原子结构与元素周期律课件-鲁科版

第五章原子结构与元素周期律第一节原子核外电子的运动状态第二节原子中电子的排布第三节原子核外电子排布与元素周期律第四节元素性质的周期性第五章原子结构与元素周期律第一节原子核外电子的第一节原子核外电子的运动状态1.早期原子结构模型的建立2.电子的波粒二象性3.波函数与原子轨道4.概率密度与电子云5.四个量子数6.多电子原子轨道能级第一节原子核外电子的运动状态1.早期原子结构模型的建立1.早期原子轨道模型的建立1)公元前约四百年,古希腊Democritus提出万物由”原子”产生.”Atum”

不可分割,主要是臆测.2)十八世纪末,随着质量守恒定律,定组成定律,倍比定律等相应确定,Dolton提出了原子论.3)十九世纪,由于法国盖吕萨克对气体研究,原子论不能解释;意大利的阿佛加德罗提出分子概念,从而建立了分子原子论.1.早期原子轨道模型的建立1)公元前约四百年,古希腊Dem4)十九世纪末二十世纪初,随着电子的发现,质子的发现,提出了带核原子模型..原子由原子核和核外电子组成核位于中心,电子带一个负电原子核=中子+质子整个原子呈电中性但是,没有说明电子在核外做何种运动.4)十九世纪末二十世纪初,随着电子的发现,质子的发现,提出Bohr原子光谱原子在强电场,高温时发光,经三棱镜,得到分散光线.如氢原子光谱:Bohr原子光谱原子在强电场,高温时发光,经三棱镜,得到分散Bohr理论(1)核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上运动,且不辐射能量;(2)通常保持能量最低------基态(3)获能量激发------激发态(4)从激发态回到基态释放光能

E:轨道的能量ν：光的频率

h:Planck常数Bohr理论E:轨道的能量成功在于:

相同原子发相同的光谱,不同原子发不同的光谱,

能很好解释氢原子的光谱,但不能解释多电子的原子和氢光谱的精细结构.

没有完全摆脱经典力学的束缚.成功在于:2电子的波粒二象性1924年：deBroglieLouis(德布罗意、法)认为：

质量为m,运动速度为v的粒子,相应的波长为：2电子的波粒二象性1924年：deBroglieL1927年，Davissson（戴维森）和Germer（杰尔曼）应用Ni晶体进行电子衍射实验，证实电子具有波动性。1927年，Davissson（戴维森）和Heisenberg的测不准原理像光子、电子、质子、中子等微观粒子具有波粒二象性，很难用经典力学来描述。Δx·Δp≈hHeisenberg的测不准原理3波函数与原子轨道1SchrÖdinger方程3波函数与原子轨道1SchrÖdinger方程波函数Ψ是量子力学描述核外电子运动状态的数学函数式，其解的形式包含三个常量n,l,m.n主量子数，l角量子数，m磁量子数，取值为整数。例如：n=1,l=0,m=0时的波函数为Ψ100（x,y,z).

借用经典力学轨道的概念，波函数就称为原子轨道函数，简称原子轨道。波函数Ψ是量子力学描述核外电子运动状态的数学直角坐标(x,y,z)与球坐标的转换

直角坐标(x,y,z)与球坐标的转换经过这样的转化，波函数就可以用径向分布函数和角度分布函数来表示。

经过这样的转化，波函数就可以用径向分布函数和原子结构与元素周期律课件-鲁科版原子结构与元素周期律课件-鲁科版原子结构与元素周期律课件-鲁科版33d态:n=3,l=2,m=0,n=3,l=2,m=033d态:n=3,l=2,m=0,n=3,l=2n=3,l=2n=3,l=2n=3,l=2n=3,l=2n=3,l=2n=3,l=2n=3,l=2n=3,l=23波函数的物理意义Ψ：描述原子核外电子运动的方式Ψ2:原子核外发现电子的几率密度3波函数的物理意义Ψ：描述原子核外电子运动的方式Ψ22四个量子数(1)主量子数nn=1,2,3,……(2)角量子数

(3)磁量子数

m

(4)自旋量子数

ms2四个量子数(1)主量子数n(3)磁量子数主量子数n（层）１与电子能量有关，表示电子离核的平均距离，n越大表示离核越远。取值从1开始。２不同的n值，对应于不同的电子壳层：１２３４５……..

KLMNO……...主量子数n（层）角量子数(亚层)1与角动量有关，对于多电子原子，

l

也与n有关，取值从0到n-1。2l的取值0，1，2，3……n-1

s,p,d,f…...

