药学专科自考-原子结构

1、第七章第七章 原子结构原子结构第一节第一节 核外电子运动状态核外电子运动状态第二节第二节 电子结构与元素周期律电子结构与元素周期律2022-4-3023长期以来，长期以来，人们为了知人们为了知道物质的性道物质的性质的内在原质的内在原因进行了不因进行了不断地探索，断地探索，当人们逐步当人们逐步揭示物质内揭示物质内部结构的奥部结构的奥秘时，才知秘时，才知道物质的性道物质的性质与它内部质与它内部的结构密切的结构密切相关相关。原子原子原子核原子核核外电子核外电子质子（质子（Z）中子中子(N)( + )( - )( + )原子组成的回顾原子组成的回顾核内质子数核电荷数核外电子数核内质子数核电荷数核外电子

2、数原子的质量数（原子的质量数（A）质子数（）质子数（Z）中子数（）中子数（N）5（化学变化前后（化学变化前后质量守恒质量守恒） 如：如：2H2H2 2+ O+ O2 2 = 2H = 2H2 2O O2022年4月30日14时20分核外电子的特点核外电子的特点(1)(1)质量小，质量小， 带负电荷。带负电荷。(2)(2)运动范围小（原子直径运动范围小（原子直径约约1010-10-10m m）。）。(3)(3)绕核作高速运动（接近绕核作高速运动（接近光速），无确定的轨道。光速），无确定的轨道。例如：氢原子核外一个电子的运动例如：氢原子核外一个电子的运动电子出现的机会电子出现的机会 电子在这些区电

3、子在这些区域出现的机会域出现的机会大于大于90%90%基态氢原子电子云图基态氢原子电子云图一、电子云的概念一、电子云的概念 以黑点疏密程以黑点疏密程度来形象地表示度来形象地表示电子在空间几率电子在空间几率密度分布的图形，密度分布的图形，称为电子云图。称为电子云图。 要准确描述电子的运动状态，需要四个参数才能说明电要准确描述电子的运动状态，需要四个参数才能说明电子离核的远近，能量的高低，运动的区域。这四个参数常用子离核的远近，能量的高低，运动的区域。这四个参数常用n n、l l 、m m和和msms表示，表示，n,ln,l、m m和和msms被称为量子数。被称为量子数。二、核外电子运动状态的描述

4、二、核外电子运动状态的描述主量子数（主量子数（n n）1 2 3 4 5 6 7.1 2 3 4 5 6 7.正整数正整数电子层符号电子层符号 K L M N O P QK L M N O P Q电子能量电子能量 低低 高高离核距离离核距离 近近 远远（一）主量子数（一）主量子数n n（电子层）（电子层）n n越大，电子离核平均距离越远，能量越高越大，电子离核平均距离越远，能量越高二、核外电子运动状态的描述二、核外电子运动状态的描述2022-4-3012（二）角量子数（二）角量子数（l l）角量子数l的意义描述原子轨道的形状描述同一电子层的不同亚层描述能量的差异二、核外电子运动状态的描述二、核

5、外电子运动状态的描述13不同的不同的l l，电子云的形状不同，电子云的形状不同l=0l=0，s s轨道轨道l=1l=1，p p轨道轨道l=2l=2 ，d d轨道轨道1. l1. l的每个值可表示一种形状的原子轨道（或电子云）的每个值可表示一种形状的原子轨道（或电子云）l l 的取值：的取值： 0 0，1 1，2 (2 (n n-1) -1) 正整数正整数共共 n n 个整数值个整数值 ，且，且 l l n n（二）角量子数（二）角量子数（l l）二、核外电子运动状态的描述二、核外电子运动状态的描述2022年4月30日14时20分2. 2. 每个电子层最多有每个电子层最多有n n个亚层个亚层，

6、l 受受 n n 的限制的限制（二）角量子数（二）角量子数（l l）n 值值 l 取值个数取值个数 l 取值取值 符号符号n1， 1 0， 1s n2， 2 0，1， 2s，2p n3， 3 0，1，2， 3s，3p，3d n4， 4 0，1，2，3， 4s，4p，4d，4f 二、核外电子运动状态的描述二、核外电子运动状态的描述2022年4月30日14时20分 3.3.在在多电子原子多电子原子中，中，l l与与n n 一起共同决定原子轨道的能量一起共同决定原子轨道的能量（二）角量子数（二）角量子数（l l）单电子原子单电子原子，如氢原子的能量只与，如氢原子的能量只与n n有关有关 n n相同，

