大學(xué)原子結(jié)構(gòu)講解課件

1、3-1 核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)3-2 核外電子的排布和元素周期系3-3 元素基本性質(zhì)的周期性第三章 原子結(jié)構(gòu)2022/8/51第1頁(yè)，共113頁(yè)。3-1 核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一、氫原子光譜和玻爾理論二、微觀粒子的波粒二象性三、波函數(shù)和原子軌道四、幾率密度和電子云五、波函數(shù)與電子云的分布圖2022/8/52第2頁(yè)，共113頁(yè)。一、氫原子光譜和玻爾理論2022/8/53第3頁(yè)，共113頁(yè)。原子原子核（正電）核外電子（負(fù)電）核反應(yīng)中發(fā)生變化化學(xué)反應(yīng)中發(fā)生變化1.連續(xù)光譜與不連續(xù)光譜連續(xù):某些物理量的變化沒有最小單位.t,l,v,s不連續(xù):某些物理量的變化有最小單位.電量q不連續(xù)是微觀世界的重要特征，是量子

2、化條件。2022/8/54第4頁(yè)，共113頁(yè)。白光做光源連續(xù)光譜：包含所有不同波長(zhǎng)的光譜2022/8/55第5頁(yè)，共113頁(yè)。不連續(xù)光譜（原子光譜或線狀光譜） 每種元素的原子都有自己的特征光譜，不同元素的原子光譜各不相同-光譜分析。單原子（離子）氣體做光源2022/8/56第6頁(yè)，共113頁(yè)。2.氫原子光譜巴爾麥公式700 600 500 400 /nmH H HH4條譜線頻率分別為：656.5nm,486.1nm,434.0nm,410.2nm2022/8/57第7頁(yè)，共113頁(yè)。所有區(qū)域（紅外、紫外、可見）思考題：由公式能看出譜線頻率有何特征？ 氫原子光譜的譜線頻率不是任意變化的，而是隨著

3、兩個(gè)正整數(shù)的改變而做跳躍式的變化，即氫原子光譜為不連續(xù)光譜。實(shí)驗(yàn)結(jié)論2022/8/58第8頁(yè)，共113頁(yè)。理論要點(diǎn)3.玻爾理論2022/8/59第9頁(yè)，共113頁(yè)。穩(wěn)定軌道：核外電子是在一些符合一定條件的軌道上運(yùn)動(dòng)。這些軌道具有固定的能量P=mr= nh/2，稱穩(wěn)定軌道。在此軌道上運(yùn)動(dòng)的電子不放出能量，也不吸收能量。軌道能級(jí)：不同的穩(wěn)定軌道能量不同，電子離核越遠(yuǎn)，能量越高。離核最近的軌道能量最低，稱基態(tài)；電子獲得能量躍遷到離核較遠(yuǎn)、能量較高的狀態(tài)為激發(fā)態(tài)。 氫：E=-13.6/n2(ev)（n為正整數(shù)）2022/8/510第10頁(yè)，共113頁(yè)。n=1,E1=-13.6ev,r1=1252.9p

4、m(玻爾半徑）n=2,E2=-13.6/4（ev）,r2=2252.9pmn=3,E3=-13.6/9（ev）,r3=3252.9pm 隨著n的增加，電子離核越來(lái)越遠(yuǎn)，能量越來(lái)越高，n為量子數(shù)，當(dāng)n，意味著電子完全脫離原子核的電場(chǎng)引力，E=0（最大）n=1,電離能=13.61.610-226.021023 =1311.6kJmol-12022/8/511第11頁(yè)，共113頁(yè)。激發(fā)態(tài)原子發(fā)光的原因 處于激發(fā)態(tài)的電子極不穩(wěn)定，它會(huì)迅速回到能量較低的軌道，并以光子的形式釋放出能量。所以激發(fā)態(tài)原子能發(fā)光。紫外可見光2022/8/512第12頁(yè)，共113頁(yè)。 理論推導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全相同。即波爾理論能較好

