现基化重-第五章

作

业预习至P118~119—3、5、71P127第5章

原子结构和元素周期系答

疑

周二中午 11：50

~

13：20A

教三楼教师休息室三个量子数n,l,

m

确定一个原子轨道:波函数n

l

m21,0,0=1s2,0,0=2s2,1,0=2pz3,2,0=3dz2即1s轨道即2s轨道即2pz轨道n=1,

l=0,

m=0n=2,

l=1,

m=0n=2,

l=0,

m=0n=3,

l=2,

m=0即3dz2轨道d

2zd

xzd

yz

dxyd

2

2x

yn,

l

相同的原子轨道称为等价轨道，或简并轨道l

=1时

m

=

0,1,

－

1

三个简并轨道px

py

pzl

=2时m

=

0,1,-1,2

,-2

五个简并轨道3nl亚层m轨道数101s012012s2p0+1，

0，

－113403s0+1，

0，

－

1+2，+1，0，

－

1，

－

21313p3923d504s0+1，0，

－

1+2，+1，0，

－1，

－2+3，+2，+1，0，

－1,

－2,

－

314124p4d351634f7n,l,

m

三个量子数确定一个原子轨道44核外电子的运动状态轨道运动n,l,m自旋运动msn,l,m,ms5由四个量子数n、l、m、ms

可以描述核外电子的运动状态(d)

自旋量子数ms(1)

取值(2)

自旋方向用“↑”或“↓”表示22

1

和

167四个量子数的取值与物理意义nlmms取值正整数0

~

n－1－l·

0+·

l±1/2描述距离(电子层)形状(电子亚层)原子轨道伸展方向电子自旋方向能量决定影响无关无关5.2.3

原子轨道和电子云的角度分布图角度分布图：Y

(,)

(r,

,)

R(r)

Y

(,)原子轨道波函数n,l,m对化学键的形成和分子构型的研究很重要。8原子轨道电子云

2角度分布图例如：画出pz

原子轨道角度分布图：4πpzY

3

cos①9将不同

值代入，得0°30°

60°cosYpz90°

120°

150°

180°－0.866

－1.00Ypz1.00

0.866

0.5000.489

0.423

0.2440

－0.5000

－0.244－0.423

－0.4891.

原子轨道角度分布图波函数角度部分Y

(

,

)随

、

变化所作的图象x10z

将所得曲线绕z轴旋转360°，即得pz原子轨道的角度分布图。②从坐标原点出发，引出方向为(

)的直线，取其长度为Y值，将所有直线的端点联起来；形状正负(3)值极值方向(4)节面，在此平面上Y

=0Ysxs,

p,d

原子轨道的角度分布剖面图zYdx2

y2Ydz2yxxzyxYpzYpxxYpxzzyYdxyYdyzYdxzxyxzzy轨道的“节面”？对p轨道,电子概率为零的区域是个平面,称之为节面。px轨道的节面是yz

平面,py

轨道和pz轨道的节面分别是xz

平面和xy

平面。1213关于原子轨道角度分布图的几点说明：s亚层、p亚层、d亚层等原子轨道的形状与取向不因主量子数n的变化而变化图中“+、－”号仅表示作图时函数值的正负，类似于波峰与波谷，并非所带的电荷。要掌握各原子轨道的对称位置及“+、－”号规律，记住各图形和相关原子轨道的对应关系。ys,

p,

d

电子云的角度分布剖面图注意：极值方向节面，在此平面上Y

2

=02Yp

y2Yp

x2Yp

z2xyYd2xzYd2yzYd2Ydz2Yd

222x

y2Y

s2.

电子云角度分布图将

2

的角度部分Y2(、

)随

、

变化所作的图象Y

(、

)Y2

(、

)图形胖瘦图形符号有正负均为正应用化学键的形成与分子的空间构型15原子轨道和电子云的角度分布图比较16第5章原子结构和元素周期系玻尔理论原子的量子力学模型多电子原子结构与周期系原子结构和元素性质的关系物理学家和化学家鲍林学识渊博，在自然科学的各个领域都有建树。1954年获对化学奖。1962年因致力于反和前

的核试验而获得。鲍林是世界上迄今为止唯一两次单独获得

奖的科学家。鲍

林175.3.1

多电子原子的能级鲍林近似能级图鲍林根据光谱实验结果总结出多电子原子中各轨道能级次序，并按能级的高低顺序绘成近似能级图表示轨道能量的高低；划分能级组鲍林近似能级图18能量相近的轨道划为一组，用方框表示。19每个圆圈代表一个原子轨道。各原子轨道是按能量由低到高的顺序排列的，而非按各轨道离核的远近排列。在一些能级组中，相同能级组所包含的轨道和同一主量子数所包含的轨道不一样。规律l不同(3)

不同

不同能级交错:Ens

<

Enp

<

End不同

相同

n大时E大n(1)

相同能级(2)E1s

<

E2s

<

E3s:主量子数n相同，l越大，其能量E越高6n

4时，Ens

E(n-1)d

Enpn

6时，Ens

E(n-2)f

E(n-1)d

Enpn值大的亚层的能量反而比n值小的亚层的能量低的现象2.

能级

与能级交错多电子原子中各轨道的能量与主量子数n和角量子数l有关21为什么会有能级交错现象？可用

效应解释224.

