原子結構和元素周期系

第1章原子結原子結構理論的發(fā)展原子的量子力學原子的電子層結構與元素周原子結構與元素性質(zhì)的原子結構理論的發(fā)展英國物理學

湯姆森1884年擔任著名

1906年獲 物理獎英國物理學家盧瑟福

1895年在大學攻讀博士學1908年獲得化學1919年湯姆森擔任卡文迪許。丹麥物理學家玻爾(Niels1885年生于丹麥1911年獲得博 構造》，創(chuàng)立了原子結構理論1922年獲 物理獎1“玻爾理論”的要各能級間能量是不連續(xù)的，即量子2、應用“玻爾理論”解釋H氫原子光譜實驗示奧地利物理學家薛定鍔基本方程，即著名的薛定鍔方程2228

(EV)原子的量子力學微觀粒子的光的波粒 科學家愛因

光具有波粒二電子運動的法國物理學家德布羅

1、波粒二象1927年被電子衍射實驗2、 原森堡提出測原理，即對具有波粒二象性的們在某瞬間的位置和速（或動量）德國科學家海電子的運動狀態(tài)的現(xiàn)1、薛定鍔2228x2y2zΨ：波函數(shù)m:微粒的質(zhì)量

(EV)

h普朗克常數(shù)其值為6.63×10-34Js2、波函數(shù)2228 (x,y,

(EV)0(r,,) y(r,,)R(r)()()R(r)YR(r)：徑向波函 Y(,)：角度波函為了得到電子運動狀態(tài)合理的解，必須只能主量子數(shù)角量子數(shù)：l0,1,2…,(n-磁量子數(shù)：m用一組合理的參數(shù)代入方程,可得R(r),Y(,二者相乘可得Ψ,是一系列三變量、三參數(shù)的函數(shù)n,l,m(r,,)R(r)()()R(r)Y(,)3、概率密離核半殼層概率=r處的概率密度rr離核距離為的球殼薄層示意 氫原子1s電子的殼層率與離核半徑的電子等密度角量子數(shù)的電子亞層。取值范圍：l0~n-1之間的l0123…l值符spdf…nl亞層原子軌101s223344單電子原子n相同，l不同：l,E 磁量子數(shù) 伸展方 1 - 3 -2,- 5

原子spx,py,dxy,dyz,dxz,dx2-y2,注意：上表中只m0與空間伸展方向有對應關系，分別對應pzdz2原子軌道。定一個原子軌道，用符號nlm表示。等價軌道或簡并軌道2px,2py,2pz三個軌道自旋量子數(shù)a.+1/2-b.自旋方向：用“”或“”來表由n,l,m,ms四個量子數(shù)可以描述核外電子的運動狀態(tài)根根據(jù)四個量子數(shù)的值可以說明電子層最多能容納的電例如：當n=3時l012m0--2,-軌道135容納電26容納的電子總 原子軌道和電子云的z例z

3cosRcos

的角 z

z

0

-

-

-

-xspd原子軌道的角度分布極值方節(jié)面，在此平Y=spd電子云的角度分布 極值節(jié)面，在此平面上==原子軌道和電子云的角度分電子 圖形符號均為正

原子的多電子原子1、鮑林近對和前的核試驗而獲 上迄今為止唯一兩次單獨獲獎的科學家 規(guī)律圖 圖相同同ns<np<nd不同相同n大時E高不同不同能級交錯家徐光憲提出(n+0.7l)經(jīng)驗如 E4s= E3d=E3d>2 效Z*：電子實際所受到的核電荷，稱為有效Z*Z稱為 效應示斯萊將電子分成以下幾個(1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)外組電子對內(nèi)組電子 作用 作用，＝0.35,但1s軌道 (n-1)層各電子對n層電子 作用＝0.85(n-2)以內(nèi)各層電子對n層電子 作用＝1.00 的是nd或nf電子，則位于其前面軌道各 作用＝1.00?？紤]鉀原子的電子排1s22s22p63s23p63d1 Z*=1.001s22s22p63s23p64s1 核電荷Z*=2.20Z*電子能量E4s<E3d,鉀原子采鮑林近似能級圖的不因此：H的3s軌道能量>Na的3s軌道能量對于19K:E3d>E4s 對于21Sc:E4s>E3d 4s電子，再失去3d電子。判斷失電子次序的(n+0.4l)經(jīng)驗規(guī)則例：26Fe：1s22s22p63s23p63d64s2,當Fe原子成鍵3d4s的(n+0.4l E4s= E3d=E4sE3d，所4s電子核外電子排1、能量最低電子的填充是按照近似能級圖中各能級的由低到高填2、泡利不相容原例n=2l=1m=-1ms=+1/2n=2l例21m1ms2全充滿：p6或d10或f14 全空：p0或d0或f0半充滿：p3或d5或f7例：24Cr：1s22s22p6例：24Cr：1s22s22p6 原子實例：24Cr：[Ar]

原子的電子結構和元電子排布式（電子結構式和電子構型24Cr：1s22s22p6原子實表示式24Cr：[Ar]

24Cr：3d2軌道上兩個電子n=3l=2m=0 n=3l=2m=0ms=- 每一新電子層對

一個電子層數(shù)=周期數(shù)（七個周期各周期中元素的數(shù)目=相應能級組中原子軌能級1234567周1234567元素個288未充電子層數(shù)不同,但原子的最外層電子結構相似。主族族數(shù)=最外層電子總副族族數(shù)=最外層電子數(shù)+未充滿的次外層d電子（VIIIB有例外區(qū) 最外層電子構s ns1-p ns2np1-

IA,(n-1)d1-9ns1-IIIB~ds(n-1)d10ns1-IB,f鑭系,11Na：1s22s22p612Mg：1s22s22p63s225Mn：1s22s22p63s23p63d54s2

15P：1s22s22p63s229Cu：1s22s22p6原子結構與元素性質(zhì)的原子原子電離電負變化規(guī)律：同一短周期：Z增大，Z*增大顯著

原子序同一長周期：d區(qū)元素，Z增大，Z*增幅較小。同族：從上到下，Z*增幅小。原子r幾種時，其核間距的一半為共價半徑。積而成,兩金屬原子核間距的一半即為金屬半徑。,原子序變化規(guī)同一短周期：Z增大，半徑變小同一長周期：d區(qū)元素，Z增大，半徑變小的幅度同一族：從上到下，半徑增大鑭系元素：鑭系收縮，半徑減小更加緩電離變化規(guī)律：同一元素：I1I2I3

原子序同一短周期：從左到右，電離能增大。例外：B<Be, O<N,…?同一長周期：d區(qū)元素，從左到右，電離能增大，增幅較小。NOS定義：M(g)+ M+ 注意：|EA1| F<Cl，O< 因為F和O的電子密度電負衡量原子在分子中吸引電子能力的強弱。X則該鮑林電負性概念規(guī)定氟的電負性最大，莫立根的電負性標度2XM1(I2iii）阿雷德-羅丘電負性標度通常采用鮑林電負性原子1.4.2元素的金屬性和非金元素的電負性變化規(guī)同一主族：從上到下，增強，非金屬性減弱。1.4.3氧化確定氧化值的原在單質(zhì)中元素