use第一章原子结构课件

第一章原子结构与性质第一节原子结构近代原子论发现电子带核原子结构模型轨道原子结构模型电子云模型道尔顿原子模型(1803年)：原子是组成物质的基本的粒子，它们是坚实的、不可再分的实心球体。汤姆生原子模型(1904年)：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，形成中性原子。俗称“枣糕式”模型。卢瑟福原子模型(1911年)：在原子的中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就象行星围绕太阳运转。玻尔原子模型(1913年)：电子在原子核外空间的一定轨道路上绕核做高速的圆周运动。一、人类对原子结构的认识葡萄干布丁模型小太阳系模型L.V.deBroglie(1892~1987)问：怎样才能在实验上观测到你推测的电子波呢？答：在电子通过一个小孔时，可能会出现衍射现象。L.V.deBroglie在博士答辩时的问答金晶体的电子衍射图(Debye-Scherrer图)氧化锆晶体的X射线衍射图(Debye-Scherrer图)例：求v=1.0×106m/s的电子(直径10-15m)和v=10-2m/s质量为m=10-3Kg的粒子，求其波长λ？该波长相当于分子大小的数量级，因此电子的波性非常显著。同理可求宏观粒子的λ=7×10-29m因此对于宏观粒子，波性不显著，很难观测到。Einstein和Born的争论Goddoesnotplaydice！不确定（性）原理（uncertaintyprinciple）1927年W.Heinsenberg（海森堡）提出：△P：动量的不确定量;q：广义坐标；具有波性的粒子，不能同时具有确定的坐标和动量，当它的某个坐标确定的越精确，其相应的动量就越不确定；反之亦然，两个不确定量的乘积不小于△q：坐标的不确定量。例m=10-2Kg，v=103m/s的子弹若△v为v的1%，则其位置的不确定度△x为多少？若换为电子，其他条件不变，则其位置的不确定度△x为多少？对于子弹：对于电子：比较宏观物体和微观物体的特性宏观物体微观物体同时具有确定的q和p√×连续的运动轨迹√×可否追踪轨迹√×能量状态连续、任意√×不确定性原理适用无实际意义，h可当做0√研究手段经典力学量子力学二、原子核外电子排布1.原子核外电子的分层排布+2He+10Ne+18Ar原子核电子层核电荷数该电子层上的电子He、Ne、Ar原子的核外电子分层排布示意图原子结构示意图为了形象地表示原子的结构，人们就创造了“原子结构示意图”这种特殊的图形。二、原子核外电子排布15第1层第2层第3层K层L层M层原子核原子核带正电核电荷数285＋原子结构示意图二、原子核外电子排布2.原子核外电子运动区域与电子能量的关系电子能量高在离核远的区域内运动，电子能量低在离核近的区域内运动

，把原子核外电子分成不同的能层；分别用一、二、三、四、五、六、七…表示，符号分别为K、L、M、N、O、P、Q…。同一能层的电子，能量也可不同，可以把它们分成能级，分别用0、1、2、3、4、5、6、7、8…表示，符号分别为：spdfghikl注意：能级数<能层数-1能层一二三四五六七符号能级KLMNOPQ1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p…注:在每一能层中，能级符号的顺序是nsnp

nd

nf….(n代表能层）二、原子核外电子排布能级数<能层数-1三、构造原理1.构造原理随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素的原子核外电子的排布将遵循右图的排布顺序。四、能量最低原理、基态与激发态、光谱能量最低原理：原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理基态原子：处于最低能量的原子在基态原子里，电子优先排布在能量最低的能级里，然后排布在能量逐渐升高的能级里

激发态原子：当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子四、能量最低原理、基态与激发态、光谱原子光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱锂、氦、汞的发射光谱锂、氦、汞的吸收光谱利用光谱分析可以发现新元素或利用特征谱线鉴定元素五、电子云与原子轨道1.电子云电子在原子核外出现的概率密度分布。电子云是核外电子运动状态的形象化描述。

