運(yùn)用量子概念提出了基于三個(gè)基本假設(shè)的原子結(jié)構(gòu)殼層模型。設(shè)的原子結(jié)構(gòu)殼層模型。躍遷所吸收或輻射的輻射能量頻率由下式?jīng)Q定。躍遷所吸收或輻射的輻射能量頻率由下式?jīng)Q定。 （2）正常狀態(tài)下原子中的電子盡可能在離核最近、）正常狀態(tài)下原子中的電子盡可能在離核最近、能量最低的軌道上運(yùn)動(dòng)能量最低的軌道上運(yùn)動(dòng)(基態(tài)基態(tài))h=E2-E1hPla

7、nck常數(shù)常數(shù); 光的頻率光的頻率基態(tài)基態(tài) 激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)吸收能量吸收能量(躍遷躍遷)放出能量放出能量稱為波爾頻率規(guī)律。稱為波爾頻率規(guī)律。E2E1，若，若E1為始態(tài)能量則放出為始態(tài)能量則放出輻射能，若輻射能，若E2為終態(tài)能量則吸收輻射能。為終態(tài)能量則吸收輻射能。 （3）原子內(nèi)電子運(yùn)動(dòng)的軌道能量是量子化的，這）原子內(nèi)電子運(yùn)動(dòng)的軌道能量是量子化的，這些軌道上的電子運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量，必須是些軌道上的電子運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量，必須是h/2的整數(shù)的整數(shù)倍，即倍，即 m為電子的質(zhì)量；為電子的質(zhì)量；v為電子運(yùn)動(dòng)的速度；為電子運(yùn)動(dòng)的速度；r是軌道的是軌道的半徑；半徑；h是普朗克常數(shù)，是普朗克常數(shù)，n是正整數(shù)，稱為是正整數(shù)，

8、稱為“量子量子數(shù)數(shù)”。這個(gè)關(guān)系式就是這個(gè)關(guān)系式就是“玻爾的量子化條件玻爾的量子化條件”。 2/nhmvr , 4 , 3 , 2 , 1n基于上述假設(shè)和經(jīng)典力學(xué)規(guī)律，計(jì)算得到：基于上述假設(shè)和經(jīng)典力學(xué)規(guī)律，計(jì)算得到：氫原子基態(tài)軌道半徑為氫原子基態(tài)軌道半徑為52.9pm波爾半徑波爾半徑a0 ，是原子是原子分子理論中常用的一個(gè)長(zhǎng)度單位分子理論中常用的一個(gè)長(zhǎng)度單位 ；氫原子中的電子在基態(tài)時(shí)作圓周運(yùn)動(dòng)速度為氫原子中的電子在基態(tài)時(shí)作圓周運(yùn)動(dòng)速度為2.188106ms-1 ；約為光速的；約為光速的1/137,基態(tài)時(shí)氫原子中的基態(tài)時(shí)氫原子中的電子的能量電子的能量-13.6eV；根據(jù)波爾頻率規(guī)律計(jì)算出氫光譜各條

9、譜線的頻率，與實(shí)根據(jù)波爾頻率規(guī)律計(jì)算出氫光譜各條譜線的頻率，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合很好。驗(yàn)結(jié)果吻合很好。 氫原子光譜（原子發(fā)射光譜）氫原子光譜（原子發(fā)射光譜） 在真空管中充入少量在真空管中充入少量 H2 ，通過(guò)高壓放電，通過(guò)高壓放電，氫氣可以產(chǎn)生可見光、紫外光和紅外光，這氫氣可以產(chǎn)生可見光、紫外光和紅外光，這些光經(jīng)過(guò)三棱鏡分成一系列按波長(zhǎng)大小排列些光經(jīng)過(guò)三棱鏡分成一系列按波長(zhǎng)大小排列的線狀光譜。的線狀光譜。 此外，除氫原子外，其他原子也可以產(chǎn)此外，除氫原子外，其他原子也可以產(chǎn)生特征的發(fā)射管譜線，我們可以利用原子的生特征的發(fā)射管譜線，我們可以利用原子的特征譜線來(lái)鑒定原子的存在。特征譜線來(lái)鑒定原子的存在。

10、 裝有低壓高純裝有低壓高純H2(g)的放電管所發(fā)出的光的放電管所發(fā)出的光,通過(guò)棱鏡通過(guò)棱鏡分光后，在可見光區(qū)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，可以觀察到不連續(xù)分光后，在可見光區(qū)波長(zhǎng)范圍內(nèi)，可以觀察到不連續(xù)的四條譜線。的四條譜線。 nm 410.2 434.1 486.1 656.3aa H H H H為帶狀光譜為帶狀光譜嚴(yán)重的局限性。只能解釋單電子原子嚴(yán)重的局限性。只能解釋單電子原子(或離子或離子)光譜光譜的一般現(xiàn)象，不能解釋多電子原子光譜。的一般現(xiàn)象，不能解釋多電子原子光譜。 波爾氫原子結(jié)構(gòu)模型波爾氫原子結(jié)構(gòu)模型波爾理論的缺陷，促使人們?nèi)パ芯亢徒⒛苊枋鲈柪碚摰娜毕?，促使人們?nèi)パ芯亢徒⒛苊枋鲈觾?nèi)電子運(yùn)動(dòng)規(guī)

11、律的量子力學(xué)原子模型。子內(nèi)電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的量子力學(xué)原子模型。 成功地解釋了氫原子和類氫原子成功地解釋了氫原子和類氫原子(如如He+、Li2+)的光的光譜現(xiàn)象譜現(xiàn)象, 推動(dòng)了原子結(jié)構(gòu)的發(fā)展。推動(dòng)了原子結(jié)構(gòu)的發(fā)展。5.1.2 電子的波粒二象性電子的波粒二象性 20世紀(jì)初，愛因斯坦提出光子學(xué)說(shuō)解釋了光電效世紀(jì)初，愛因斯坦提出光子學(xué)說(shuō)解釋了光電效應(yīng)使人們認(rèn)識(shí)到光具有波動(dòng)性和粒子性的雙重特性。應(yīng)使人們認(rèn)識(shí)到光具有波動(dòng)性和粒子性的雙重特性。1924年，法國(guó)科學(xué)家德布羅意認(rèn)為：既然光具有二象年，法國(guó)科學(xué)家德布羅意認(rèn)為：既然光具有二象性，則電子等微觀粒子也可有波動(dòng)性，他指出，具有性，則電子等微觀粒子也可有波動(dòng)性