7、相同，l l不同：不同：E E4s4s =E =E4p4p = E = E4d4d = E = E4f 4f n n不同，不同，l l相同：相同：E E1s1sEE2s2s E E3s 3s E E4s 4s 多电子原子多电子原子，n n相同，相同，l l不同：不同：E E4s4s E E4p4p E E4d4d E E4f 4f 二、核外电子运动状态的描述二、核外电子运动状态的描述2022年4月30日14时20分磁量子数意义：描述磁量子数意义：描述原子轨道（或电子云）在核外的原子轨道（或电子云）在核外的空间取向空间取向。 磁量子数磁量子数m m的的取值：取值：m = 0, m = 0, 1,

8、 1, 2, 2, 3, 3, l l， m m与与l l有关，给定有关，给定l l，m m共有共有2 2l+1l+1个值，个值，m mll（三）磁量子数（三）磁量子数（m m）l l=0=0， m m =0=0， m m有有一个值；一个值；l l=1=1， m m = = 1，0 ，+1， m m共有共有三三个值个值；l l=2, m =2, m = 2 ，1， 0， +1，+2，m m共有共有五个值五个值l=3, m =-3l=3, m =-3， 2 2 ，11， 0 0， +1 +1，+2+2，+3+3，m m共有七个值共有七个值判断：当判断：当l=1l=1，m =2m =2是否合理？是

9、否合理？二、核外电子运动状态的描述二、核外电子运动状态的描述2022年4月30日14时20分每一个每一个m m 值，对应一个方向。值，对应一个方向。l l=0=0， m m =0=0， 一个取向，一个取向，1 1个个s s轨道；轨道；l l=1=1， m m =0,=0,1 1，三，三个伸展方向，个伸展方向，代表代表p px x , , p py y和和p pz z3 3个个p p轨道；轨道；l l=2, m =0, =2, m =0, 1, 1, 2 2 五个伸展方向，五个伸展方向，5 5个个d d轨道轨道（三）磁量子数（三）磁量子数（m m）二、核外电子运动状态的描述二、核外电子运动状态的

10、描述2022年4月30日14时20分磁量子数磁量子数( (m)m)与电子的能量无关。与电子的能量无关。（三）磁量子数（三）磁量子数（m m） m m值不影响能量。值不影响能量。n n、l l相同相同,m,m不同的原子轨道称为简并轨不同的原子轨道称为简并轨道。如：道。如：2 2p px, x, 2 2p py,y,2 2p pz z能量相同，为能量相同，为简并轨道简并轨道或或等价轨道等价轨道。n=2n=2，l=1l=1，m=0m=0，m=+1m=+1，m=-1m=-12 2p px, x, 2 2p py,y,2 2p pz z能量是否相同能量是否相同? ?二、核外电子运动状态的描述二、核外电子

11、运动状态的描述14:20 意义：意义：表表e e- -自旋方向自旋方向，与，与 n l mn l m无关无关 表示：表示：1/21/2； 表示。表示。两种方向：两种方向： 顺时针：顺时针： 逆时针：逆时针：同一原子轨道内最多只能容纳同一原子轨道内最多只能容纳两个自旋方向相反的电子两个自旋方向相反的电子同同 向向 相相 斥斥（四）自旋量子数（四）自旋量子数（m ms s）二、核外电子运动状态的描述二、核外电子运动状态的描述主量子数n(层）角量子数1（亚层）磁量子数m（轨道伸展方向）ms符号轨道数电子数电子总数1001s1222002s12811，0，+12p363003s12181 1，0 ，+

12、13p362 2, 1, 0, +1, +23d5104004s123211， 0 ，+1 4p3622 ，1， 0， +1，+24d5103 3 2 1 0 +1 +2 +34f71421212121212121212121量子数量子数与原子与原子轨道数轨道数的关系的关系2022-4-3021结论：结论： 一个轨道中只能容纳一个轨道中只能容纳2 2个自旋相反的电子；个自旋相反的电子； 各电子层的轨道数各电子层的轨道数= =n n2 2 各电子层电子的最大容量各电子层电子的最大容量=2=2n n2 2主量子数主量子数n n ：决定电子所在电子层；决定电子所在电子层；角量子数角量子数l l ：确

13、定原子轨道的形状；确定原子轨道的形状；磁量子数磁量子数m m ：确定原子轨道的空间伸展方向；：确定原子轨道的空间伸展方向；n n 和和 l l 共同决定电子的能量；共同决定电子的能量；n, l, mn, l, m 确定电子所处的轨道；确定电子所处的轨道；自旋量子数自旋量子数m ms s： 确定了电子的自旋状态；确定了电子的自旋状态；n, l, m, mn, l, m, ms s可全面描述核外电子的运动状态可全面描述核外电子的运动状态。课堂小结 ssssmmlnmmlnmmlnmmln, 1, 2, 4421, 0, 3321, 1, 2221, 0, 2,1当的量子数。当的量子数。例：给下列各