概率分布图(电子云)电子云轮廓图的制作过程90%原子轨道五、电子云与原子轨道2.原子轨道球形s能级的原子轨道图五、电子云与原子轨道2.原子轨道p能级的原子轨道图五、电子云与原子轨道2.原子轨道d能级的原子轨道图五、电子云与原子轨道2.原子轨道f能级的原子轨道图（1）减变量法（减变数法）径向部分图与角度部分图a.径向分布（积分掉角度部分）3.波函数(轨道或电子云)的图形表示：i.径向函数图R(r)-r,Ψ的径向部分R(r)

对r作图ii.径向密度函数图R2(r)-r,Ψ的径向部分R2(r)

对r作图

iii.

径向分布函数图

D(r)-r,Ψ的径向部分r2R2(r)

对r作图i.径向函数图R(r)

表示在同一方向上径向函数随半径r变化的情况ii.径向密度函数图R2(r)R2函数的值：正、零与R函数形象相近，只是没有负值部分表示在同一方向上电子的概率密度随半径r变化的情况R函数的值：正、负、零只有s轨道在r=0处的R2不为零，意味着处于s态的电子有一定的几率出现在原子核内，这正是Fermi接触作用（原子核与穿入核中的电子的电磁相互作用）的起源。

iii.径向分布函数图D(r)或r2R2(r)

代表在任意一球面上电子出现的概率，或单位厚度球壳夹层内电子出现的概率体积反映电子云分布随r的变化情况代表在半径为r和半径为r+dr的两球面间薄壳层内电子出现的概率drr+drr1.l相同，n不同时,n越大,电子云沿r扩展的越远n小的轨道:主峰靠近原子核，在内层，能量低n大的轨道:主峰离原子核远，在外层，能量高n大的轨道的一部分可钻到离核很近的内层（钻穿效应），这是由于电子具有波动性径向分布函数的规律2.n相同,l不同时，主峰的位置随着l的增加而向核靠近径向分布函数的规律l越小的主峰离原子核越远，但它的最小峰却比l大的轨道的最小峰离核近哪一个能更真实描述电子沿径向出现的几率呢？径向分布函数图考虑了体积R52:3s:3p:3d:5-2-1个3-0-1个3-1-1个3-2-1个共同特征：极大值峰：n-l个径向节面数：n-l-1个b.角度分布：（积分掉径向部分）i.波函数角度分布图Y(,)-(,)

或原子轨道角度分布图ii.

电子云角度分布图|Y(,)|2-(,)反映原子轨道角度部分Y(,)随空间方位,的变化反映原子轨道角度部分|Y(,)|2随空间方位,

的变化

Y(,)图的画法:从原子核出发,向空间各方位(,)引出长度为|Y|值的线段,端点连成空间闭曲面，按Y的位相将正、负号标记在相应曲面上：

|Y(,)|2图的画法类似,不过线段长度为|Y|2

，闭曲面没有正、负之分：pz轨道角度分布图pz电子云角度分布图2py

3pz

原子轨道的总节面把函数Ψ

值相同的空间各点连成一个个曲线(面),称为原子轨道的等值线(面)图把函数Ψ*Ψ值相同的空间各点连成一个个曲线(面),称为电子云的等值线(面)图,也称为等密度线(面)图或指定一个ψ或|ψ|2值，寻找满足该值的空间各点并连成曲线(面a.原子轨道或电子云的等值线(面)图:函数参数化（2）完全图形：Ψ或Ψ*Ψ图原子轨道的等值面图的剖面是等值线图电子云等密度面图的剖面是等密度线图函数值不同的空间各点,各自连成相应的等值面，它们不会相交但可以相互分离或相互包裹。随函数值不同，理论上有无穷多个等值面。

原子轨道的等值面图与电子云的等值面图有简单的对应关系:

