电子层和电子亚层20100324

1、原子结构原子结构尹明轩尹明轩三、能层（电子层）和能级（电子亚层）三、能层（电子层）和能级（电子亚层）1 1、能层、能层 在多电子原子的原子核外电子的能量是不相同在多电子原子的原子核外电子的能量是不相同的。按电子的能量不同，可将核外电子分成不同的。按电子的能量不同，可将核外电子分成不同的能层，并有符号的能层，并有符号K K、L L、M M、N N、O O、P P、Q Q表示。表示。v原子核外每一层最多容纳的电子数如下：原子核外每一层最多容纳的电子数如下：能层能层一一二二三三四四五五六六 七七符号符号K KL L M MN NO OP PQ Q最多电子数最多电子数2 28 818183232505

2、0 2n2n2 22 2、能级、能级 理论研究证明，在多电子原子中，同一能层的电子能理论研究证明，在多电子原子中，同一能层的电子能量也可能不同，还可以把它们分成能级。就好比能层是量也可能不同，还可以把它们分成能级。就好比能层是楼层，能级就是楼的台阶。能级的符号和所能容纳的点楼层，能级就是楼的台阶。能级的符号和所能容纳的点子数如下：子数如下： 能层能层K KL L M MN NO O 符号符号1s1s 2s2s 2p2p 3s3s 3p3p 3d3d 4s4s 4p4p 4d4d 4f4f 5s5s 5p5p 5d5d 最多电子数最多电子数2 22 26 62 26 610102 26 6101

3、0 14142 26 61010 s s 轨道轨道四、原子轨道zzyyxxp p 轨道轨道d d 轨道轨道 f f 轨道轨道 ( ( l l = 3, = 3, m m = +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3 ) = +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3 ) : : m m 七种取值七种取值, , 空间七种取向空间七种取向, , 七条等价七条等价( (简并简并) ) f f 轨道轨道. .本课程不要求记住本课程不要求记住 f 轨道轨道具体形状具体形状!电子自旋方向电子自旋方向 描述电子绕自轴旋转的状态描述电子绕自轴旋转的状态 自旋运动使电子具有类似于微磁体的行为自

4、旋运动使电子具有类似于微磁体的行为 分别用分别用和和表示表示 想象中的电子自旋想象中的电子自旋 两种可能的自旋方向两种可能的自旋方向: : 正向正向(+1/2)(+1/2)和反向和反向(-1/2)(-1/2) 产生方向相反的磁场产生方向相反的磁场 相反自旋的一对电子相反自旋的一对电子, , 磁场相互抵消磁场相互抵消. . Electron spin visualizedMagnetic fieldscreenSmall clearance spaceSilver atomic raykiln五、核外电子排布原则五、核外电子排布原则最低能量原理：基态原子中，电子总是优先占据能量较低的最低能量原理

5、：基态原子中，电子总是优先占据能量较低的轨道。轨道。泡利不相容原理：一条轨道最多容纳两个自旋相反的电子。泡利不相容原理：一条轨道最多容纳两个自旋相反的电子。洪特规则洪特规则 ( (HundsHunds rule rule) )：在：在等价等价轨道上，电子将尽先分轨道上，电子将尽先分占各轨道，且自旋平行。（量子力学理论已证明：原子中自旋平占各轨道，且自旋平行。（量子力学理论已证明：原子中自旋平行电子的增多有利于能量的降低）行电子的增多有利于能量的降低）填充填充： 填充填充： 推知：等价轨道半充满（推知：等价轨道半充满（s s1 1, p, p3 3, d, d5 5, f, f7 7） 全充满（

6、全充满（s s, p, p, d, d1010, f, f1414） 全全 空空（s s, p, p, d, d, f, f）此时体系能量较低，状态较稳定此时体系能量较低，状态较稳定1 Pauling近似能级图电子排布顺序：电子排布顺序：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6第一能级组第2能级组第3能级组第3能级组第5能级组第6能级组第3能级组(或或 Ar3d104s1 )电子分布式电子分布式: :1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s122626 101s 2s 2p