14、组填入适例：给下列各组填入适例例 题题310+1/2判断下列各组量子数合理吗？判断下列各组量子数合理吗？(1) n=3, l=3, m=+2, m(1) n=3, l=3, m=+2, ms s =+1/2 =+1/2(2) n=2, l=1, m=+1, m(2) n=2, l=1, m=+1, ms s = 1/2 = 1/2(3) n=2, l=1, m=-1, m(3) n=2, l=1, m=-1, ms s = -1 = -1(4) n=4, l=3, m=0, m(4) n=4, l=3, m=0, ms s= 1/2= 1/2(5) n=2, l=0, m=+1, m(5) n

15、=2, l=0, m=+1, ms s =+1/2 =+1/2例例 题题（2）（4）合理特别注意特别注意n l+1 n l+1 llm m 1.1.当当 l = 2 l = 2时，时，m m 的取值可为的取值可为 ( ( ) ) 。（m = 0, m = 0, 1, 1, 2 2 ）2. 2. 当当n n = = 3 3时，时，l l 的取值可为的取值可为 ( ( ) ) 。（0,1,20,1,2）3. n=43. n=4的电子层内最多可的电子层内最多可 个电子亚层，其中个电子亚层，其中d d亚层有亚层有 _ _个简并轨道个简并轨道4,54,5思思 考考 题题2022-4-30261.1.下列

16、一组量子数，哪一组是合理的下列一组量子数，哪一组是合理的( ( ）。A. n=2A. n=2，l=2l=2，m=-1 B. n=2m=-1 B. n=2，l=0l=0，m=+1m=+1C. n=3C. n=3，l=1l=1，m=+1 D. n=2m=+1 D. n=2，l=3l=3，m=+2m=+22. M2. M电子层最多可容纳的电子数为电子层最多可容纳的电子数为 。3. 3. 在多电子原子中，具有下列各组量子数的电子中能量在多电子原子中，具有下列各组量子数的电子中能量最高的是最高的是( ( ) )。 A.A. 3 3，2 2，+1+1，+1/2 B. 3+1/2 B. 3，0 0，0 0，

17、-1/2-1/2C. 3C. 3，1 1，0 0，-1/2 D. 3-1/2 D. 3，1 1，-1-1，-1/2-1/2练练 习习C 18A（一）（一）屏蔽效应和钻穿效应屏蔽效应和钻穿效应三、多电子原子轨道能级三、多电子原子轨道能级在多电子原子中，一个电子不仅受到原子核的引力，还受在多电子原子中，一个电子不仅受到原子核的引力，还受其它电子的斥力。其它电子的斥力。例如：例如：锂原子锂原子 其第二层的一个电子，除了受原子核对它的引力外，还受其第二层的一个电子，除了受原子核对它的引力外，还受第一层两个电子对它的排斥力作用，势必减弱了核对外层电子第一层两个电子对它的排斥力作用，势必减弱了核对外层电子

18、的吸引力，这两个内层电子的排斥作用可以考虑成对核电荷的吸引力，这两个内层电子的排斥作用可以考虑成对核电荷 Z Z 的抵消或屏蔽，使核有效电荷数的抵消或屏蔽，使核有效电荷数 Z Z* * 减小。减小。1.1.屏蔽效应屏蔽效应14:20屏蔽效应：屏蔽效应：其它电子对于被研究电子的排斥，导致有效核电荷其它电子对于被研究电子的排斥，导致有效核电荷降低的作用称为屏蔽效应降低的作用称为屏蔽效应结果：结果：因屏蔽作用存在使某因屏蔽作用存在使某e e- -的能量的能量。l l 值相同时值相同时, , 轨道能级只由轨道能级只由 n n 值决定值决定, , 例例: : E E(1(1s s)E E(2(2s s)

19、E E(3(3s s) ) E E(4(4s s ) )（一）（一）屏蔽效应和钻穿效应屏蔽效应和钻穿效应1.1.屏蔽效应屏蔽效应n n相同，相同，l l越小的电子在核附近出现的概率越大，受到核电荷越小的电子在核附近出现的概率越大，受到核电荷吸引力越大，其能量越低。如吸引力越大，其能量越低。如4s4s电子出现在离核较近处，受其它电电子出现在离核较近处，受其它电子的屏蔽作用比子的屏蔽作用比 3d 3d 要小得多。这种外层电子钻到内层空间而靠近要小得多。这种外层电子钻到内层空间而靠近原子核的现象，通常称为原子核的现象，通常称为钻穿效应钻穿效应，这种效应可能导致，这种效应可能导致能级交错能级交错。三、