它们形状相似,只是面上的数值不同。原子轨道的等值面值数值为波函数的某个值，电子云的等值面数值为该波函数值的绝对值平方。原子轨道的等值面图的不同部分通常有正、负之分,由波函数ψ决定。电子云的等值面图的不同部分均为正。曲线或曲面上标记数值，数值的大小代表不同波函数值的相对大小

了解电子云的概貌不需要画许多等密度面,只要画出“外部”某一种等密度面,这就是电子云的界面图。哪种等密度面适合于作为界面?通常是:这种等密度面形成的封闭空间(可能有几个互不连通的空间)能将电子总概率的95%或90%包围在内(不是说该面上概率密度为0.95或0.90)。电子云的界面不过是一个特定的等密度面。原子轨道或电子云的界面图：函数参数化氢原子3pz电子云界面图

原子轨道的界面与电子云的界面有简单的对应关系:

它们是同一个界面,只是面上的数值不同。原子轨道界面值为波函数的某个值，电子云界面数值为该波函数值的绝对值平方。原子轨道界面图的不同部分通常有正、负之分,由波函数ψ决定。电子云界面图的不同部分均为正。注意:原子轨道界面图不能视为Rnl(r)与Ylm(θ,φ)相乘的结果。不要把轨道的角度分布图与界面图混为一谈，也不要把电子云角度分布图与电子云界面图混为一谈。Rn1(r)2pz相似3pz例如，npz原子轨道界面图与Y10(θ,φ)相乘的结果：把ψ或|ψ|2的某个坐标变量固定,在指定的坐标面上作ψ或|ψ|2对于两个坐标变量的图。这种图常用网格图表现。以2pz为例，可选择包含z轴的一个坐标面，例如yz，随y、z的变化用网格垂直于该平面的起伏来表示，在平面上、下分别为正值和负值。b.轨道和电子云的网格图：坐标参数化2pz轨道的网格图zy2px、2py、2pz网格图形状相同，区别只在坐标面选择不同。电子云也可用网格图表现，只是所有的峰都在坐标面上方。

|ψ|2

=R2(r)|Y(θ,φ)|2。由于R2(r)图和|Y(θ,φ)|2图只能分别反映电子云随径向和角度的变化，只好把它们的乘积近似地用黑点疏密来表示，称为电子云黑点图。这种图当然不是|ψ|2的函数-变量图，仍然无法表示空间每一点上的概率密度，只能在概率密度较大或较小的点附近微体积元中多画或少画一些黑点，给人造成一种各点上概率密度不同的印象。c.电子云黑点图：例如，3pz的电子云黑点图如下：

注意：不能用D(r)图与|Y(θ,φ)|2图来画电子云黑点图，因为D(r)|Y(θ,φ)|2=r2R2|Y(θ,φ)|2=r2|ψ|2,而不是电子云黑点图企图表现的|ψ|2。能层一二三四五六七符号能级最多电子数KLMNOPQ1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p…

226261026101426…一个轨道最多容纳2个电子能级数<能层数-1原子核外电子排布规律①最外层最多只能容纳8个电子(氦原子是2个)；②次外层最多只能容纳18个电子；③倒数第三层最多只能容纳32个电子；④每个电子层最多只能容纳2n2电子；⑤各电子层所能容纳的电子数必须服从于其所在的位置；⑥电子总是尽先排布在能量最低的能级里五、电子云与原子轨道4.泡利不相容原理在同一个原子里，不存在四个方面的运动状态完全相同的电子核外电子排布的轨道表示式↑↓↑1s2s2pLi↑↓↑↓1s2s2pBe↑↓↑↓↑1s2s2pB1s2s2p五、电子云与原子轨道5.洪特规则当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先占据一个轨道，而且自旋方向相同↑↓↑↓↑↑1s2s2pC↑↓↑↓↑↑↑1s2s2pN↑↓↑↓↑↓↑↑1s2s2pO归纳与小结1.描述核外电子运动状态的四个方面能层(电子层)能级(电子亚层)轨道(电子云的伸展方向)自旋方向归纳与小结描述核外电子运动状态的四个方面能层(电子层)原子核外的电子可以看作是分层排布的。处于不同层次中的电子，离核的远近也不同。离核愈近的电子层能级愈低，离核愈远的电子层能级愈高。通常用n=1、2、3…等数值来表示电子层离核的远近。n=1，即表示离核最近的电子层，其中的电子能量最小。n=2，即表示为第二电子层。有时也用K、L、M、N、O等分别表示1、2、3、4、5等电子层归纳与小结1.描述核外电子运动状态的四个方面能级(电子亚层)即使在同一电子层中的电子，能量也常有差别，它们电子云的形状也不相同。所以每一个电子层，又可以分作几个电子亚层，分别用s、p、d、f等符号来表示