12、，他指出，具有質(zhì)量為質(zhì)量為m，運(yùn)動(dòng)速度為，運(yùn)動(dòng)速度為v的粒子，相應(yīng)的波長(zhǎng)為：的粒子，相應(yīng)的波長(zhǎng)為： =h/mv=h/p 式中式中p為動(dòng)量。為動(dòng)量。 這一關(guān)系式將電子的粒子性（這一關(guān)系式將電子的粒子性（p是粒子性的特征）與是粒子性的特征）與波動(dòng)性（波動(dòng)性（是波動(dòng)性的特征）定量地聯(lián)系了起來(lái)。是波動(dòng)性的特征）定量地聯(lián)系了起來(lái)。 1927年，美國(guó)科學(xué)家戴維遜年，美國(guó)科學(xué)家戴維遜Davisson和革末和革末Germer應(yīng)用應(yīng)用Ni晶體進(jìn)行的電子衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了德布羅意晶體進(jìn)行的電子衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了德布羅意的假設(shè)：電子具有波動(dòng)性。將一束電子流經(jīng)一定的假設(shè)：電子具有波動(dòng)性。將一束電子流經(jīng)一定電壓加速后通過(guò)金屬單

13、晶體，像單色光通過(guò)小圓電壓加速后通過(guò)金屬單晶體，像單色光通過(guò)小圓孔一樣發(fā)生衍射現(xiàn)象，在感光底片的屏幕上，得孔一樣發(fā)生衍射現(xiàn)象，在感光底片的屏幕上，得到一系列明暗相間的衍射環(huán)到一系列明暗相間的衍射環(huán) 。 實(shí)驗(yàn)證明電子具有粒子性，且長(zhǎng)時(shí)間的大量電子實(shí)驗(yàn)證明電子具有粒子性，且長(zhǎng)時(shí)間的大量電子形成衍射圖樣，才顯示出波動(dòng)性，可見微粒的波形成衍射圖樣，才顯示出波動(dòng)性，可見微粒的波動(dòng)性是遵守動(dòng)性是遵守“統(tǒng)計(jì)性統(tǒng)計(jì)性”規(guī)律的規(guī)律的。 統(tǒng)計(jì)性統(tǒng)計(jì)性大量粒子綜合表現(xiàn)一個(gè)特定行為的最大大量粒子綜合表現(xiàn)一個(gè)特定行為的最大概率。衍射圖像是由大量電子形成的。概率。衍射圖像是由大量電子形成的。概率概率出現(xiàn)機(jī)會(huì)多少出現(xiàn)機(jī)會(huì)多

14、少核外空間某些區(qū)域電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多，概率大；核外空間某些區(qū)域電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多，概率大；核外空間某些區(qū)域電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)少，概率小。核外空間某些區(qū)域電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)少，概率小。原子核外電子的運(yùn)動(dòng)特性：能量量子化、波粒二象性、原子核外電子的運(yùn)動(dòng)特性：能量量子化、波粒二象性、統(tǒng)計(jì)性。統(tǒng)計(jì)性。5.1.3 波函數(shù)波函數(shù)和量子數(shù)和量子數(shù)由于微觀粒子具有波粒二象性，描述宏觀物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律由于微觀粒子具有波粒二象性，描述宏觀物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的經(jīng)典物理學(xué)方法對(duì)微觀粒子已不適用。的經(jīng)典物理學(xué)方法對(duì)微觀粒子已不適用。 1926年由奧地利物理學(xué)家薛定諤提出了量子力學(xué)中年由奧地利物理學(xué)家薛定諤提出了量子力學(xué)中的一個(gè)基本方程薛定諤

15、方程，也是量子力學(xué)的一個(gè)基的一個(gè)基本方程薛定諤方程，也是量子力學(xué)的一個(gè)基本假定。本假定。 是將物質(zhì)波的概念和波動(dòng)方程相結(jié)合建立的二階偏是將物質(zhì)波的概念和波動(dòng)方程相結(jié)合建立的二階偏微分方程，可描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，每個(gè)微觀系統(tǒng)都有微分方程，可描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，每個(gè)微觀系統(tǒng)都有一個(gè)相應(yīng)的薛定諤方程式，通過(guò)解方程可得到波函數(shù)的一個(gè)相應(yīng)的薛定諤方程式，通過(guò)解方程可得到波函數(shù)的具體形式以及對(duì)應(yīng)的能量，從而了解微觀系統(tǒng)的性質(zhì)。具體形式以及對(duì)應(yīng)的能量，從而了解微觀系統(tǒng)的性質(zhì)。波函數(shù)波函數(shù)5.1.3 波函數(shù)波函數(shù)和量子數(shù)和量子數(shù)薛定諤波動(dòng)方程（薛定諤波動(dòng)方程（1926）：）：描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的基本方程描述

16、微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的基本方程0)(8)(22222222VEhmzyx(x、y、z) 波函數(shù)，是描述微觀粒子（如原子波函數(shù)，是描述微觀粒子（如原子核外電子）運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。核外電子）運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 m電子質(zhì)量電子質(zhì)量 h普朗克常數(shù)普朗克常數(shù)E體系總能量體系總能量 V電子的勢(shì)能電子的勢(shì)能x、y、z 電子的空間坐標(biāo)電子的空間坐標(biāo)方程體現(xiàn)了微觀粒子的粒子性方程體現(xiàn)了微觀粒子的粒子性(m和和E)和波動(dòng)性和波動(dòng)性()的的特性，是描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律的基本方程特性，是描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律的基本方程。波函數(shù)波函數(shù)對(duì)薛定諤方程求解，可以得到一系列波函數(shù)對(duì)薛定諤方程求解，可以得到一系列波函數(shù)