5、地解釋氫原子光譜產(chǎn)生的原因和規(guī)律性。電子運(yùn)動(dòng)頻率的理論推導(dǎo)2022/8/513第13頁(yè)，共113頁(yè)。 由于n只能取正整數(shù)，所以波長(zhǎng)是不連續(xù)的，即為不連續(xù)光譜。H：=656.5nm2022/8/514第14頁(yè)，共113頁(yè)。 波爾理論的缺陷：只能解釋單電子原子或離子光譜的一般現(xiàn)象，不能解釋譜線的分裂和多電子原子光譜，更不能用它進(jìn)一步研究化學(xué)鍵的形成等。2022/8/515第15頁(yè)，共113頁(yè)。二、微觀粒子的波粒二象性1.光的波粒二象性2.電子的波粒二象性 1924年德布羅意預(yù)言：一些實(shí)物粒子 (如電子、中子、質(zhì)子等)也具有波粒二象性，其波長(zhǎng)為 = h/m衍射和干涉-波動(dòng)性光電效應(yīng)-粒子性2022/

6、8/516第16頁(yè)，共113頁(yè)。 電子衍射實(shí)驗(yàn)證明了電子具有粒子性和波動(dòng)性。波粒二象性是微觀粒子的基本屬性之一。電子衍射2022/8/517第17頁(yè)，共113頁(yè)。3. 測(cè)不準(zhǔn)原理 德國(guó)物理學(xué)家海森保提出微觀粒子的位置與動(dòng)量之間存在著測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系，即 xp h/2 ，x h/2m (h為普朗克常數(shù)：6.626 10 -34 ， x和p 分別為位置和動(dòng)量不確定量)。根據(jù)測(cè)不準(zhǔn)原理，粒子位置的測(cè)量準(zhǔn)確度越大（x越?。?，其動(dòng)量的準(zhǔn)確度就會(huì)愈?。╬越大） ，反之亦然。問題：為什么宏觀物體不具有波粒二象性？ 如：1克運(yùn)動(dòng)速度為300米/秒的子彈 表現(xiàn)波動(dòng)性時(shí)波長(zhǎng)約為 10-26 nm。2022/8/518

7、第18頁(yè)，共113頁(yè)。 對(duì)于宏觀物體m=10克的物體，x = 0.1mm（已相當(dāng)準(zhǔn)確）， 10-28 m.s-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于可測(cè)量的限度范圍，表明測(cè)不準(zhǔn)原理對(duì)于宏觀物體實(shí)際上不起作用。 對(duì)于電子,m=9.1110-31Kg,其大小數(shù)量級(jí)為10-10 m，則其位置的合理準(zhǔn)確度至少要達(dá)到 x10-11 m，根據(jù)測(cè)不準(zhǔn)原理，電子速度的不準(zhǔn)確度為 6 106 m.s-1，這已與電子的本身速度相當(dāng)。2022/8/519第19頁(yè)，共113頁(yè)。 確定電子位置的同時(shí)，其速度就測(cè)不準(zhǔn)，要同時(shí)測(cè)準(zhǔn)其位置和速度是不可能的表明電子運(yùn)動(dòng)的固定軌道已不復(fù)存在。 否定了玻爾理論中核外電子運(yùn)動(dòng)有固定軌道的觀點(diǎn)。2022/8/5

8、20第20頁(yè)，共113頁(yè)。三、波函數(shù)和原子軌道1.薛定諤方程-微觀粒子運(yùn)動(dòng)所遵循的基本方程 （波塞）-波函數(shù)：不是具體的數(shù)，而是描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。是空間坐標(biāo)x、y、z的函數(shù)。（x、y、z)。m：粒子的質(zhì)量;E：體系的總能量；V：勢(shì)能m、E、V-體現(xiàn)微粒性；-體現(xiàn)波動(dòng)性2022/8/521第21頁(yè)，共113頁(yè)。 解方程就是要解出微觀粒子（如電子）每一種可能的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的波函數(shù)和能量E，方程的每一個(gè)合理的解就代表體系中電子的一種可能的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 為解方程，將直角坐標(biāo)（x、y、z)轉(zhuǎn)化為球坐標(biāo)（r、)2022/8/522第22頁(yè)，共113頁(yè)。(x、y、z)（r、） =R（r) Y