20、多电子原子轨道能级三、多电子原子轨道能级（一）（一）屏蔽效应和钻穿效应屏蔽效应和钻穿效应2.2.钻穿效应钻穿效应导致导致E E4s4s E E3d3d 等现象等现象n n 值相同时值相同时，轨道能级则由轨道能级则由 l l 值决定值决定, , 例例: : E E(4(4s s)E E(4(4p p) ) E E(4(4d d) ) E E(4(4f f ).).（二）鲍林原子轨道近似能级图（二）鲍林原子轨道近似能级图 n n 值相同时值相同时，轨道能级则由轨道能级则由 l l 值决定值决定, , 例例: : E E(4(4s s)E E(4(4p p) ) E E(4(4d d) ) E E(

21、4(4f f ). ). l l 值相同时值相同时, , 轨道能级只由轨道能级只由 n n 值决定值决定, , 例例: : E E(1(1s s)E E(2(2s s)E E(3(3s s) ) E E(4(4s s ) ) n n和和l l都不同时，出现能级交错都不同时，出现能级交错. . 例：例： E E4s4sE E3d3d能级交错现象只出现在个别元素中能级交错现象只出现在个别元素中三、多电子原子轨道能级三、多电子原子轨道能级轨道能量由轨道能量由n n和和l l决定决定 多电子原子的原子轨道能级次序由多电子原子的原子轨道能级次序由n n 和角量子数和角量子数 l l 决定，下面是鲍林近似

22、能级图从低到高的顺序：决定，下面是鲍林近似能级图从低到高的顺序： 1s 第一能 级组 2s2p 第二能 级组3s3p 第三能 级组4s3d4p 第四能 级组7s5f6d7p 第七能 级组6s4f5d6p 第六能 级组5s4d5p 第五能 级组2022-4-3032特点：特点： n n相同，相同， l l相同的简并轨道能量相同（相同的简并轨道能量相同（3 3个个p p，5 5个个d d，7 7个个f f） l l相同，相同，n n越大能量越高。例：越大能量越高。例：E E2P2PEE3P3PEE4P4P n n相同，相同，l l越大能量越高。例：越大能量越高。例：E E4s4sEE4p4pEE4

23、d4dEE4f4f n n和和l l同时变动时，发生能级交错同时变动时，发生能级交错, E, E4s4sE(5)(4)(2)(3)(6)n =2 l =( ) m =1 ms=+1/2n =2 l =1 m =( ) ms=+1/2n =3 l =0 m =( ) ms=+1/2n =( ) l =2 m =0 ms=+1/2n =2 l =( ) m = -1 ms=+1/2n =4 l =( ) m =0 ms=+1/2n = 4 l = 2 m =( ) ms=1/210,103100, 1, 2n = 2, l = 1, m = 0n = 2, l = 2, m = -1n = 3,

24、l = 0, m = 0n = 3, l = 1, m = 1n = 2, l = 0, m = -1n = 2, l = 3, m = 2合理l = 1合理合理m = 0或l=1l=0,1; m=0, 1 或n3横向为周期，共横向为周期，共7个，纵向为族，共个，纵向为族，共18列列周期：周期：每一周期开始，核外都出现新的电子层；元素每一周期开始，核外都出现新的电子层；元素原子的原子的电子层数电子层数等于该元素所在的等于该元素所在的周期数周期数一、元素周期性与电子层结构的关系一、元素周期性与电子层结构的关系（一）原子的电子层结构和周期（一）原子的电子层结构和周期族：族：原子的电子层结构排布导致

25、同一族各元素的原子的电子层结构排布导致同一族各元素的最外层电子构型相同，性质相似最外层电子构型相同，性质相似 元素周期律的发现使得几百年来大量零散的化学知元素周期律的发现使得几百年来大量零散的化学知识系统化，形成一个有内在联系的统一体系。识系统化，形成一个有内在联系的统一体系。2022-4-30Inorganic & Analytical Chemistry2022-4-30一、元素周期性与电子层结构的关系一、元素周期性与电子层结构的关系1. 周期数周期数 = 电子层数电子层数 注意：注意：1s22s22p63s23p63d104s2 （一）原子的电子层结构和周期（一）原子的电子层结构和周期周