球哑铃花瓣花瓣形形形形3表示同一层内，电子的能量的差别角量子数(亚层)磁量子数m1与角动量的取向有关，取值不同表示不同的空间伸展方向；一个值代表一个方向。2m可取0，±1,±2……±l（2l+1）等价轨道（简并轨道）4如：n=3l=2时m=0，±1,±2,表示第三电子层上p亚层有5个空间伸展方向不同的d轨道.磁量子数m量子数,电子层,电子亚层之间的关系

每个电子层最多

容纳的电子数

主量子数n1234

电子层KLMN

角量子数

l0123电子亚层spdf

每个亚层中轨道数目1357每个亚层最多容纳电子数26101413572610142818量子数,电子层,电子亚层之间的关系每个电子层最多1小结:量子数与电子云的关系(1)n:决定电子云的大小(2)l:描述电子云的形状(3)m:

描述电子云的伸展方向小结:量子数与电子云的关系(1)n:决定电子云的大小轨道:与氢原子类似,其电子运动状态可描述为1s,2s,2px,2py,2pz,3s……能量:与氢原子不同,能量不仅与n有关,也与l有关;在外加场的作用下,还与m有关5多电子原子轨道能级轨道:与氢原子类似,其电子运动状态可描5多电子原子轨道1Pauling近似能级图1Pauling近似能级图说明1.这是多原子的核外电子排布式的依据。2.n相同l不同：E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)3.l相同n不同：E(1s)<E(2s)<E(3s)……

4.原子轨道的能级交错现象，由于屏蔽效应和钻穿效应两因素来说明。

说明1.这是多原子的核外电子排布式的依据。屏蔽效应多电子原子受到原子核和其他电子的相互作用，使核电荷对外层电子的引力减弱。称为屏蔽效应。Slater提出经验规则：Z*=Z–σ（Z*有效核电荷）1）外层电子对内层无屏蔽作用，σ=0。2）同组中每一个其他电子对被屏蔽电子的σ=0.35，（1s，σ=0.3）屏蔽效应多电子原子受到原子核和其他电子的相互作用，使核电荷对3)(n-1)电子层中每个电子对n层被屏蔽的s、p电子的σ=0.85；（n-2）层以及更内层的电子对n层的σ为1.004)如被屏蔽电子为（nd)或（nf）组中电子，同组中其他电子对被屏蔽的σ为0.35,内组电子对被屏蔽电子的σ为1.00例;钾原子的电子层结构1s22s22p63s23p64s1

而不是1s22s22p63s23p63d1,即4s能级低于3d，试从有效核电荷说明之。3)(n-1)电子层中每个电子对n层被屏蔽的s、p电子的解：假定填入的1个电子是在4s;Z*=Z–σ=19-(0.85x8+1.00x10)=2.20

假如填入的1个电子是在3d;Z*=Z–σ=19-1.00x18=1.00结果：核对4s电子有效核电荷大于3d,即4s能级低于3d，所以钾原子的最后1个电子应填充在4s轨道上。解：假定填入的1个电子是在4s;钻穿效应外层电子在某种程度上渗透入内部空间，出现在原子核附近，避开其余电子的屏蔽。当n一定，l愈小的原子轨道的电子，穿过内层到核附近的几率就大，避开其余电子的屏蔽也较好，而感受有效核电荷也较多。因而轨道能量也较低。即：4s<3d<4p.钻穿效应外层电子在某种程度上渗透入内部空间，出第二节核外电子排布(1)最低能量原理电子在核外排列应尽先分布在低能级轨道上,使整个原子系统能量最低。(2)Pauli不相容原理每个原子轨道中最多容纳两个自旋式相反的电子。(3)Hund规则在n和

m相同的轨道上,分布电子,将尽可能得分布m值不同的轨道,且自旋相同。第二节核外电子排布(1)最低能量原理N:Hund特例当轨道处于全满,半满.全空时,原子较稳定26号Fe:1s22s22p63s23p63d64s2N:Hund特例26号Fe:1s22s22p63s2第三节原子核外电子排布与

元素周期律

1.元素周期表是按原子结构排列的。2.原子序数=原子核电荷数=核外电子数3.周期数=电子层数=能级组数4.元素性质周期性是由于原子随着原子序数的增大，周期地重复着近似的电子层结构的缘故。5.主族元素所填的电子是在最外层的s轨道和p轨道；若是在此外层即d轨道则是过度元素（副族元素）；若是在外数第三层的f轨道上，则称为内过渡元素。第三节原子核外电子排布与

元素周期律

1.元素周期表是按6.元素周期表分为s、p、d、f四区。7.同族元素中，电子层结构相似，所以性质相似。8.元素的性质，决定于它的结构，通过原子结构才能从本质上了解元素的性质。元素的性质主要有原子得失电子难易以及能够使用多少电子去成键两方面。6.元素周期表分为s、p、d、f四区。第四节元素性质的周期性1原子半径(1)共价半径(2)金属半径(3)vanderWaals半径主族元素：从左到右r减小从上到下r增大过渡元素：从左到右r缓慢减小

从上到下r略有增大镧系收缩第四节