第二章交原子结构课件

第二章原子结构原子核外电子排布21原子核外电子的运动状态3原子的电子层结构和元素周期律原子结构与元素周期律的关系波函数、原子轨道、电子云的概念四个量子数描述核外电子运动状态的方法多电子原子轨道能级核外电子排布的原则及常见元素电子排布式的书写关键词学习要点第二章原子结构学习目标1.

掌握：用四个量子数描述核外电子运动状态的方法；在两条原理和一条规则指导下正确书写常见元素电子排布式的方法；元素周期表的结构及元素某些性质的周期性规律。

2.

熟悉：波函数、原子轨道、电子亚层及电子云的概念；原子轨道角度分布图和电子云示意图。

3.

了解：核外电子运动的特殊性；用屏蔽效应和钻穿效应解释轨道能级的变化。第二章原子结构第一节原子核外电子的运动状态一、原子核外电子运动的特殊性(一)波粒二象性

法国物理学家德布罗意（L.de.Broglie）提出物质波假设：一切运动的微观粒子（如电子、中子、原子等）都具有波粒二象性

λ—粒子的波长，表明波动性特征；

p

—粒子的动量，m—质量，v—速度，表明了粒子性特征；

h—普朗克常数，将λ和p联系起来。

第二章原子结构第一节原子核外电子的运动状态一、原子核外电子运动的特殊性(二)测不准原理德国科学家海森堡提出

△x△p≥h/4π

x—微观粒子在空间某一方向的位置坐标

△x—确定粒子位置时的不准量

△p—

确定粒子动量的不准量

第二章原子结构

△x越小，即粒子位置的测定准确度越大，则△p越大，即动量的准确度越小；反之亦然。第一节原子核外电子的运动状态一、原子核外电子运动的特殊性(三)统计性规律

亮斑强度大的地方，电子出现的几率就大；反之，亮斑强度弱的地方，电子出现的几率就小。电子衍射图像说明了电子在核外空间区域出现的概率特征，这也是微观粒子运动的特殊性。X射线、电子衍射示意图

第二章原子结构第一节原子核外电子的运动状态二、波函数

奥地利物理学家薛定谔（E.Schrödinger）根据电子的波粒二象性，建立了描述微观粒子运动状态的波动方程，即薛定谔方程：

Ψ—波函数，是空间坐标x、y、z的函数

E—体系中电子的总能量（动能与势能之和）

V—势能

me—电子的质量第二章原子结构第一节原子核外电子的运动状态二、波函数

薛定谔方程中的质量、动量及波函数体现了电子的波粒二象性。波函数Ψ是薛定谔方程的函数解。量子力学用波函数来描述原子核外电子的运动状态，因此常把波函数Ψ称为原子轨道。

电子的运动状态的合理解引用只能取某些整数值的三个参数（n，l，m），称它们为量子数。

注意：原子轨道是指原子核外电子在核外运动的空间范围

第二章原子结构第一节原子核外电子的运动状态三、四个量子数

主量子数角量子数磁量子数四个量子数自旋量子数第二章原子结构第一节原子核外电子的运动状态三、四个量子数(一)主量子数n

取值：除零外的正整数，即1、2、3…、n

意义：描述电子出现最大概率区域离核的距离，是决定电子运动能量高低的主要因素

n

1234567…电子层

一二三四五六七层符号

KLMNOPQ能量高低

低高第二章原子结构第一节原子核外电子的运动状态三、四个量子数(二)角量子数l取值：0、1、2、3、…（n-1）的正整数，共可取n个值意义：描述原子轨道形状，也是决定多电子原子中的电子能量的重要因素。在同一电子层中，l越大，原子轨道能量越大，电子的能量越高