17、s、s、p. i相應(yīng)的能量值相應(yīng)的能量值 Es、 Es、 Ep . Ei方程的每一個(gè)解代表電子的一種可能運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程的每一個(gè)解代表電子的一種可能運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在量子力學(xué)中，波函數(shù)不是具體的數(shù)值，而是用空在量子力學(xué)中，波函數(shù)不是具體的數(shù)值，而是用空間坐標(biāo)（波函數(shù)）和與其對(duì)應(yīng)的能量來(lái)描述電子的間坐標(biāo)（波函數(shù)）和與其對(duì)應(yīng)的能量來(lái)描述電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。是描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，是描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，的空間圖象的空間圖象叫原子軌道，原子軌道的數(shù)學(xué)表達(dá)式就是波函數(shù)。叫原子軌道，原子軌道的數(shù)學(xué)表達(dá)式就是波函數(shù)。 波函數(shù)在核外不同區(qū)域的值可正、可負(fù)，但概率密波函數(shù)在核外不同區(qū)域的值可正、可負(fù)

18、，但概率密度永遠(yuǎn)是正值。度永遠(yuǎn)是正值。 掌握概率密度，可以掌握核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。掌握概率密度，可以掌握核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。波函數(shù)的物理意義：解薛定諤方程得到波函數(shù)波函數(shù)的物理意義：解薛定諤方程得到波函數(shù)(x、y、z) ，如果把空間某點(diǎn)的坐標(biāo)代入方程，可求得，如果把空間某點(diǎn)的坐標(biāo)代入方程，可求得對(duì)應(yīng)數(shù)值，但對(duì)應(yīng)數(shù)值，但本身沒(méi)有明確的物理意義。本身沒(méi)有明確的物理意義。 2有明確的物理意義：有明確的物理意義：的絕對(duì)值的平方，表示在空間某一處附近單位體積的絕對(duì)值的平方，表示在空間某一處附近單位體積中微粒出現(xiàn)的概率，即中微粒出現(xiàn)的概率，即“概率密度概率密度” 。(x、y、z)1.為了便于求解薛定諤方程

19、，將直角坐標(biāo)變成球坐為了便于求解薛定諤方程，將直角坐標(biāo)變成球坐標(biāo)，則波函數(shù)寫成標(biāo)，則波函數(shù)寫成(r ,).2.在求解薛定諤方程中，為了求得有意義的合理解，在求解薛定諤方程中，為了求得有意義的合理解，波函數(shù)中必須引入三個(gè)常數(shù)項(xiàng)（三個(gè)量子數(shù)）波函數(shù)中必須引入三個(gè)常數(shù)項(xiàng)（三個(gè)量子數(shù)）精確求解薛定諤方程的處理方法精確求解薛定諤方程的處理方法 量子數(shù)是量子力學(xué)中表述原子核外電子運(yùn)動(dòng)的一量子數(shù)是量子力學(xué)中表述原子核外電子運(yùn)動(dòng)的一組整數(shù)或半整數(shù)。因?yàn)楹送怆娮舆\(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化組整數(shù)或半整數(shù)。因?yàn)楹送怆娮舆\(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化不是連續(xù)的，而是量子化的，所以量子數(shù)的取值不是連續(xù)的，而是量子化的，所以量子數(shù)的取值也不是連續(xù)的

20、，而只能取一組整數(shù)或半整數(shù)。也不是連續(xù)的，而只能取一組整數(shù)或半整數(shù)。 量子數(shù)包括主量子數(shù)量子數(shù)包括主量子數(shù)n、角量子數(shù)、角量子數(shù)l、磁量子數(shù)、磁量子數(shù)m和自旋量子數(shù)和自旋量子數(shù)ms四種，前三種是在數(shù)學(xué)解析薛定四種，前三種是在數(shù)學(xué)解析薛定諤方程過(guò)程中引出的，而最后一種則是為了表述諤方程過(guò)程中引出的，而最后一種則是為了表述電子的自旋運(yùn)動(dòng)提出的。電子的自旋運(yùn)動(dòng)提出的。量子數(shù)量子數(shù)表示原子軌道或電子云離核距離的遠(yuǎn)近表示原子軌道或電子云離核距離的遠(yuǎn)近電子層數(shù)。電子層數(shù)。它是描述原子軌道能級(jí)高低的主要因素。它是描述原子軌道能級(jí)高低的主要因素。n=1、2、3、4、5 . 正整數(shù)正整數(shù) 。n12345電子層電

21、子層第一層第一層第二層第二層第三層第三層第四層第四層第五層第五層電子層電子層符號(hào)符號(hào)KLMNOn值越小，該電子層離核越近，能級(jí)越低值越小，該電子層離核越近，能級(jí)越低。（1）主量子數(shù)）主量子數(shù)(n)（2）角量子數(shù)）角量子數(shù)()表征電子的角動(dòng)量大小，即決定電子在空間的角度表征電子的角動(dòng)量大小，即決定電子在空間的角度分布分布原子軌道或電子云的形狀。在多電子原子中，原子軌道或電子云的形狀。在多電子原子中， l值的大小還影響原子軌道的總能量。值的大小還影響原子軌道的總能量。l的每一個(gè)數(shù)值表示一個(gè)亞層的每一個(gè)數(shù)值表示一個(gè)亞層, l 的取值受的取值受n值的限制。值的限制。 l = 0，1，2，3（n-1）的

22、正整數(shù)。）的正整數(shù)。如如 n =1， l =0； n =2 ， l =0，1 兩個(gè)數(shù)值。兩個(gè)數(shù)值。在在n值相同的同一層中，具有相同值相同的同一層中，具有相同l值的原子軌道的能值的原子軌道的能級(jí)相同、形狀相同級(jí)相同、形狀相同(或相近或相近)，稱為處于同一亞層；，稱為處于同一亞層；n相同、相同、 l不同時(shí)，不同時(shí)， l值越大，能級(jí)越高。值越大，能級(jí)越高。 （2）角量子數(shù)）角量子數(shù)(l)形狀形狀球形球形啞鈴形啞鈴形花瓣形花瓣形 復(fù)雜復(fù)雜更復(fù)雜更復(fù)雜電子亞層電子亞層符號(hào)符號(hào)spdfg同一電子層，同一電子層，值越小值越小，該電子亞層能級(jí)越低。，該電子亞層能級(jí)越低。n010120123符號(hào)符號(hào)1s2s2p