7、 3s 3p 4s 3d 4p226262能级填充能级填充: :24Cr4不够稳定不够稳定1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p2262615稳定稳定(满足洪特规则满足洪特规则)(或或 Ar3d54s1 )电子分布式电子分布式: :1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s122626 529Cu1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 226261能级填充能级填充: :101s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p2262629不够稳定不够稳定稳定稳定(满足洪特规则满足洪特规则)外层电子构型外层电子构型: :3d54s1( (电子分布式中最后两个能级电子分布式中最后两个能级)

8、 ) 外层电子构型外层电子构型: :3d104s1（电子分布式中最后两个能级（电子分布式中最后两个能级) ) 参见周期表参见周期表(底页底页)中各元素的外层电子构型中各元素的外层电子构型(有少数例外有少数例外)3. 共价键的特征共价键的特征A: 饱和性饱和性H(1s1) Cl(3s23p5) HCl N(2s22px12py12pz1) NN 几个未成对电子只能和几个自旋方向相反的几个未成对电子只能和几个自旋方向相反的单电子配对成键。单电子配对成键。H2 NH3HCl 1s3px重叠越大，形成的键越牢固重叠越大，形成的键越牢固 共价键具有方向性共价键具有方向性。H2 1s1s 两个电子配对，就

9、是两个原子轨道发生重叠。重叠的结果两个电子配对，就是两个原子轨道发生重叠。重叠的结果是电子云密度在两核之间增大。是电子云密度在两核之间增大。 B: 方向性方向性H1sF2p2p2pFFF2H2HF电子云重叠示意图4. 共价键的类型共价键的类型a: 键键 两原子轨道两原子轨道沿键轴方向沿键轴方向进行进行同号重叠同号重叠所形成的键。所形成的键。根据轨道重叠的方向方式及重叠部分的对称性划分为不同根据轨道重叠的方向方式及重叠部分的对称性划分为不同的类型的类型头对头s spx spx px轨道重叠轨道重叠电子云分布电子云分布电子云分布电子云分布b: 键键 两原子轨道沿键轴方向两原子轨道沿键轴方向在键轴两

10、侧平行同号重叠在键轴两侧平行同号重叠所形成的键所形成的键肩并肩zpz pz xpy py x轨道重叠轨道重叠 键类型键类型 键键 键键原子轨道重叠方式原子轨道重叠方式沿键轴方向相对重叠沿键轴方向相对重叠沿键轴方向平行重叠沿键轴方向平行重叠原子轨道重叠部位原子轨道重叠部位两原子核之间，两原子核之间，在键轴处在键轴处键轴上方和下方，键轴上方和下方，键轴处为零键轴处为零原子轨道重叠程度原子轨道重叠程度大大小小键的强度键的强度较大较大较小较小化学活泼性化学活泼性不活泼不活泼活泼活泼键键和和 键键的特征比较的特征比较 两原子间若只形成一个共价键，一定是两原子间若只形成一个共价键，一定是键；键； 两原子间

11、若形成多个共价键，其中一个是两原子间若形成多个共价键，其中一个是键，其余为键，其余为 键。键。 如如N N2 2、CHCH2 2CHCH2 2、CHCHCHCH；例例：H2 1s1 1s1s 1个个 键键Cl2 3s23p5 3px3px 1个个 键键HCl 1s 3px 1个个 键键N2 2s22p3 2px2px 1个个 键键 2py2py 1个个 键键 2pz2pz 1个个 键键 三个共价键三个共价键NN2 2分子中的分子中的3 3个共价键为什么不全是个共价键为什么不全是键呢？键呢？ 配位键与共价键的区别与联系：配位键与共价键的区别与联系：两者的形成过程不同，但两者的形成过程不同，但配位