9、（ 、)波函數(shù)徑向部分波函數(shù)角度部分2022/8/523第23頁(yè)，共113頁(yè)。2.波函數(shù)和原子軌道 波函數(shù)的空間圖象為原子軌道，它指的是電子在原子核外運(yùn)動(dòng)的某個(gè)空間范圍。或者說(shuō)原子軌道的數(shù)學(xué)表達(dá)式是波函數(shù)。2022/8/524第24頁(yè)，共113頁(yè)。 為了得到電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的合理解，必需引進(jìn)幾個(gè)參數(shù)n、l、m,稱它們?yōu)榱孔訑?shù)（表征微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一些特定的數(shù)字），每個(gè)量子數(shù)都有其確定的取值范圍。 對(duì)應(yīng)于一組合理的n、l、m取值，必有一個(gè)確定的波函數(shù)(r、)n、l、m對(duì)應(yīng)，也就是有一個(gè)確定的原子軌道。1、0、0 代表1s原子軌道,2、1、0 代表2pz原子軌道確定一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)還需加一個(gè)mS量

10、子數(shù)。2022/8/525第25頁(yè)，共113頁(yè)。2022/8/526第26頁(yè)，共113頁(yè)。*3.四個(gè)量子數(shù) 電子在核外的運(yùn)動(dòng)不是任意的，而只能取一定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，一般需要四個(gè)量子數(shù)才能確定一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。（1）主量子數(shù)n 意義：描述電子層能量的高低次序和離核的遠(yuǎn)近。 取值： 1 2 3 4 5 6正整數(shù) 符號(hào)： K L M N O P n=1表示能量最低、離核最近的第一電子層。n越大，該電子層離核平均距離越遠(yuǎn)，能級(jí)越高。2022/8/527第27頁(yè)，共113頁(yè)。（2）角量子數(shù)l 意義：表示同一電子層中有不同的分層（亞層）；確定原子軌道的形狀并在多電子原子中和主量子數(shù)一起決定電子的能量。取值：

11、0 1 2 3 4 （n1）正整數(shù) 符號(hào)：s p d f g n取值: 1 2 3 4l取值: 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3軌 道: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f2022/8/528第28頁(yè)，共113頁(yè)。 每個(gè)n值最多對(duì)應(yīng)n個(gè)不相同的角量子數(shù)l，即每個(gè)電子層最多有n個(gè)亞層。 l的每個(gè)值還可表示一種形狀的原子軌道 l=0，s軌道，球形；l=1，p軌道，亞鈴形； l=2，d軌道，花瓣形 單電子體系（氫原子或類氫離子），各種狀態(tài)的電子能量只與n有關(guān). n不同，l相同 E1sE2sE3sE4s n相同，l不同 E4S=E4p=E4d=E4f2022/8/529第

12、29頁(yè)，共113頁(yè)。2022/8/530第30頁(yè)，共113頁(yè)。磁量子數(shù)m (同一亞層中往往還包含著若干空間伸展方向不同的原子軌道。)意義:決定原子軌道或電子云在空間的伸展方向取值：與l有關(guān)，給定l，m有2l+1個(gè)值 -l 0 +l2022/8/531第31頁(yè)，共113頁(yè)。l m 軌道符號(hào) 軌道數(shù)量0 0 s 11 -1,0,+1 p 32 -2,-1,0,+1,+2 d 53 -3,-2,-1,0,+1,+2,+3 f 7 沒有外加磁場(chǎng)時(shí)，同一亞層中的原子軌道能量相等（3個(gè)p軌道，5個(gè)d軌道，7個(gè)f軌道），稱簡(jiǎn)并軌道或等價(jià)軌道。 在外界強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下，因軌道的空間伸展方向不同，能量上會(huì)顯示出微

