原子结构和元素周期系

第1章原子结原子结构理论的发展原子的量子力学原子的电子层结构与元素周原子结构与元素性质的原子结构理论的发展英国物理学

汤姆森1884年担任著名

1906年获 物理奖英国物理学家卢瑟福

1895年在大学攻读博士学1908年获得化学1919年汤姆森担任卡文迪许。丹麦物理学家玻尔(Niels1885年生于丹麦1911年获得博 构造》，创立了原子结构理论1922年获 物理奖1“玻尔理论”的要各能级间能量是不连续的，即量子2、应用“玻尔理论”解释H氢原子光谱实验示奥地利物理学家薛定锷基本方程，即著名的薛定锷方程2228

(EV)原子的量子力学微观粒子的光的波粒 科学家爱因

光具有波粒二电子运动的法国物理学家德布罗

1、波粒二象1927年被电子衍射实验2、 原森堡提出测原理，即对具有波粒二象性的们在某瞬间的位置和速（或动量）德国科学家海电子的运动状态的现1、薛定锷2228x2y2zΨ：波函数m:微粒的质量

(EV)

h普朗克常数其值为6.63×10-34Js2、波函数2228 (x,y,

(EV)0(r,,) y(r,,)R(r)()()R(r)YR(r)：径向波函 Y(,)：角度波函为了得到电子运动状态合理的解，必须只能主量子数角量子数：l0,1,2…,(n-磁量子数：m用一组合理的参数代入方程,可得R(r),Y(,二者相乘可得Ψ,是一系列三变量、三参数的函数n,l,m(r,,)R(r)()()R(r)Y(,)3、概率密离核半壳层概率=r处的概率密度rr离核距离为的球壳薄层示意 氢原子1s电子的壳层率与离核半径的电子等密度角量子数的电子亚层。取值范围：l0~n-1之间的l0123…l值符spdf…nl亚层原子轨101s223344单电子原子n相同，l不同：l,E 磁量子数 伸展方 1 - 3 -2,- 5

原子spx,py,dxy,dyz,dxz,dx2-y2,注意：上表中只m0与空间伸展方向有对应关系，分别对应pzdz2原子轨道。定一个原子轨道，用符号nlm表示。等价轨道或简并轨道2px,2py,2pz三个轨道自旋量子数a.+1/2-b.自旋方向：用“”或“”来表由n,l,m,ms四个量子数可以描述核外电子的运动状态根根据四个量子数的值可以说明电子层最多能容纳的电例如：当n=3时l012m0--2,-轨道135容纳电26容纳的电子总 原子轨道和电子云的z例z

3cosRcos

的角 z

z

0

-

-

-

-xspd原子轨道的角度分布极值方节面，在此平Y=spd电子云的角度分布 极值节面，在此平面上==原子轨道和电子云的角度分电子 图形符号均为正

原子的多电子原子1、鲍林近对和前的核试验而获 上迄今为止唯一两次单独获奖的科学家 规律图 图相同同ns<np<nd不同相同n大时E高不同不同能级交错家徐光宪提出(n+0.7l)经验如 E4s= E3d=E3d>2 效Z*：电子实际所受到的核电荷，称为有效Z*Z称为 效应示斯莱将电子分成以下几个(1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)外组电子对内组电子 作用 作用，＝0.35,但1s轨道 (n-1)层各电子对n层电子 作用＝0.85(n-2)以内各层电子对n层电子 作用＝1.00 的是nd或nf电子，则位于其前面轨道各 作用＝1.00。考虑钾原子的电子排1s22s22p63s23p63d1 Z*=1.001s22s22p63s23p64s1 核电荷Z*=2.20Z*电子能量E4s<E3d,钾原子采鲍林近似能级图的不因此：H的3s轨道能量>Na的3s轨道能量对于19K:E3d>E4s 对于21Sc:E4s>E3d 4s电子，再失去3d电子。判断失电子次序的(n+0.4l)经验规则例：26Fe：1s22s22p63s23p63d64s2,当Fe原子成键3d4s的(n+0.4l E4s= E3d=E4sE3d，所4s电子核外电子排1、能量最低电子的填充是按照近似能级图中各能级的由低到高填2、泡利不相容原例n=2l=1m=-1ms=+1/2n=2l例21m1ms2全充满：p6或d10或f14 全空：p0或d0或f0半充满：p3或d5或f7例：24Cr：1s22s22p6例：24Cr：1s22s22p6 原子实例：24Cr：[Ar]

原子的电子结构和元电子排布式（电子结构式和电子构型24Cr：1s22s22p6原子实表示式24Cr：[Ar]

24Cr：3d2轨道上两个电子n=3l=2m=0 n=3l=2m=0ms=- 每一新电子层对

一个电子层数=周期数（七个周期各周期中元素的数目=相应能级组中原子轨能级1234567周1234567元素个288未充电子层数不同,但原子的最外层电子结构相似。主族族数=最外层电子总副族族数=最外层电子数+未充满的次外层d电子（VIIIB有例外区 最外层电子构s ns1-p ns2np1-

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

15P：1s22s22p63s229Cu：1s22s22p6原子结构与元素性质的原子原子电离电负变化规律：同一短周期：Z增大，Z*增大显著

原子序同一长周期：d区元素，Z增大，Z*增幅较小。同族：从上到下，Z*增幅小。原子r几种时，其核间距的一半为共价半径。积而成,两金属原子核间距的一半即为金属半径。,原子序变化规同一短周期：Z增大，半径变小同一长周期：d区元素，Z增大，半径变小的幅度同一族：从上到下，半径增大镧系元素：镧系收缩，半径减小更加缓电离变化规律：同一元素：I1I2I3

原子序同一短周期：从左到右，电离能增大。例外：B<Be, O<N,…?同一长周期：d区元素，从左到右，电离能增大，增幅较小。NOS定义：M(g)+ M+ 注意：|EA1| F<Cl，O< 因为F和O的电子密度电负衡量原子在分子中吸引电子能力的强弱。X则该鲍林电负性概念规定氟的电负性最大，莫立根的电负性标度2XM1(I2iii）阿雷德-罗丘电负性标度通常采用鲍林电负性原子1.4.2元素的金属性和非金元素的电负性变化规同一主族：从上到下，增强，非金属性减弱。1.4.3氧化确定氧化值的原在单质中元素