12、键一旦形成，其结果与共价键没有区别。是一种特殊的配位键一旦形成，其结果与共价键没有区别。是一种特殊的共价键。共价键。 如铵根：如铵根：配位键形成条件：配位键形成条件：一方有空轨道，另一方有孤对电子。一方有空轨道，另一方有孤对电子。 NHHHHNHHHH二、二、 杂化轨道理论杂化轨道理论 形成分子时，同一原子中的若干不同类型、能量相近的形成分子时，同一原子中的若干不同类型、能量相近的原子轨道混合起来，重新分配能量和调整空间方向组成数目原子轨道混合起来，重新分配能量和调整空间方向组成数目相同、能量相等的新的原子轨道，这种混合平均化的过程称相同、能量相等的新的原子轨道，这种混合平均化的过程称为原子轨

13、道的为原子轨道的“杂化杂化” 1. 杂化轨道概念杂化轨道概念杂化轨道杂化轨道：杂化后所形成的若干新原子轨道。：杂化后所形成的若干新原子轨道。sp型杂化型杂化 ： 同一原子的同一原子的1个个s 轨道与轨道与p 轨道进行的杂化。轨道进行的杂化。有：有： sp3 sp2 sp 2.杂化轨道理论的要点杂化轨道理论的要点(1) 发生轨道杂化的原子一定是发生轨道杂化的原子一定是中心原子中心原子；(2) 参加杂化的各原子轨道参加杂化的各原子轨道能量要相近能量要相近（同一能级组或（同一能级组或 相近能级组的轨道）；相近能级组的轨道）；(3) 杂化前后原子轨道数目不变：参加杂化的轨道数目杂化前后原子轨道数目不变

14、：参加杂化的轨道数目 等于等于形成的杂化轨道数目；但杂化轨道在成键时更形成的杂化轨道数目；但杂化轨道在成键时更 有利于轨道间的重叠有利于轨道间的重叠；(4) 杂化轨道在杂化轨道在空间构型空间构型上都具有一定的上都具有一定的对称性对称性 （以减小化学键之间的排斥力）。（以减小化学键之间的排斥力）。+每个每个sp杂化轨道的形状为杂化轨道的形状为一头大，一头小，一头大，一头小，含有含有1/2 s 轨道和轨道和1/2 p 轨道的成分轨道的成分两个轨道间的夹角为两个轨道间的夹角为180，呈，呈直线型直线型sp杂化轨道杂化轨道1个s轨道和1个p轨道杂化，杂化后得到呈直线分布的2个轨道，总称sp杂化轨道杂化

15、轨道。180实验测得实验测得: 两个共价键，直线形分子（键角两个共价键，直线形分子（键角180） ClBeCl(1) BeCl2分子的形成分子的形成 Be原子：原子：1s22s2 没有单个电子，没有单个电子，ClClBeBeCl2分子结构分子结构ClClsppxpx 规律规律：第：第A族元素与第族元素与第A族元素所形成的族元素所形成的MX2型共价型共价化合物，中心原子采取化合物，中心原子采取sp杂化。如杂化。如BeBr2、HgCl2。 ClBeCl26三个sp2杂化轨道BF3分子的形成：分子的形成： 实验测得，三个共价键，平面三角形分子（键角实验测得，三个共价键，平面三角形分子（键角120）。B原子：原子：1s22s22p1120FFFB规律规律：第：第A族元素与第族元素与第A族元素所形成的族元素所形成的MX3型型共价化合物，中心原子采取共价化合物，中心原子采取sp2杂化。如杂化。如BBr3。 第第A族元素与第族元素与第A族、族、A族元素所形成的族元素所形成的MX4型型共价化合物，中心原子采取共价化合物，中心原子采取sp3杂化。如杂化。如CH4、CCl4、SiF4、CHCl3。 等性杂化等性杂化不等性杂化不等性杂化CCl4分子空间造型分子空间造型3. 等性杂化与不等性杂化等性杂化与不等性杂化等性