26、期数周期数 = = 最外电子层的主量子数（或能级组数）最外电子层的主量子数（或能级组数）例：例：Na 1sNa 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s1 1 第三周期第三周期每一能级组对应于一个周期每一能级组对应于一个周期周期数原子序数元素数目最高能级组最大电子容量11221s第一能级组2231082s,2p第二能级组83111883s,3p第三能级组841936184s,3d,4p第四能级组1853754185s,4d,5p第五能级组1865586326s,4f,4d,6p第六能级组32787109237s,5f,5d,7p第七能级组32每个周期所包含的元素数目，等于相应能级组中原子

27、轨道每个周期所包含的元素数目，等于相应能级组中原子轨道所能容纳的电子总数所能容纳的电子总数( (二二) )原子的电子结构和族原子的电子结构和族1-21-2列为列为IAIA和和IIAIIA主族元素，主族元素，13-1713-17列为列为IIIA-VIIAIIIA-VIIA主族主族元素，元素，1818列为零族元素列为零族元素3-103-10列为列为IIIB-VIIIBIIIB-VIIIB副族元素，副族元素，11-1211-12列为列为IB-IIBIB-IIB副族副族元素元素1.71.7个主族个主族：主族元素族数：主族元素族数 = = 最外最外( (价价) )层电子数层电子数例：例：Na 1sNa

28、1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s1 1 A A 例：例：Cl 1sCl 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p5 5 A A2.12.1个零族个零族：外层电子数之和为：外层电子数之和为 8 8 或或 2 2。一、元素周期性与电子层结构的关系一、元素周期性与电子层结构的关系3.73.7个副族，个副族，1 1个个族族B B、B B元素的族数元素的族数 = = 最外层电子数最外层电子数例：例：Ag (Ag (4d4d10105s5s1 1) ) B B Zn ( Zn (3d3d10104s4s2 2) ) B B B BB B族元素的族数族元素的族数 = = 最

29、外层电子数最外层电子数 + +次外层电子次外层电子数数例：例：TiTi（3d3d2 24s4s2 2）其和为）其和为4 4 是是B B 族元素族元素 族元素（包括三个纵行）：最外层电子数与次外层族元素（包括三个纵行）：最外层电子数与次外层电子数之和为电子数之和为8 81010( (二二) )原子的电子结构和族原子的电子结构和族2022-4-30主族,B ,B:族号=最外层电子数B B :族号 = 最外层电子数 + (n-1)d电子数 (包括三列)：(n-1)d68 ns2 零 族： ns2np6一、元素周期性与电子层结构的关系一、元素周期性与电子层结构的关系( (二二) )原子的电子结构和族原

30、子的电子结构和族 ( (三三) ) 原子的外层电子构型和元素的分区原子的外层电子构型和元素的分区 s s 区元素：区元素：A A、A A p p 区元素：区元素： A AA A、零族元素、零族元素电子构型特点：电子构型特点： nsns2 2npnp1 16 6一、元素周期性与电子层结构的关系一、元素周期性与电子层结构的关系 最后一个电子填充在最后一个电子填充在s s能级上的元素能级上的元素 元素周期表左侧，包括元素周期表左侧，包括IA, IIA IA, IIA 结构特点：结构特点：nsns1212 化学性质：易失电子成离子，活泼金属化学性质：易失电子成离子，活泼金属 d d 区元素：区元素：

31、B BB B、 电子构型特点：电子构型特点： ( n - 1)( n - 1)d d1 1 8 8 ns ns1 1 2 2 ds ds 区元素：区元素： B B、B B 电子构型特点：电子构型特点： ( n - 1)d( n - 1)d1010 nsns1 12 2 f f 区区 元素：元素：( (n n2)f2)f1 11414( (n n1)d1)d0 02 2n ns s2 2 ( (三三) ) 原子的外层电子构型和元素的分区原子的外层电子构型和元素的分区一、元素周期性与电子层结构的关系一、元素周期性与电子层结构的关系ns12 (n-1)d18 ns2 (n-1)d10 ns12 ns

32、2np16 (n-2)f 114 ns 22022-4-30减小减小增大增大主族主族 原子半径呈周期性变化的规律以主族元素最明显：原子半径呈周期性变化的规律以主族元素最明显： 同周期同周期 从左到右从左到右 原子半径逐渐减小原子半径逐渐减小 同主族同主族 从上到下从上到下 原子半径逐渐增大原子半径逐渐增大二、元素性质的周期性二、元素性质的周期性（一）原子半径（一）原子半径（二）元素的金属性与非金属性（二）元素的金属性与非金属性 金属易失电子变成正离子，非金属易得电子变成负离子。金属易失电子变成正离子，非金属易得电子变成负离子。 在化学反应中用金属性表示原子的失电子的能力。非金属在化学反应中用金属性表示原子的失电子的能力。非金属性表示元素得