13、小的差別，這是線狀光譜在磁場(chǎng)中發(fā)生分裂的根本原因。2022/8/532第32頁(yè)，共113頁(yè)。綜上所述： 一組合理的n、l、m,可確定一個(gè)原子軌道離核的遠(yuǎn)近、形狀和伸展方向。n=3,l=1,m=0 3,1,0 對(duì)應(yīng)3pz軌道。思考：n=4,l=0,m=o 代表什么軌道？4s軌道，4,0,02022/8/533第33頁(yè)，共113頁(yè)。自旋量子數(shù)電子除繞核運(yùn)動(dòng)外,還繞著自身的軸作自旋運(yùn)動(dòng)意義：描述核外電子的自旋狀態(tài)取值：+1/2，-1/2 ；， 四個(gè)量子數(shù) n,l,m,ms可確定一個(gè)電子在原子核外的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 練習(xí)：用合理的量子數(shù)表示3d能級(jí)；2pZ軌道；4s1電子2022/8/534第34頁(yè)，共113

14、頁(yè)。3d能級(jí) n=3,l=2; 2pZ軌道 n=2,l=1,m=04s1電子 n=4,l=1,m=0,ms=+1/2或-1/2 結(jié)論：同一原子中，不可能有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子存在，即同一原子中各個(gè)電子的四個(gè)量子數(shù)不可能完全相同。 一個(gè)軌道中只能容納2個(gè)自旋相反的電子； 各電子層的軌道數(shù)=n2 各電子層電子的最大容量=2n22022/8/535第35頁(yè)，共113頁(yè)。四、幾率密度和電子云1.幾率密度幾率：電子在核外空間出現(xiàn)機(jī)會(huì)的多少 射擊1000次中十環(huán)500次幾率50%或0.5中九環(huán)250次幾率25%或0.25脫靶1次幾率0.1%或0.001幾率密度：是指空間某處單位體積中出現(xiàn)的幾率。用2表示

15、， 2V=幾率2022/8/536第36頁(yè)，共113頁(yè)。2.電子云： 用小黑點(diǎn)的疏密來(lái)描述電子在核外空間各處的幾率密度分布所得到的空間圖象稱為電子云。-幾率密度2的空間圖象是電子云電子云等密度面圖 包含電子出現(xiàn)幾率的90%或95%哪個(gè)電子云等密度面來(lái)表示電子云的形狀叫電子云的界面圖。電子云界面圖2022/8/537第37頁(yè)，共113頁(yè)。 處于不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子，波函數(shù)各不相同，所以2也不相同，其對(duì)應(yīng)的空間圖象-原子軌道和電子云也不相同。s,p原子軌道示意圖s,p電子云輪廓圖2022/8/538第38頁(yè)，共113頁(yè)。五、波函數(shù)與電子云的分布圖 1.波函數(shù)的徑向分布與角度分布 波函數(shù)( x、y、z

16、)表示電子在核外空間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其空間圖象是原子軌道。 (x、y、z)= （r、) = R（r） Y（、） 徑向部分 角度部分2022/8/539第39頁(yè)，共113頁(yè)。氫原子基態(tài)(1S)：2022/8/540第40頁(yè)，共113頁(yè)。氫原子波函數(shù)的徑向分布圖（1s)徑向波函數(shù)圖 R(r)-r2022/8/541第41頁(yè)，共113頁(yè)。同理2srR(r)2022/8/542第42頁(yè)，共113頁(yè)。* 波函數(shù)或原子軌道的角度分布圖2022/8/543第43頁(yè)，共113頁(yè)。2.電子云的徑向與角度分布圖 幾率密度2的空間圖象是電子云 * 徑向分布圖D（r)-r 幾率=2V=24r2dr=D（r)dr D（r)