23、3s3p3d4s4p4d4fl數(shù)值與光譜學(xué)規(guī)定的亞層符號(hào)及原子軌道形狀的關(guān)數(shù)值與光譜學(xué)規(guī)定的亞層符號(hào)及原子軌道形狀的關(guān)系為系為 （3）磁量子數(shù)）磁量子數(shù)(m)磁量子數(shù)表征每個(gè)亞層中原子軌道的數(shù)目及原子軌道磁量子數(shù)表征每個(gè)亞層中原子軌道的數(shù)目及原子軌道在空間的不同取向。在空間的不同取向。m值由值由l決定：決定： - 、0、+ 的正整的正整數(shù)數(shù), 共共(2l+1)個(gè)個(gè) ,意味著亞層中原子軌道有意味著亞層中原子軌道有2l+1個(gè)取向。個(gè)取向。m0-1、0、+-2、 -1 、 0、 +1 、 +2原子軌道原子軌道符號(hào)符號(hào)spx、 py、pzdxy、dyz、dxz、 dx2-y2 、dz2在沒(méi)有外加磁場(chǎng)下

24、，同一亞層（在沒(méi)有外加磁場(chǎng)下，同一亞層（n、l相同，相同，m不同）內(nèi)的不同）內(nèi)的各原子軌道，能量是相等的，稱等價(jià)軌道各原子軌道，能量是相等的，稱等價(jià)軌道 (簡(jiǎn)并軌道簡(jiǎn)并軌道) 。 自旋量子數(shù)自旋量子數(shù)(m ms s) 描述原子中每個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)必須用描述原子中每個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)必須用四個(gè)量子數(shù)四個(gè)量子數(shù)： 即即 主量子數(shù)主量子數(shù)(n)：電子所處的電子層：電子所處的電子層角量子數(shù)角量子數(shù)(l )：電子所處的電子亞層及原子軌道、：電子所處的電子亞層及原子軌道、 電子云的形狀電子云的形狀磁量子數(shù)磁量子數(shù)(m)：軌道在空間的伸展方向：軌道在空間的伸展方向自旋量子數(shù)自旋量子數(shù)(ms)：電子自旋方向：電

25、子自旋方向描述電子的兩種不同的自旋狀態(tài)。描述電子的兩種不同的自旋狀態(tài)。ms值：值：+ 、 ，常用正、反箭頭，常用正、反箭頭表示。表示。2121如如 n=2、 =1、m= -1、ms=+ ，則可知是第二電，則可知是第二電子層、子層、p亞層、亞層、px軌道、自旋方向?yàn)檐壍?、自旋方向?yàn)榈碾娮?。的電子?2122121主量子主量子數(shù)數(shù) n角量子數(shù)角量子數(shù)l磁量子數(shù)磁量子數(shù)m軌道空間軌道空間取向數(shù)取向數(shù)電子層中電子層中總軌道數(shù)總軌道數(shù)ms電子容量電子容量(2n2)K1s00112L2s00148p10、13M3s001918p10、13d20、1、25N4s0011632p10、 13d20、1、25f

26、30、1、2、37核外電子運(yùn)動(dòng)的可能狀態(tài)核外電子運(yùn)動(dòng)的可能狀態(tài)返回返回原子軌道還可用相應(yīng)的圖像表原子軌道還可用相應(yīng)的圖像表示，可將波函數(shù)分解為兩個(gè)函示，可將波函數(shù)分解為兩個(gè)函數(shù)的乘積：數(shù)的乘積：(r,)=R(r)Y(,)R(r)徑向部分，僅隨徑向部分，僅隨r變化；變化； Y(,)角度部分，僅隨角度角度部分，僅隨角度(,)變化。變化。將波函數(shù)將波函數(shù)的角度部分的角度部分(Y)隨角隨角度度(,)作圖，所得的圖象即為作圖，所得的圖象即為原子軌道的角度分布圖。原子軌道的角度分布圖。zx+-zzzzzxxxxxxxyyyyspx py pzdxy dyz dxzdz2 dx2-y2原子軌道的角度分布圖原

27、子軌道的角度分布圖px、py、pz軌道的角度軌道的角度分布圖圖形相似，只是分布圖圖形相似，只是對(duì)稱軸或者說(shuō)極大值的對(duì)稱軸或者說(shuō)極大值的空間取向不同而已。由空間取向不同而已。由于波函數(shù)的角度部分于波函數(shù)的角度部分Y只與量子數(shù)只與量子數(shù)l、m有關(guān)，有關(guān)，而與而與n無(wú)關(guān)，因此只要無(wú)關(guān)，因此只要l、m相同，它們的原子軌相同，它們的原子軌道角度分布圖都是相同道角度分布圖都是相同的。的。 zx+-zzzzzxxxxxxxyyyyspx py pzdxy dyz dxzdz2 dx2-y2原子軌道的角度分布圖原子軌道的角度分布圖原子軌道的角度分布圖并不原子軌道的角度分布圖并不是電子運(yùn)動(dòng)的具體軌跡，只是電子運(yùn)

28、動(dòng)的具體軌跡，只反映出波函數(shù)在空間不同方反映出波函數(shù)在空間不同方向上的變化情況。它突出表向上的變化情況。它突出表示示“原子軌道原子軌道”的極大值方的極大值方向以及向以及“原子軌道原子軌道”的正、的正、負(fù)號(hào)，它們?cè)诨瘜W(xué)鍵能否成負(fù)號(hào)，它們?cè)诨瘜W(xué)鍵能否成鍵及成鍵方向方面有著重要鍵及成鍵方向方面有著重要意義。意義。 zx+-zzzzzxxxxxxxyyyyspx py pzdxy dyz dxzdz2 dx2-y2原子軌道的角度分布圖原子軌道的角度分布圖5.1.4 電子云與概率密度電子云與概率密度 概率密度：概率密度： |2 表示電子在原子內(nèi)核外某處出現(xiàn)的概率密度表示電子在原子內(nèi)核外某處出現(xiàn)的概率密度

