原子結(jié)構(gòu)課件

8.1氫原子結(jié)構(gòu)8.2多電子原子結(jié)構(gòu)8.3元素周期律第八章原子結(jié)構(gòu)本章重點(diǎn)：1、氫原子光譜、能級(jí)概念、量子化概念、微觀粒子運(yùn)動(dòng)特征、核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（測(cè)不準(zhǔn)原理）2、微觀粒子波的統(tǒng)計(jì)解釋、S-電子云圖、薛定諤方程（Ψ、E）、四個(gè)量子數(shù)（n、l、m、ms）3、波函數(shù)和原子軌道函數(shù)的角度分布，幾率密度IΨI2，電子云及徑向分布圖，角度分布圖4、核外電子排布與元素周期律，泡里不相容原理，洪特規(guī)則，能量最低原理，近似能級(jí)圖，能級(jí)交錯(cuò)，原子軌道與原子序數(shù)的關(guān)系，屏蔽效應(yīng)和鉆透效應(yīng)5、元素性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，影響元素金屬性和非金屬性的因素，原子的電子層結(jié)構(gòu)，原子某些性質(zhì)的周期性6、核電荷、半徑、電離勢(shì)、電子親合能、電負(fù)性本章難點(diǎn)：1、薛定諤方程（Ψ、E）、四個(gè)量子數(shù)（n、l、m、ms）2、波函數(shù)和原子軌道函數(shù)的角度分布，幾率密度IΨI2，電子云及徑向分布圖，角度分布圖1.光和電磁輻射8.1.1氫原子光譜與Bohr理論紅橙黃綠青藍(lán)

紫2.氫原子光譜HαHβHγHδ不連續(xù)光譜,即線狀光譜其頻率具有一定的規(guī)律n=3,4,5,6式中2，n，3.289×1015各代表什么意義？經(jīng)驗(yàn)公式：氫原子光譜特征：n=3紅（Hα）n=4青（Hβ）n=5藍(lán)紫（Hγ）n=6紫（Hδ）Balmer線系原子能級(jí)Balmer線系RH：Rydberg常數(shù)，其值為2.179×10-18J。借助于氫原子光譜的能量關(guān)系式可定出氫原子各能級(jí)的能量：1924年，LouisdeBroglie認(rèn)為：質(zhì)量為m，運(yùn)動(dòng)速度為υ的粒子，相應(yīng)的波長(zhǎng)為：8.1.2電子的波粒二象性1927年，Davissson和Germer應(yīng)用Ni晶體進(jìn)行電子衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)電子具有波動(dòng)性。λ=h/mυ=h/p，h=6.626×10-34J·s，Plank常量。1.Schr?dinger方程8.1.3Schr?dinger方程與量子數(shù)2.四個(gè)量子數(shù)①主量子數(shù)n

③磁量子數(shù)m

④自旋量子數(shù)ms②角量子數(shù)n=1,2,3,……與電子能量有關(guān)，對(duì)于氫原子，電子能量唯一決定于n；不同的n值，對(duì)應(yīng)于不同的電子層：主量子數(shù)n：１２３４５…KLMNO…角量子數(shù)l：

l的取值0，1，2，3……n－1對(duì)應(yīng)著s,p,d,f…...(亞層)

l決定了ψ的角度函數(shù)的形狀。磁量子數(shù)m：m可取0，±1,±2……±l；

其值決定了ψ角度函數(shù)的空間取向。1.總能量2.波函數(shù)()0/3041,,arearΨ-=pφq()()(),,,

YrRrΨ=φqjq角度部分：()41,Y=pφq()0/3012arearR-=徑向部分：8.1.4氫原子的基態(tài)是一種球形對(duì)稱分布角度部分徑向分布函數(shù)D(r)：空間微體積試問(wèn)D(r)與ψ2的圖形有何區(qū)別?1.2s態(tài)：n=2,l=0,m=08.1.5氫原子的激發(fā)態(tài)+－30°60°θ3.3d態(tài)：n=3,l=2,m=0,小結(jié)：量子數(shù)與電子云的關(guān)系

n：決定電子云的大小

l：描述電子云的形狀

m：描述電子云的伸展方向8.2.1多電子原子軌道能級(jí)8.2多電子原子結(jié)構(gòu)8.2.2核外電子排布軌道：與氫原子類似，其電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可描述為1s,2s,2px,2py,2pz,3s…能量：與氫原子不同,能量不僅與n有關(guān),也與l有關(guān);在外加場(chǎng)的作用下,還與m有關(guān)。8.2.1多電子原子軌道能級(jí)1.Pauling近似能級(jí)圖2.Cotton原子軌道能級(jí)圖

n

相同的氫原子軌道的簡(jiǎn)并性。原子軌道的能量隨原子序數(shù)的增大而降低。隨著原子序數(shù)的增大，原子軌道產(chǎn)生能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象。3.屏蔽效應(yīng)+2e-e-He+2e-He+2-σe-假想He由核外電子云抵消一些核電荷的作用。屏蔽效應(yīng)：σ為屏蔽常數(shù)，可用Slater經(jīng)驗(yàn)規(guī)則算得。Z－σ=Z*，Z*——有效核電荷數(shù)進(jìn)入原子內(nèi)部空間，受到核的較強(qiáng)的吸引作用。2s,2p軌道的徑向分布圖3d與4s軌道的徑向分布圖4.鉆穿效應(yīng)核外電子分布三規(guī)則：最低能量原理電子在核外排列應(yīng)盡先分布在低能級(jí)軌道上,使整個(gè)原子系統(tǒng)能量最低。