17、dr代表在半徑為r，厚度為dr的球殼內(nèi)找到電子的幾率。球殼薄層dr2022/8/544第44頁(yè)，共113頁(yè)。幾率=2dV=24r2dr =D（r)dr2022/8/545第45頁(yè)，共113頁(yè)。D(r)D(r)D(r)D(r)D(r)曲線的峰數(shù)= n-個(gè)2022/8/546第46頁(yè)，共113頁(yè)。徑向密度圖R2(r) r 2=R2（r）Y2(、)2022/8/547第47頁(yè)，共113頁(yè)。* 電子云角度分布圖Y2（,）- , Y（,）與主量子數(shù)無(wú)關(guān)，所以只要l和m相同，電子云角度分布圖就相同。2022/8/548第48頁(yè)，共113頁(yè)。3.電子云的總體空間分布圖象 將2的徑向部分R2與角度部分Y2結(jié)合

18、起來(lái)，就可得到完整的電子云2的空間分布圖。2022/8/549第49頁(yè)，共113頁(yè)。2022/8/550第50頁(yè)，共113頁(yè)。 2p態(tài):n =2 , l =1 , m = +1,0,-12022/8/551第51頁(yè)，共113頁(yè)。XY平面上的電子云密度為02022/8/552第52頁(yè)，共113頁(yè)。2022/8/553第53頁(yè)，共113頁(yè)。3d態(tài):n=3, l=22022/8/554第54頁(yè)，共113頁(yè)。2022/8/555第55頁(yè)，共113頁(yè)。2022/8/556第56頁(yè)，共113頁(yè)。*3-2 核外電子的排布和元素周期系一、多電子原子的能級(jí)二、核外電子排布的原則三、原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期系2

19、022/8/557第57頁(yè)，共113頁(yè)。一、多電子原子的能級(jí)1.鮑林的原子軌道近似能級(jí)圖A. 對(duì)于氫原子（單電子原子) 核外的一個(gè)電子只受核的吸引，E只與n有關(guān)E1E2E3E4 En Ens=Enp=End=Enf2022/8/558第58頁(yè)，共113頁(yè)。B、多電子原子 核外電子不僅受到核的吸引，而且彼此間也存在著相互排斥。E與n,l有關(guān)，其能級(jí)的高低次序由光譜實(shí)驗(yàn)確定。鮑林近似能級(jí)圖2022/8/559第59頁(yè)，共113頁(yè)。 說(shuō)明1.能級(jí)組與周期對(duì)應(yīng)；2.此能級(jí)圖只反映了同一原子內(nèi)各原子軌道的能級(jí)高低順序。鮑林近似能級(jí)圖2022/8/560第60頁(yè)，共113頁(yè)。特點(diǎn)： 能級(jí)組間能量差大，能級(jí)

20、組內(nèi)能量差小 簡(jiǎn)并軌道能量相同（3個(gè)p，5個(gè)d，7個(gè)f） l相同，n越大能量越高。例：E2PE3PE4P n相同，l越大能量越高。例：E4sE4pE4dE4f n和l同時(shí)變動(dòng)時(shí)，發(fā)生能級(jí)交錯(cuò) EnsE(n-2)fE(n-1)dEnp E6sE4fE5dE4s 能級(jí)交錯(cuò)2022/8/568第68頁(yè)，共113頁(yè)。電子能級(jí)分組表-徐光憲的（n+0.7l)近似規(guī)律原子軌道n+0.7l能級(jí)組組內(nèi)狀態(tài)數(shù)1s1.022s2p2.02.783s3p3.03.784s3d4p4.04.44.7185s4d5p5.05.45.7186s4f5d6p6.06.16.46.7327s5f6d7.07.17.4未完20