效应由于电子间的相互作用力,而使核对电子的作用，称为削弱效应，常数表示。有效核电荷其大小用Z*

=

Z

－

核电荷

常数作用，

，Z*

，电子能量。斯莱脱提出计算

值的经验规则，从而可计算Z*+---23核1s2s2p3s3p3d4s4p内层电子对外层电子产生屏蔽作用(主要)同层电子排斥(次要)外层电子对内层电子不产生作用斯莱脱规则2425多电子原子的能级多电子原子结构与周期系核外电子分布的三个原则周期系中各元素的电子分布原子的电子分布和元素周期系5.3

多电子原子结构与周期系(1)

能量最低原理的轨道，后依次进入能量渐升的轨道对角线规则电子填充顺序图E1s

<

E2s

<

E3s

<E4sEns

<

Enp<

End

<Enf

电子先进入能量最低<26E3d

E4s√×1s2s2p1s2s2p27(2) Pauli

不相容原理在同一原子中，不可能有四个量子数完全相同的两个电子，或者说，在一个原子轨道中最多只能容纳两个自旋方向相反的电子费米、海森堡和泡利(1930)1945年，泡利因他在1925年即25岁时发现的“不相容原理”，获物理学奖282p2s1s2p2s1s√×即在同一个原子中不可能有两个电子具有完全相同的4个量子数。2p2s1s2p2s1s2p2s轨道表

1s示式为√××C

Carbon碳1s22s22p2(3) Hund

规则在等价轨道中，电子尽可能分占不同的轨道，而且自旋方向相同德国理论物理学家31例：24Cr：1s22s22p6

3s23p63d54s1全充满全空p

6

或

d10

或

f

14半充满

p3

或

d

5

或

f

7p0

或

d

0

或

f

0规则补充规则：等价轨道在全充满、半充满或全空的分布方式比较稳定3233多电子原子的能级多电子原子结构与周期系核外电子分布的三个原则周期系中各元素的电子分布原子的电子分布和元素周期系5.3

多电子原子结构与周期系(1)

电子排布式（电子结构式或电子构型）——鲍林能级顺序24Cr：1s22s22p6

3s23p63d54s11s

2s2p

3s

3p

4s

3d

4p

5s

4d

5p

6s

4f

5d

6p例：24Cr排电子顺序1s22s22p6

3s23p64s13d5核与电子所组成的力场发生变化，4s能级发生变化，能级不再交错34规则(3)

原子实表示式:原子实：内层电子结构与稀有气体原子结构相同的部分，用[稀有气体符号]。He

Ne

Ar(2)

(10)

(18)4s

3d

4pKr(36)Xe(54)6s

4f

5d

6pRn(86)1s

2s2p

3s

3p5s

4d

5p24Cr：[Ar]3d54s1(2)

原子轨道表示式——1s

2s

2p

3s

3p4s3d24Cr：35价电子：主族:

最外层电子ns,

np副族:

最外层加(n-1)d镧系:

最外层加(n-1)d

,(n-2)f思考：29Cu原子的价电子构型为：3d104s1,36还是3d94s2？(4)

价电子构型表示式:24Cr：3d54s1价电子：参与化学键形成的电子3d104s137外层电子构型例如：24

Cr1s2

2s2

2p6

3s2

3p6

3d5

4s11s2

2s2

2p6

3s2

3p6

3d324Cr3+3s2

3p6

3d33d54s1电子分布式(1).(2).(3).元素的周期与能级组元素的族元素的分区3.

原子的电子分布和元素周期系随原子的核电荷的增加→原子外层电子重复同样的电子构型→元素性质周期性变化(元素周期律)元素在周期表的位置(周期、区、族)取决于该元素原子核外电子的分布38元素周期表的发展历史1869.3

门捷列夫（Mendeleev

D）将63种元素的性质进行总结和对比，发现化学元间的本质联系——元素的性质随原子量增加明显的周期性递变。39维尔纳(Werner)首先倡导的长式周期表。最通用周期表：40一个新的能级组开始填充电子(1)

元素的周期与能级组周期表中每一横行称为一周期，共分为7个周期能级组的形成是元素划分为周期的本质原因1s

2s2p

3s3p

4s3d4p

5s4d5p能级组

1

2

3

4

5周期

1

2

3

4

566741

76s4f5d6p

....核外电子排布出现一个新的电子层周期表中开始了一个新的周期42c)

元素所在的周期数=该元素原子的电子层数=最外层主量子数=相应能级组数1s

2s2p

3s3p

4s3d4p能级组

1

2

3

4周期

1

2

3

456s4f5d6p

....6

76

75s4d5p51s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p

....能级组1234567周期轨道数1234567元素个数8181832未充满d)

每周期中元素个数对应能级组中原子轨道能容纳的电子数43短周期长周期(过渡元素与内过渡元素)短周期44内过渡元素45过渡元素:具有未充满d电子的元素。（d区和ds区的元素）长周期(过渡元素与内过渡元素)内过渡元素:具有未充满f电子的元素。(镧系元素：z

=57

~

71)(锕系元素：z

=89

~

103)6(2)

元素的族主族主族46副族副族VIII族族的分类依据原子的电子层结构划分。副族族数:IB~IIB

族数=ns电子数IIIB~VIIB:最外层电子数+未充满的次外层d

电子数主族：7个，(IA~VIIA)包含长、短周期的各列族数＝最外层电子总数(ns+np电子数)副族：7个，(IB~VIIB)47仅包含长周期的各列