有机课件-近代化学基础上

子结构和元素周期微观粒子运动的单电子体系核外多电子原子结构原子结构和元素本章p、d原子轨道的角度分布图。理解效应原子结构理论的发展1808:道尔顿,《道尔顿原子学》1911:卢瑟福,含核原子1913玻尔玻尔模型原子的含核 根据α粒子散射实验，卢瑟福提 1.1微观粒子运动的1.1氢原子氢原子光谱实验示 图1－1 物理学家巴尔末把当时发现的这Υ

1（ R(11

当n取不同值则得到不同的谱 周/秒R—Ryderg（瑞典物理学于是1890年里德伯将其归纳成一个统一的公

） ） n1、n2都是正整数，且n1n2n1=1,2,3,……n2=原子轨道能级（玻尔理论（1）E0＝hυ（h（2）玻尔理<1>定态轨道和能级不连续的量子化根据玻尔的这个氢原子的稳定轨道半径与n的关系为

n aa0是离核最近(n=1)轨道半径，其值为52.9pm氢核外电子所取E 2.

(Z)2nE

2.

nnZZ=1n值越大，能级越<2>激发态原即：E0＝hυ跃迁（激发吸收低能

高能

以光子形 放出激对于氢原h2.179

1(2.179 1nn22 nn222.17910-18(

1 6.62610-34 3.28910-15(1 1 构。问题出在他光的波 粒子性：光电效应（光子吸收E0P h

德布罗依关：物质波的波m：e的质量=9.1×10-粒子性是显然 图1-2位置和动量的测量提出了量子力学的一个重要关系式：△X·△P≥h（海森堡关系式）△X—位置△P—动量△X→0位置测得非常△P→∞动量就没有概率——在某一单电子体系核外薛定谔方程简22282m(EV) 其中：m、E、V体现了微粒性，体现了波动在薛定谔方程x、y、z——波函数（是 坐标，x、y、z的函数E—体系的总V─体系的势能（核对电子的吸引能薛定谔方程的意yyrsinsinxrsincoszrcos(x,y,z)(r,,在数学上，又可各自含一个变量的3(r,,)R(r)()(数合并为Y(θ,φ)(r,,)R(r)Y(,数的径向部分Y(θ,φ)只与角度有关，称为n=1,2,3,…,nl≤n-1l=0,1,2,…,(n- m=0,±1,±2,…,±——是量子力学中描述核外电子运动状态的数学表 1,0,01s轨根据量子力学原理，电子在核外某空间单位微体积Ρ∝若不考虑比例常数，便可直接用(||2)代表电子的概率原子轨道及电子原子轨道的角度分布图：lsns14y(,141 1Pz的角度函数

YP(,)

3coszz①找出节面y zz

zzPz Pz

y 注：Px、Py其形状和Pz同，只是空间取向不同，Py沿Y轴伸轨道名spdf轨道双球梅花八橄伸展1357∵概率密度= ∴||2的图象称为电子Y2(θ,φ)θ,φ作图即得到电子云的角度分布图。其图形与原子轨道角度分布图相似，不同之①由于Y≤1Y2≤Y（更小），所以电子云角度原子轨道角度分布图有,-号之分(Y值有正负号)R(r)---r波函数的径向R2(r)---r电子云径向密度分布图(R2(r)概率密度1s的D函数极大值位于玻尔半径r=52.9pm 电子云的图象（立体 Pd四个量子从解薛定谔方程自然地引出了一套参数n,l,m（称为量子数）三个量子数的物理意义、取值以及取值的主量子数描述电子离核的远近，确定原子的能级或确定轨n=1,2, 4,…,∞（共取n个值） 2、角量子数（或副量子数）(l确定同一电子层中不同原子轨道的形状（角度分布的基本图象）在多电子原子中，与n一起决定轨道l 12,34n- 电子层符号 轨道的形状:圆球