21、22/8/569第69頁(yè)，共113頁(yè)。4.科頓原子軌道能級(jí)圖52022/8/570第70頁(yè)，共113頁(yè)。 隨原子序數(shù)的增加，核電荷對(duì)電子的引力增強(qiáng)，軌道能量降低。15-20號(hào)元素：E4sE3d 一些元素的原子軌道能級(jí)排列順序與鮑林的近似能級(jí)圖不一致.2022/8/571第71頁(yè)，共113頁(yè)。二、核外電子排布三原則1.能量最低原理：電子在原子軌道上的分布，要盡可能地使電子的能量為最低。2.保里不相容原理：每個(gè)原子軌道最多只能容納2個(gè)自旋方向相反的電子?；蛘?同一原子中,不可能有兩個(gè)電子處于完全相同的狀態(tài)。3.洪特規(guī)則：在n和l相同的簡(jiǎn)并軌道上分布的電子，將盡可能分占m不同的軌道。 洪特規(guī)則特例：

22、同一亞層，當(dāng)電子分布為全滿、半滿或全空時(shí)，原子最穩(wěn)定。 全充滿 p6，d10，f14 半充滿 p3， d5， f7 全 空 p0， d0， f02022/8/572第72頁(yè)，共113頁(yè)。思考: 24Cr 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d4 4s2 ？ 29Cu 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d9 4s2 ？ 24Cr 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1 29Cu 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s17N:1s22s22p3 電子分布式 軌道表示式2022/8/573第73頁(yè)，共113頁(yè)。 為了方便和突出電子的排布特點(diǎn)，常將內(nèi)層已達(dá)

23、到稀有氣體電子結(jié)構(gòu)的部分寫成“原子實(shí)”，用稀有氣體元素符號(hào)加括號(hào)表示。如： 26Fe 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2 Ar 3d6 4s2 3d6 4s2-為價(jià)電子層構(gòu)型價(jià)電子層-價(jià)電子ns+np,(n-1)d+ns所在亞層47Ag:4d105s12022/8/574第74頁(yè)，共113頁(yè)。 電子分布式 價(jià)電子層構(gòu)型82Pb:Xe4f145d106s26p2 6s26p235Br:Ar3d104s24p5 4s24p5注：價(jià)電子層中的電子并非全是價(jià)電子價(jià)電子的電離順序：npns(n-1)d(n-2)f價(jià)電子的填充順序：ns(n-2)f(n-1)dnp練習(xí)：P118 132

24、022/8/575第75頁(yè)，共113頁(yè)。三、原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期系周期能級(jí)組能級(jí)組內(nèi)各原子軌道元素?cái)?shù)目11s222s,2p833s,3p844s,3d,4p1855s,4d,5p1866s,4f,5d,6p3277s,5f,6d,7p未完2022/8/576第76頁(yè)，共113頁(yè)。周期數(shù)=最外電子層的主量子數(shù)=最高能級(jí)組所在的組數(shù)。26Fe: Ar 3d6 4s2 各周期元素的數(shù)目=相應(yīng)能級(jí)組中原子軌道所能容納的電子總數(shù)。思考：為什么原子的最外層最多只有8個(gè)電子， 次外層最多只有18個(gè)電子？ 1.原子的電子層結(jié)構(gòu)與周期的關(guān)系2022/8/577第77頁(yè)，共113頁(yè)。2.原子的電子層結(jié)構(gòu)與族

25、的關(guān)系7個(gè)主族（A），7個(gè)副族（B），零族，族2022/8/578第78頁(yè)，共113頁(yè)。主族元素：族數(shù)=原子最外電子層的電子數(shù)(ns+np)=該族元素的最高氧化數(shù)（化合價(jià)）副族元素 B-B族數(shù)=(n-1)d+ns的電子數(shù) B、B族數(shù)=最外層電子數(shù)ns1-2 參加反應(yīng)的電子除了最外層的ns電子外，還有次外層的d電子。2022/8/579第79頁(yè)，共113頁(yè)。3.原子的電子層結(jié)構(gòu)與元素的分區(qū)IAIIABVIIB、VIIIIBBOA VIIALa 系A(chǔ)c 系S區(qū)d區(qū)ds區(qū)p區(qū)f區(qū)2022/8/580第80頁(yè)，共113頁(yè)。2022/8/581第81頁(yè)，共113頁(yè)。s區(qū)元素：最后一個(gè)電子排在s軌道上，價(jià)