Pauli不相容原理每個(gè)原子軌道中最多容納兩個(gè)自旋方式相反的電子。

Hund

規(guī)則在n和l相同的軌道上分布的電子,將盡可能分占m值不同的軌道,且自旋平行。8.2.2核外電子排布半滿全滿規(guī)則：當(dāng)軌道處于全滿、半滿時(shí)，原子較穩(wěn)定。Z=26Fe：1s22s22p63s23p63d64s2N：1s22s22p3原子芯8.3.1原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期系8.3元素周期律8.3.2元素性質(zhì)的周期性8.3.1原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期系

元素周期律：元素以及由它形成的單質(zhì)和化合物的性質(zhì)，隨著元素的原子序數(shù)(核電荷數(shù))的依次遞增，呈現(xiàn)周期性的變化。元素周期表(長(zhǎng)表)：周期號(hào)數(shù)等于電子層數(shù)。各周期元素的數(shù)目等于相應(yīng)能級(jí)組中原子軌道所能容納的電子總數(shù)。主族元素的族號(hào)數(shù)等于原子最外層電子數(shù)。s區(qū)—ns1－2p區(qū)—ns2np1－6d區(qū)—(n－1)d1－10ns1－2(Pd無(wú)s電子)f區(qū)—(n－2)f1－14(n－1)d0－2ns2結(jié)構(gòu)分區(qū)：量子數(shù)，電子層，電子亞層之間的關(guān)系每個(gè)亞層中軌道數(shù)目135726101428182n2每個(gè)亞層最多容納電子數(shù)每個(gè)電子層最多

容納的電子數(shù)主量子數(shù)n1234電子層KLMN角量子數(shù)l0123電子亞層spdf1.有效核電荷Z*元素原子序數(shù)增加時(shí)，原子的有效核電荷Z*呈現(xiàn)周期性的變化。同一周期：短周期：從左到右，Z*顯著增加。長(zhǎng)周期：從左到右，前半部分有Z*增加不多，后半部分顯著增加。同一族：從上到下，Z*增加，但不顯著。8.3.2元素性質(zhì)的周期性2.原子半徑（r）共價(jià)半徑

vander

Waals

半徑主族元素：從左到右r減?。粡纳系较聄增大。過(guò)渡元素：從左到右r緩慢減小；

從上到下r略有增大。金屬半徑主族元素

元素的原子半徑變化趨勢(shì)鑭系元素從左到右，原子半徑減小幅度更小，這是由于新增加的電子填入外數(shù)第三層上，對(duì)外層電子的屏蔽效應(yīng)更大，外層電子所受到的Z*增加的影響更小。鑭系元素從鑭到鐿整個(gè)系列的原子半徑減小不明顯的現(xiàn)象稱為鑭系收縮。3.電離能基態(tài)氣體原子失去電子成為帶一個(gè)正電荷的氣態(tài)正離子所需要的能量稱為第一電離能，用I

1表示。由+1價(jià)氣態(tài)正離子失去電子成為帶+2價(jià)氣態(tài)正離子所需要的能量稱為第二電離能，用I

2表示。E+(g)

E

2+(g)+e-I

2E(g)

E+(g)+e-I

1例如：N、P、As、Sb、Be、Mg電離能較大——半滿，全滿。同一主族：從上到下，最外層電子數(shù)相同；Z*增加不多，r增大為主要因素，核對(duì)外層電子引力依次減弱，電子易失去，I依次變小。同一周期：主族元素從ⅠA到鹵素，Z*增大，r減小，I增大。其中ⅠA的I1最小，稀有氣體的I1最大；長(zhǎng)周期中部(過(guò)渡元素)，電子依次加到次外層，Z*增加不多，r減小緩慢，I略有增加。4.電子親和能

元素的氣態(tài)原子在基態(tài)時(shí)獲得一個(gè)電子成為一價(jià)氣態(tài)負(fù)離子所放出的能量稱為電子親和能。當(dāng)負(fù)一價(jià)離子再獲得電子時(shí)要克服負(fù)電荷之間的排斥力，因此要吸收能量。O

(g)

+e-O-(g)A1

=-140.0kJ.mol-1O-(g)

+e-

O2-(g)A2

=844.2kJ.mol-1電子親和能的大小變化的周期性規(guī)律如下圖：例如：

同一周期：從左到右，Z*增大，r減小，最外層電子數(shù)依次增多，趨向于結(jié)合電子形成8電子結(jié)構(gòu)，A的負(fù)值增大。鹵素的A呈現(xiàn)最大負(fù)值，ⅡA為正值，稀有氣體的A為最大正值。

同一主族：從上到下，規(guī)律不很明顯，大部分的A負(fù)值變小。特例：A(N)為正值，是p區(qū)元素中除稀有氣體外唯一的正值。A的最大負(fù)值不出現(xiàn)在F原子而是Cl原子。原子