归纳与小结1.描述核外电子运动状态的四个方面轨道(电子云的伸展方向)电子云不仅有确定的形状，而且有一定的伸展方向。s电子云是球形对称的，在空间各个方向上伸展的程度相同。p电子云在空间可以有三种互相垂直的伸展方向。d电子云可以有五种伸展方向，f电子云可以有七种伸展方向。如果把在一定电子层上，具有一定形状和伸展方向的电子云所占据的空间称为一个轨道，那么s、p、d、f四个能级就分别有1、3、5、7个轨道归纳与小结1.描述核外电子运动状态的四个方面自旋方向电子不仅在核外空间不停地运动，而且还作自旋运动。电子自旋有两种状态，相当于顺时针和逆时针两种方向。常用向上箭头“↑”和向下箭头“↓”来表示不同的自旋状态

归纳与小结2.核外电子的排布规律核外电子的排布遵循以下规律泡利不相容原理能量最低原理洪特规则归纳与小结2.核外电子的排布规律泡利不相容原理在同一个原子里，不存在四个方面的运动状态完全相同的电子

归纳与小结2.核外电子的排布规律能量最低原理在核外电子排布中，电子总是尽量最先占有能量最低的轨道，只有能量最低的轨道被占满后，电子才能依次占有能量较高的轨道，这就是所谓能量最低原理

归纳与小结2.核外电子的排布规律洪特规则在同一能级中的各个轨道上，如3个p轨道、或5个d轨道，或7个f轨道上的电子排布，倾向于尽可能分占不同的轨道，而且它们的自旋方向相同。这样的排布，使整个原子的能量最低特例：那就是对于同一能级，当电子排布为全充满、半充满或全空时，整个原子体系最稳定元素周期表概念192021222324252627282930313233343536KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGa

GeAsSeBrKrRb

SrCsBa

57-71At85FrRa89-103107**

VIIILiBeBCNOFNe0123456镧系LaCePrNdPmSm

Eu

GdTdDyHoErTmYbLu周期表与周期律HHeIIIAIVAVAVIAVIIAIAIIIBIVBVBVIBVIIBIIAAlSiPSCl

ArIBIIBNaMg主族副族零族第VIII族非金属短周期镧系元素稀有气体金属放射元素人造元素过渡元素催化剂、耐高温、耐腐蚀元素周期表意义制农药半导体不完全周期长周期元素性质周期律非金属性逐渐增强非金属性逐渐增强金属性逐渐增强金属性逐渐增强7在化学键中原子对键合电子吸引能力的大小，称为元素的电负性（electronegativity）。通常以符号X表示。其值是相对的，无单位。电负性：2.电离能.⑴概念：气态的原子或离子失去一个电子所需要的_____叫做电离能，用符号__表示，单位是_______。⑵第一电离能：处于基态的气态原子生成___价气态阳离子所需要的能量，称为第一电离能，常用符号___表示。能量IkJ/mol+1I12.电离能.⑶意义：