26、電子構(gòu)型為 ns12，包括堿金屬和堿土金屬.p區(qū)元素：最后一個(gè)電子排在p軌道上，價(jià)電子構(gòu)型為ns2np16，包括A A 和零族。d區(qū)元素：最后一個(gè)電子排在次外層的d軌道上，價(jià)電子構(gòu)型為 (n-1)d19ns12，包括B B和。ds區(qū)元素：價(jià)電子構(gòu)型為(n-1)d10ns12，包括IB、B ，它與s區(qū)不同，它的次外層d軌道上充滿電子。f區(qū)元素：最后一個(gè)電子排在倒數(shù)第三層的f軌道上，價(jià)電子構(gòu)型一般為(n-2)f114ns2，包括La系和Ac系。2022/8/582第82頁(yè)，共113頁(yè)。3-3 元素基本性質(zhì)的周期性 由于原子電子層結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)周期性，因此與電子層結(jié)構(gòu)有關(guān)的元素的基本性質(zhì)如：原子半徑、電離

27、能、電子親合能、電負(fù)性等也呈現(xiàn)明顯的周期性。一、原子半徑 理論上，原子半徑是指最外層電子到原子核的距離。因電子的運(yùn)動(dòng)無(wú)固定軌道，無(wú)法測(cè)單個(gè)原子半徑，測(cè)整塊物質(zhì)。2022/8/583第83頁(yè)，共113頁(yè)。1.原子半徑的類型 原子的共價(jià)半徑：同種元素的兩個(gè)原子以共價(jià)單鍵連接時(shí)，它們核間距離的一半叫原子的共價(jià)半徑。 金屬半徑：把金屬晶體看成是由球狀的金屬原子堆積而成，假定相鄰兩原子彼此接觸，則其核間距的一半就是該原子的金屬半徑。2022/8/584第84頁(yè)，共113頁(yè)。共價(jià)半徑 d = 2 r共金屬半徑 d = 2 r金范德華半徑 d = 2 r范 范德華半徑：當(dāng)兩個(gè)原子之間只靠分子間作用力相互接近

28、時(shí)（如稀有氣體的單原子分子），兩原子之間核間距離的一半就叫范德華半徑。2022/8/585第85頁(yè)，共113頁(yè)。2.原子半徑的周期性2022/8/586第86頁(yè)，共113頁(yè)。 同周期的主族元素,自左向右，元素的有效核電荷數(shù) ，原子半徑 同周期的副族元素,自左向右，元素的有效核電荷數(shù) ( 增大的幅度較小 )，原子半徑 （減小的幅度比主族小得多） 同主族元素由上而下，n （即電子層數(shù)增加），原子半徑 同副族元素由上而下半徑增大的幅度較小，特別是第五、六周期的同族元素，原子半徑很相近(鑭系收縮，P107）。2022/8/587第87頁(yè)，共113頁(yè)。1.定義 某元素一個(gè)基態(tài)的氣態(tài)原子失去一個(gè)電子形成正

29、一價(jià)的氣態(tài)離子時(shí)所需要的能量叫做這種元素的第一電離能。常用符號(hào)I1表示，單位kJmol-1。 M(g)-e-M+(g) I1 ；M+(g)- e- M2+(g）I22.作用I是衡量元素金屬性的一種尺度。I越小表示元素的原子越易失電子，金屬性越強(qiáng)。用于說(shuō)明元素通常呈現(xiàn)的價(jià)態(tài) 同一元素的電離能： I1 I2 I3 二、電離能2022/8/588第88頁(yè)，共113頁(yè)。根據(jù)各級(jí)電離能差值的大小確定氧化態(tài)。P1112022/8/589第89頁(yè)，共113頁(yè)。3.影響電離能大小的因素 電離能的大小主要取決于原子的核電荷、原子半徑及原子的電子層結(jié)構(gòu)2022/8/590第90頁(yè)，共113頁(yè)。 核電荷及原子半徑主