29、 電子云：電子在空間的概率密度分布電子云：電子在空間的概率密度分布 |2的空間分布的空間分布用小黑點(diǎn)的疏密表示電子出現(xiàn)概率密度的相對(duì)大小。用小黑點(diǎn)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，概率密度較大，單位體積內(nèi)電子小黑點(diǎn)較密的地方，概率密度較大，單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多。出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多。在氫原子中，電子的概率密在氫原子中，電子的概率密度隨離核距離的增大而減小，度隨離核距離的增大而減小，也就是電子在單位體積內(nèi)出也就是電子在單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率以接近原子核處為現(xiàn)的概率以接近原子核處為最大。最大。 如如 氫原子的電子云氫原子的電子云電子云角度分布圖電子云角度分布圖 將將|2的角度部分

30、的角度部分Y 2隨隨,角的變化角的變化作圖所作圖所得的圖像。得的圖像。 zzzzzzxxxxxxxxyyyyyspx py pzdxy dyz dxzdx2 dx2-y2與原子軌道角度分布與原子軌道角度分布圖的不同：圖的不同：原子軌道原子軌道電子云電子云有正、負(fù)有正、負(fù)為正為正(一般不一般不標(biāo)標(biāo))胖胖瘦瘦小結(jié)小結(jié)電子具有波粒二象性，需按幾率分布的統(tǒng)計(jì)規(guī)電子具有波粒二象性，需按幾率分布的統(tǒng)計(jì)規(guī)律來(lái)進(jìn)行研究。律來(lái)進(jìn)行研究。波函數(shù)是描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，其波函數(shù)是描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，其空間圖象為空間圖象為“原子軌道原子軌道”。概率密度概率密度|2 是電子在原子核外空間某處單

31、位體積是電子在原子核外空間某處單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率。用小黑點(diǎn)表示其分布所得的空間圖內(nèi)出現(xiàn)的概率。用小黑點(diǎn)表示其分布所得的空間圖象稱為電子云。象稱為電子云。描述原子中電子狀態(tài)需用四個(gè)量子數(shù)：主量子數(shù)描述原子中電子狀態(tài)需用四個(gè)量子數(shù)：主量子數(shù)(n)、角量子數(shù)、角量子數(shù)(l)、磁量子數(shù)、磁量子數(shù)(m)、自旋、自旋 量子數(shù)量子數(shù)(ms)。第第5章章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)5.1 氫原子結(jié)構(gòu)的近代概念氫原子結(jié)構(gòu)的近代概念5.2 多電子原子結(jié)構(gòu)與元素周期多電子原子結(jié)構(gòu)與元素周期5.3 化學(xué)鍵和分子間相互作用力化學(xué)鍵和分子間相互作用力5.4 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)5.5 離子極化離子極化 在多電子原子中，核外電

32、子不僅受原子核的在多電子原子中，核外電子不僅受原子核的吸引，還存在著電子間的相互排斥，盡管電子的吸引，還存在著電子間的相互排斥，盡管電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)比較復(fù)雜，但仍可以根據(jù)電子能級(jí)的高運(yùn)動(dòng)狀態(tài)比較復(fù)雜，但仍可以根據(jù)電子能級(jí)的高低來(lái)討論核外電子的排布規(guī)律。低來(lái)討論核外電子的排布規(guī)律。 美國(guó)化學(xué)家鮑林根據(jù)光譜試驗(yàn)及理論推算指美國(guó)化學(xué)家鮑林根據(jù)光譜試驗(yàn)及理論推算指出，在氫原子中原子軌道的能量只與出，在氫原子中原子軌道的能量只與n有關(guān)有關(guān), 與與l無(wú)無(wú)關(guān)，在多電子原子中，軌道能量與關(guān)，在多電子原子中，軌道能量與n，l都有關(guān)。都有關(guān)。5.2.1 多電子原子軌道的能級(jí)多電子原子軌道的能級(jí)5.2.1 多電子原子

33、軌道的能級(jí)多電子原子軌道的能級(jí)6s5s4s3s2s1s6p5p4p3p2p5d4d3d4fPONMLK1s2p2s3p3s4p3d4s5p4d5s6p5d4f6s近似能級(jí)圖近似能級(jí)圖用小球表示原子軌道，按能級(jí)高用小球表示原子軌道，按能級(jí)高低順序繪成近似能級(jí)圖。圖中每低順序繪成近似能級(jí)圖。圖中每個(gè)小球的位置高低表示這個(gè)軌道個(gè)小球的位置高低表示這個(gè)軌道能量的高低；位于每一個(gè)方框中能量的高低；位于每一個(gè)方框中的幾個(gè)軌道能量相近，稱為一個(gè)的幾個(gè)軌道能量相近，稱為一個(gè)能級(jí)組。能級(jí)組。 5.2.1 多電子原子軌道的能級(jí)多電子原子軌道的能級(jí)6s5s4s3s2s1s6p5p4p3p2p5d4d3d4fPONM

34、LK1s2p2s3p3s4p3d4s5p4d5s6p5d4f6s1.當(dāng)主量子數(shù)當(dāng)主量子數(shù)n相同時(shí)，相同時(shí)，軌道能量隨著角量子軌道能量隨著角量子數(shù)數(shù)l值的增大而升高，值的增大而升高，即即 2.當(dāng)角量子數(shù)當(dāng)角量子數(shù)l相同時(shí)，軌道能量隨相同時(shí)，軌道能量隨著主量子數(shù)著主量子數(shù)n值的增大而升高，即：值的增大而升高，即：E1sE2sE3s Ens Enp End Enf此現(xiàn)象稱為此現(xiàn)象稱為能級(jí)分裂能級(jí)分裂近似能級(jí)圖近似能級(jí)圖3.當(dāng)主量子數(shù)當(dāng)主量子數(shù)n和角量子數(shù)和角量子數(shù)l不同時(shí)，不同時(shí)，有有能級(jí)能級(jí)交錯(cuò)交錯(cuò)現(xiàn)象現(xiàn)象 如如 E5s E4d E5p 能級(jí)分裂與能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象可以用屏蔽效應(yīng)和鉆穿能級(jí)分裂與能級(jí)交錯(cuò)