双球形梅花瓣形橄榄形3、磁量子数m=0,±1,±2,±3,…,±l（共可取值(2l+1)值 空间伸展方向： 三个量子数的取n l m

n l mn l ml=0 m=0l= m=-1,0,l= m=-2,-1,0,+1,自旋运

2小结：从讨论四个量子数后子的运动状态是要用n,l,m,ms四个量nl,m→描述电子的轨道运动由n,l,m决定的一个原子轨道只多电子原子的此图是1939年根据光谱实验结果总结出来的多原子中电子轨道能级高低的一般情Ens<Enp<End<Enf......（能 计算得到E分别为5.0,5.4,5.7E5s<E4d<E5p（能级交错 效 如：Li原子。Z=3，核外3个电子，n1电子层有2电子，n=2电子层上有1个电子，n=2个电子层上的一 效应：因电子之间的相互排斥而减弱核电荷对指有效核电荷： 后剩下来实际作用于指定电子的核σ Z*=Z－ Ens<Enp<End<Enf......(能 钻穿 径向分布函数：D(r)=r2R2(r)径向分步图的特点是具有n-l对于主量子数相同的ns<np<nd<nf（能 如：3d 4s轨道： 关，也与l有关。n,l都改变时，可能出现能级科顿（Cotton）原子序数为1的H原子，每个电子层（1.3.2核外电子1.原子核外电子排布的一般Pauli不相容原能量最低电子总是最先排布（占据）在能量轨道洪特而且自旋方向相同（平行）。<2>当等价轨道上全充满时（p6,d10,f14），充满（p3d5f7）和全空（p0d0f0）时，能量最核外电子填充次 例：用原子实表示52Te和80Hg 说明：根据电子排布一般规律和近似能级图排布核外电子的结果，大都与光谱实验结果一致，但也有少Nb，Ru，Rh，Pd，Pt排布是3d14s2，而不是 4s1部排3d轨道上要4s轨道的钻穿作用使价电子：原子参基态阳离子的电 有效核电荷，钻穿效应，l－能量；（n+0.4l规则）因此：原子失电子变成简单阳离子时总是先失去最外层电子。P19简单阳离子的5种电子构型。P19表1—外层电子排布与s区元素：ns1- 最后一个电子填充到nsp区元素：ns2np1- 最后一个电子填充到npd区元素：(n-1)d1-8ns1-2最后一个电子填充到(n-1)d中ds区元素：(n-1)d10ns1-2最后一个电子填充到(n-1)d中f区元素：(n-2)f0-14(n-1)d0-2ns23.核外电子排布与<1>主族元素<2>过渡元素<3>镧系和锕系行。共包括上述3（1）（每出现一个新的能副族：其中IB、 VIII（三个纵行）最外层s电子+次外层d最高氧化值：主族,IIIB─VIIB；最高氧化值=价VIII族，只有Os、Ru达到族数8。其余常见 0族：氧化值为0（但目前已合成一些化合 素周期表分为5个区。（s,p,d,ds,f）有效核电荷的周元素原子序数增（1）①短周期右有效核电荷显著增加元素性质变化较明显 2.4.2原子半原子半径变化的同一元素：r-＞r原子同一周短周期：左长周中间过渡元素Z*缓慢故而r减小缓慢的缘故同上对于副族元素半径变化不明显特别是镧系收缩的影响，使镧系收随原子系数增基态原子 - I 消耗的能量I1第一电离能：KJmol<2>上 对于副族，规律性差一些，La系后，由于r相近，故<3>同周期：左 金属性电子亲合能气态原子获得一个电子成为带一个单位负电荷的气态 ：KJmol 值。惰性气体加合一个e,EA也为正值。如O：H1141KJmol- H2780KJmol-由于历史原因，习惯上把放出能量的电子亲和能常即：E

O(g)

EA1H141KJ O1(g) O2

EA2H780KJ电子亲和能数据不全，实验测定 ，准确性较差，元素的电负性衡量原子在分子X越大，表示原子属性越X值越小，表示原属性越电负性呈现周期同一周期

左 金属性减同一主族

上 金属性增副族元素规律性习3、4、5、6、7、8、11、13、14、15、练 2磁量子数等于0的轨道都是球形的轨：如