30、族元素：同周期，從左到右，I1增大 同族，從上到下，I1減小過(guò)渡元素：I1變化不大，總趨勢(shì)是從左到右I1 略有增加 * 電子層結(jié)構(gòu)的影響A 各周期末尾的稀有氣體電離能最大；B 同周期，I總趨勢(shì)增大，但有反常2022/8/591第91頁(yè)，共113頁(yè)。I1（B）I1（Be) I1（O）I1（N) 2s22p1 2s2 2s22p4 2s22p3 B、O等失電子后最外層軌道成為全滿、半滿或全空的結(jié)構(gòu)，所需能量小。 Be、N等因結(jié)構(gòu)穩(wěn)定失電子難,故需能量高。 總之：稀有氣體（s2p6)、堿土金屬(s2)、B元素(d10s2)具有反常高的電離能。重點(diǎn)2022/8/592第92頁(yè)，共113頁(yè)。三、電子親合

31、能1.定義 某元素的一個(gè)基態(tài)的氣態(tài)原子得到一個(gè)電子形成負(fù)一價(jià)的氣態(tài)離子時(shí)所放出的能量叫做該元素的第一電子親合能。 F(g)+e-F-(g) E1=322kJmol-1; 意義：1mol氣態(tài)F原子得到1mol電子轉(zhuǎn)變?yōu)?mol氣態(tài)F-時(shí)，放出能量322kJ。 非金屬元素一般具有較大的電子親合能，E越大表示得電子傾向越大。2022/8/593第93頁(yè)，共113頁(yè)。2.E的正負(fù)值所代表的意義E10,表示元素的原子得到電子時(shí)放出能量;E10(如A),表示原子得電子時(shí)需吸收能量;一般E20,說(shuō)明負(fù)一價(jià)離子變成負(fù)二價(jià)離子要吸熱.O(g)+-O-(g) E1=141kJmol-1O-(g)+-O2-(g)

32、E2=-780kJmol-1O(g)+2-O2-(g) E=-639kJmol-1 （吸熱）2022/8/594第94頁(yè)，共113頁(yè)。3.電子親合能的周期性FCIBrI E是用來(lái)衡量元素原子得電子的難易，半徑越小，越容易得電子，E越大。同周期從左到右，E呈增大趨勢(shì)（放熱多）；同族從上到下E呈減小趨勢(shì)。2022/8/595第95頁(yè)，共113頁(yè)。* 思考：解釋E1（O）E1(S),E1(F)2.0,金屬的電負(fù)性2.0.2022/8/5100第100頁(yè)，共113頁(yè)。本章小結(jié)3-1 核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一、氫原子光譜和玻爾理論玻爾理論要點(diǎn)： 穩(wěn)定軌道；軌道能級(jí) E=-13.6/n2(ev) ；激發(fā)態(tài)原子發(fā)光的原因 玻爾理論將量子論用于原子結(jié)構(gòu)，成功地解釋了氫原子光譜是現(xiàn)狀光譜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。但不能說(shuō)明多電子原子光譜幾譜線分裂。2022/8/5101第101頁(yè)，共113頁(yè)。二、微觀粒子的波粒二象性 電子等微觀離子具有波粒二象性，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律可用薛定諤方程描述。 方程的解即為描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的波函數(shù)。其空間圖像是原子軌道。三、四個(gè)量子數(shù) 為了得到薛定諤方程的合理解，引進(jìn)三個(gè)量子數(shù)n、l、m。一組合理的n、l、m,可確定一個(gè)原子軌道。 n、l、m、ms四個(gè)量子數(shù)可確定一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 n、l兩個(gè)量子數(shù)可確定一個(gè)能級(jí)。 結(jié)論：同一原子中不可能有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全