35、現(xiàn)象可以用屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)進(jìn)行解釋。效應(yīng)進(jìn)行解釋。（1）屏蔽效應(yīng)）屏蔽效應(yīng) 在多電子原子中，電子不僅受原子核吸引，還受在多電子原子中，電子不僅受原子核吸引，還受到其余電子的排斥。電子間的排斥作用相當(dāng)于抵到其余電子的排斥。電子間的排斥作用相當(dāng)于抵消了一部分原子核的吸引作用。這種核電荷對(duì)某消了一部分原子核的吸引作用。這種核電荷對(duì)某個(gè)電子的吸引力因其他電子對(duì)該電子的排斥而被個(gè)電子的吸引力因其他電子對(duì)該電子的排斥而被削弱的作用稱為屏蔽效應(yīng)。削弱的作用稱為屏蔽效應(yīng)。 若以若以z表示核電荷，被抵消后的核電荷為表示核電荷，被抵消后的核電荷為z* ，稱為，稱為有效核電荷，則有效核電荷，則 z* = z -

36、為屏蔽常數(shù)，可理解為被抵消掉的那部分核電荷為屏蔽常數(shù)，可理解為被抵消掉的那部分核電荷數(shù)。數(shù)。 外層電子對(duì)內(nèi)層電子的屏蔽常數(shù)外層電子對(duì)內(nèi)層電子的屏蔽常數(shù)為零；為零； 同層電子間的同層電子間的=0.35(第一層的第一層的=0.3)； 第第(n-1)層電子對(duì)第層電子對(duì)第n層電子的層電子的=0.85； 第第(n-2)層及其以內(nèi)各層電子對(duì)第層及其以內(nèi)各層電子對(duì)第n層電子的層電子的=1.00；d、f層以內(nèi)各層電子對(duì)層以內(nèi)各層電子對(duì)d、f層電子的層電子的=1.00。 規(guī)則：規(guī)則： 例如鉀原子例如鉀原子(z=19)作用在外層作用在外層4s1電子上的有電子上的有效核電荷：效核電荷： 若鉀原子的外層電子位于若鉀原

37、子的外層電子位于3d1亞層，則亞層，則 由于由于 說(shuō)明說(shuō)明4s1電子受核的吸引力比電子受核的吸引力比3d1電子大，亦電子大，亦即即4s軌道能量比軌道能量比3d軌道低。軌道低。2 . 285. 0800. 1101919z00. 100. 1181919z1134dszz（2）鉆穿效應(yīng)）鉆穿效應(yīng) 鉆穿效應(yīng)可以理解為躲避屏蔽的效應(yīng)，即外層電鉆穿效應(yīng)可以理解為躲避屏蔽的效應(yīng)，即外層電子可以鉆到內(nèi)層從而躲避了內(nèi)層電子對(duì)它的屏蔽，子可以鉆到內(nèi)層從而躲避了內(nèi)層電子對(duì)它的屏蔽，使有效核電荷增大、能量降低的效應(yīng)。使有效核電荷增大、能量降低的效應(yīng)。 這種外層電子穿過(guò)內(nèi)層電子云，避開其他電子屏這種外層電子穿過(guò)內(nèi)層

38、電子云，避開其他電子屏蔽的現(xiàn)象稱為蔽的現(xiàn)象稱為“鉆穿效應(yīng)鉆穿效應(yīng)”。 從徑向分布圖看出，各亞層電子的鉆穿能力次序?yàn)閺膹较蚍植紙D看出，各亞層電子的鉆穿能力次序?yàn)?鉆穿能力越強(qiáng)，能量越低。因而有下面的能級(jí)次序。鉆穿能力越強(qiáng)，能量越低。因而有下面的能級(jí)次序。fdpsnnnnnfndnpnsEEEE 至于出現(xiàn)至于出現(xiàn)E4sE3d，E5sE3d ，但，但從鉆穿效應(yīng)考慮，從鉆穿效應(yīng)考慮，4s比比3d鉆穿能力強(qiáng)，應(yīng)是鉆穿能力強(qiáng)，應(yīng)是E4sE3d ，最終要看哪一因素起主導(dǎo)作用。最終要看哪一因素起主導(dǎo)作用。 5.2.2 核外電子排布原則核外電子排布原則（1 1）泡利）泡利(Pauli)(Pauli)不相容原理不

39、相容原理在同一原子中不能有四個(gè)量子數(shù)完全相同的電子存在。在同一原子中不能有四個(gè)量子數(shù)完全相同的電子存在。即在每一個(gè)原子軌道中最多只能容納兩個(gè)自旋方向相即在每一個(gè)原子軌道中最多只能容納兩個(gè)自旋方向相反的電子。根據(jù)這個(gè)原理，可確定各電子層、亞層最反的電子。根據(jù)這個(gè)原理，可確定各電子層、亞層最多可容納的電子數(shù)。多可容納的電子數(shù)。（2）能量最低原理）能量最低原理在不違背泡利不相容原理的條件下，核外電子的排在不違背泡利不相容原理的條件下，核外電子的排布應(yīng)使整個(gè)電子能量處于最低狀態(tài)。即電子的排布布應(yīng)使整個(gè)電子能量處于最低狀態(tài)。即電子的排布總是盡先古據(jù)能量最低的軌道?？偸潜M先古據(jù)能量最低的軌道。返回返回(2

40、)2s(4)3s(1)1s(6)4s(9)5s(16) 7s(3)2p(12) 6s(5)3p(8)4p(11) 5p(15) 6p(19) 7p(7)3d(10) 4d(14) 5d(18) 6d(13) 4f(17) 5f5.2.2 核外電子排布原則核外電子排布原則如如7N 1s22s22p31s 2s 2p（3）洪德規(guī)則）洪德規(guī)則1)在同一亞層的各個(gè)等價(jià)軌道上，電子的排布將盡在同一亞層的各個(gè)等價(jià)軌道上，電子的排布將盡可能分占不同的軌道，而且自旋平行，這樣的排布可能分占不同的軌道，而且自旋平行，這樣的排布可使體系能量最低；可使體系能量最低；2)在等價(jià)軌道上排布的電子處于全充滿在等價(jià)軌道上排

41、布的電子處于全充滿(p6、d10、f14)、半充滿、半充滿(p3、d5、f7)或全空或全空(p0、d0、f0)時(shí)，原子時(shí)，原子具有較低的能量和較大的穩(wěn)定性。具有較低的能量和較大的穩(wěn)定性。 5.2.3 各元素原子的電子層結(jié)構(gòu)各元素原子的電子層結(jié)構(gòu)根據(jù)上述核外電子根據(jù)上述核外電子排布原則和電子填排布原則和電子填充順序圖，按照箭充順序圖，按照箭頭所指方向，就可頭所指方向，就可順序地沿能級(jí)從低順序地沿能級(jí)從低到高逐一填充電子，到高逐一填充電子，即得到各元素基態(tài)即得到各元素基態(tài)原子的電子層結(jié)構(gòu)。原子的電子層結(jié)構(gòu)。 (2)2s(4)3s(1)1s(6)4s(9)5s(16) 7s(3)2p(12) 6s(

42、5)3p(8)4p(11) 5p(15) 6p(19) 7p(7)3d(10) 4d(14) 5d(18) 6d(13) 4f(17) 5f核外電子填入軌道的順序核外電子填入軌道的順序(2)2s(4)3s(1)1s(6)4s(9)5s(16) 7s(3)2p(12) 6s(5)3p(8)4p(11) 5p(15) 6p(19) 7p(7)3d(10) 4d(14) 5d(18) 6d(13) 4f(17) 5f多電子原子核外電子分布的表達(dá)多電子原子核外電子分布的表達(dá)式稱為電子分布式稱為電子分布(排布排布)式。例如式。例如鈧鈧(Sc)原子有原子有21個(gè)電子，按上述個(gè)電子，按上述排布原則和電子填充

43、順序，它們排布原則和電子填充順序，它們的電子分布式應(yīng)為的電子分布式應(yīng)為 1s22s22p63s23p64s23d1 1s22s22p63s23p63d14s2 （1）核外電子分布）核外電子分布(排布排布)式式但在書寫電子分布式時(shí)，要按主但在書寫電子分布式時(shí)，要按主量子數(shù)進(jìn)行調(diào)整，即將量子數(shù)進(jìn)行調(diào)整，即將3d軌道放軌道放在在4s前面，與同層的前面，與同層的3s、3p軌道軌道寫在一起，應(yīng)寫為寫在一起，應(yīng)寫為這也可以表明這也可以表明Sc原子最外層原子最外層4s軌道已被電子填滿，軌道已被電子填滿，而次外層而次外層3d卻未充滿。卻未充滿。元素原子的外層電子分布有例外：元素原子的外層電子分布有例外： 其中

44、：其中：29Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 全充滿全充滿24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1 半充滿且自旋平行半充滿且自旋平行同樣有：同樣有：46Pd、 47Ag、 79Au同樣有：同樣有：42Mo、 64Gd（釓）、（釓）、 96Cm（鋦）（鋦）當(dāng)電子分布為全充滿當(dāng)電子分布為全充滿(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。在書寫核外電子分布式時(shí)，為簡(jiǎn)便起見，如可將在書寫核外電子分布式時(shí)，為簡(jiǎn)便起見，如可將Cu的電子分布式寫成的電子分布式寫成Ar3d104s1形式。形

45、式。即用即用Cu元素前一周期的稀有氣體的元素符號(hào)元素前一周期的稀有氣體的元素符號(hào)Ar表表示原子中內(nèi)層電子示原子中內(nèi)層電子1s22s22p63s23p6和原子核所組和原子核所組成的一個(gè)原子實(shí)體稱為成的一個(gè)原子實(shí)體稱為“原子實(shí)原子實(shí)”。 （2）外層電子分布式）外層電子分布式 由于原子在化學(xué)反應(yīng)中一般只涉及外層電由于原子在化學(xué)反應(yīng)中一般只涉及外層電子的變化，所以也可只寫出外層電子分布子的變化，所以也可只寫出外層電子分布式，而不需要寫出完整的電子分布式。式，而不需要寫出完整的電子分布式。 外層電子分布式也稱外層電子分布式也稱價(jià)層電子分布式價(jià)層電子分布式或或價(jià)價(jià)層電子構(gòu)型層電子構(gòu)型。 對(duì)于原子來(lái)說(shuō)，外層

46、不一定就是最外層。對(duì)于原子來(lái)說(shuō)，外層不一定就是最外層。 主族元素的外層電子分布式就是其最外層電子分主族元素的外層電子分布式就是其最外層電子分布式。布式。例如，鉀例如，鉀(K)原子的外層電子分布式為原子的外層電子分布式為4s1，氯，氯(Cl)原原子的外層電子分布式為子的外層電子分布式為3s23p5。 而副族元素，外層電子包括最外層電子及次外層而副族元素，外層電子包括最外層電子及次外層d亞層上的電子，因?yàn)檫@些電子在化學(xué)反應(yīng)中也亞層上的電子，因?yàn)檫@些電子在化學(xué)反應(yīng)中也會(huì)參與成鍵，也是價(jià)電子。會(huì)參與成鍵，也是價(jià)電子。例如，鐵例如，鐵(Fe)原子的外層電子分布式為原子的外層電子分布式為3d64s2 ，鉻

47、，鉻(Cr)原子的外層電子分布式為原子的外層電子分布式為3d54s1 。 對(duì)于鑭系和錒系元素，一般還需考慮從最對(duì)于鑭系和錒系元素，一般還需考慮從最外層數(shù)處于第三層的外層數(shù)處于第三層的f電子。電子。 原子失去電子的順序并不一定是原子填充原子失去電子的順序并不一定是原子填充電子順序的逆過(guò)程。電子順序的逆過(guò)程。 例如錳例如錳(Mn)(Mn)原子的核外電子分布式為原子的核外電子分布式為 1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d5 54s4s2 2 電子填充順序是先填電子填充順序是先填4s4s軌道后填充軌道后填充3d3d軌道，而當(dāng)軌道，而當(dāng)錳原子失去電子成為錳原子失

48、去電子成為MnMn2+2+時(shí)，首先失去的是最外層時(shí)，首先失去的是最外層的電子，引起電子層數(shù)的減少，因此的電子，引起電子層數(shù)的減少，因此MnMn2+2+的電子分的電子分布式為布式為 1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d5 5 注意注意! ! Mn Mn原子的外層電子分布式為原子的外層電子分布式為3d3d5 54s4s2 2，而，而MnMn2+2+ 的外層電子分布式不能只寫成的外層電子分布式不能只寫成3d3d5 5，而應(yīng)把整個(gè)一，而應(yīng)把整個(gè)一層層3s3s2 23p3p6 63d3d5 5書寫完全。書寫完全。5.2.4 原子的電子層結(jié)構(gòu)與元素周期系原子的電子

49、層結(jié)構(gòu)與元素周期系 元素按原子序數(shù)遞增順序排列后，性質(zhì)上呈現(xiàn)出元素按原子序數(shù)遞增順序排列后，性質(zhì)上呈現(xiàn)出周期性變化，而核外電子結(jié)構(gòu)的重復(fù)出現(xiàn)是這一周期性變化，而核外電子結(jié)構(gòu)的重復(fù)出現(xiàn)是這一變化的實(shí)質(zhì)。元素周期表正是這一周期性變化規(guī)變化的實(shí)質(zhì)。元素周期表正是這一周期性變化規(guī)律的表現(xiàn)形式。律的表現(xiàn)形式。 （1 1）能級(jí)組與元素的周期）能級(jí)組與元素的周期 元素在周期表中所處的周期數(shù)元素在周期表中所處的周期數(shù)=能級(jí)組數(shù)能級(jí)組數(shù)=電子層數(shù)電子層數(shù) 每周期元素的數(shù)目每周期元素的數(shù)目=相應(yīng)能級(jí)組中原子軌道所能容相應(yīng)能級(jí)組中原子軌道所能容納的電子數(shù)。納的電子數(shù)。 各周期元素原子的最外層電子數(shù)最多不超過(guò)各周期元

50、素原子的最外層電子數(shù)最多不超過(guò)8個(gè)，個(gè)，次外層電子數(shù)最多不超過(guò)次外層電子數(shù)最多不超過(guò)18個(gè)，各周期元素的最多個(gè)，各周期元素的最多數(shù)目并不都是數(shù)目并不都是2n2個(gè)個(gè)(如第三周期只有如第三周期只有8個(gè)元素個(gè)元素)，這，這是由相應(yīng)能級(jí)組中原子軌道的數(shù)目來(lái)決定的。是由相應(yīng)能級(jí)組中原子軌道的數(shù)目來(lái)決定的。 第一能級(jí)組只有一個(gè)第一能級(jí)組只有一個(gè)1s軌道，最多只能容納兩個(gè)軌道，最多只能容納兩個(gè)電子，所以第一周期只有兩個(gè)元素。電子，所以第一周期只有兩個(gè)元素。 第二周期元素的電子分布在第二能級(jí)組第二周期元素的電子分布在第二能級(jí)組2s2p，共，共有四個(gè)原子軌道，可容納有四個(gè)原子軌道，可容納8個(gè)電子，相應(yīng)有個(gè)電子，

51、相應(yīng)有8個(gè)元個(gè)元素。第三周期與之類似。素。第三周期與之類似。 第四周期元素的電子分布在第四能級(jí)組第四周期元素的電子分布在第四能級(jí)組4s3d4p， 9個(gè)原子軌道包含個(gè)原子軌道包含18個(gè)元素。第五周期與之類似。個(gè)元素。第五周期與之類似。 第六、第七第六、第七(不完全周期不完全周期)周期元素原子中的電子周期元素原子中的電子分別分布在第六、第七能級(jí)組，它們與第四、五分別分布在第六、第七能級(jí)組，它們與第四、五周期的不同之處在于，當(dāng)最外層周期的不同之處在于，當(dāng)最外層6s或或7s電子充滿電子充滿后，電子填充在倒數(shù)第三層的后，電子填充在倒數(shù)第三層的4f或或5f上，上，f軌道填軌道填滿后，再依次填充次外層的滿后

52、，再依次填充次外層的5d或或6d，最后再填充，最后再填充6p或或7p軌道。軌道。 第六周期中，從鈰第六周期中，從鈰(Ce)到镥到镥(Lu)的的14個(gè)元素，其性個(gè)元素，其性質(zhì)與鑭質(zhì)與鑭(La)非常相似，在周期表中占同一位置，稱非常相似，在周期表中占同一位置，稱為鑭系元素為鑭系元素(包括鑭在內(nèi)共包括鑭在內(nèi)共15個(gè)元素個(gè)元素)。 第七周期中，從錒第七周期中，從錒(Ac)到鐒到鐒(Lr)的的15個(gè)元素稱為錒個(gè)元素稱為錒系元素。系元素。（2 2）元素的分區(qū)）元素的分區(qū)區(qū)區(qū)根據(jù)最后一個(gè)電子填入的亞層確定根據(jù)最后一個(gè)電子填入的亞層確定最后一個(gè)電子填入的亞層最后一個(gè)電子填入的亞層區(qū)區(qū)最外層的最外層的 s 亞層

53、亞層s最外層的最外層的 p 亞層亞層p一般為次外層的一般為次外層的 d 亞層亞層d一般為次外層的一般為次外層的 d 亞層亞層, 且為且為d10ds一般為外數(shù)第三層的一般為外數(shù)第三層的 f 亞層亞層fAA0一一1AAAAAA2二二3456789 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 50 51 52 53 54六六55 56 71* 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86七七87 88 103*104 105 106 107 108 109 110 111 112鑭系鑭