角量子数

0123亚层符号spdf轨道形状球形哑铃型花瓣型复杂第二章原子结构第一节原子核外电子的运动状态三、四个量子数

(二)角量子数l主量子数n与角量子数l对应关系

n的取值1234电子层

一二三四l的取值0010120123电子亚层

1s

2s2p3s3p3d4s4p4d4f第二章原子结构第一节原子核外电子的运动状态三、四个量子数

(三)磁量子数m取值：从-l到+l包括0在内的（2l+1）个值，即m=0，±1，±2，…±l意义：每一个m的取值代表原子轨道的一种空间伸展方向（一条原子轨道）n=1l=0n=2l=0l=1m=0m=0m=1m=-1m=01条原子轨道4条原子轨道第二章原子结构第一节原子核外电子的运动状态三、四个量子数

(三)磁量子数m磁量子数与角量子数的关系

l的取值1234电子亚层spdfm的取值00，±10，±1，±20，±1，±2，±3伸展方向一种三种五种七种等价轨道数目三个五个七个第二章原子结构

第一节原子核外电子的运动状态三、四个量子数（四）自旋量子数ms

取值：﹢1/2和﹣1/2

意义：表示同一轨道中电子的两种自旋状态，每一电子层中可容纳的电子总数为2n2。电子平行自旋：电子反平行自旋：↑↓↑↑第二章原子结构

四个量子数可以确定电子在原子核外的运动状态，并且这四个量子数的取值是相互制约。因此根据四个量子数之间的关系则可以计算出各电子层中电子可能有的运动状态数。

第一节原子核外电子的运动状态

注意：描述一个原子轨道要用三个量子数，而描述一个原子轨道上运动的电子，要用四个量子数。

第二章原子结构第一节原子核外电子的运动状态四、电子云

波函数用于描述核外电子的运动状态，但由于其物理意义不够明确，所以常用它的角度分布图，又称原子轨道分布图来更直观地理解波函数

第二章原子结构第一节原子核外电子的运动状态

s、p、d各种原子轨道的角度分布图第二章原子结构第一节原子核外电子的运动状态四、电子云

电子在核外空间出现机会统计的结果得到电子的几率密度分布，即︱Ψ︱2，习惯上用小黑点分布的疏密来表示电子在某处出现几率密度的相对大小。用此方法得到的图称为电子云。

氢原子1s电子云示意图

第二章原子结构第一节原子核外电子的运动状态p、d

轨道电子云示意图第二章原子结构第二节原子核外电子排布一、多电子原子轨道能级

多电子原子轨道能量由n、l决定。在多电子原子中，电子的排布应使原子能量最低，这样体系才能最稳定。美国化学家鲍林根据光谱实验的结果，总结出多电子原子中电子填充各原子轨道能级顺序，将能级相近的原子轨道排为一组，分为七个能级组。按照能量由低到高的顺序自下向上排列，同一能级组内各能级之间原子轨道能量相差较小，而不同能级组的原子轨道能量相差较大。

第二章原子结构第二节原子核外电子排布一、多电子原子轨道能级能级组第Ⅵ组（6s4f5d6p）第Ⅴ组（5s4d5p）第Ⅳ组（4s3d4p）

第Ⅲ组（3s3p）第Ⅱ组（2s2p）第Ⅰ组（1s）能量鲍林原子轨道近似能级图

第二章原子结构第二节原子核外电子排布一、多电子原子轨道能级由能级图可以看出以下几点：n相同，l不同，l越大，轨道能量越高

Ens＜Enp＜End＜Enfl相同，n不同，n越大，轨道能量越高

E1s＜E2s＜E3s＜E4sn，l均不同，一般来说n越大，轨道能级越高。注意从第四能级组开始出现了低主量子数小反而能量高的反常现象，称为能级交错现象。

E4s＜E3d；E5s＜E4d；E6s＜E4f＜E5d第二章原子结构第二节原子核外电子排布一、多电子原子轨道能级“屏蔽效应”和“钻穿效应”解释原子轨道能级高低变化

屏蔽效应是指由于其他电子对某电子的排斥作用，导致核电荷吸引作用被部分抵消，称为其他电子对某电子的屏蔽效应

外层电子对内层电子无屏蔽内层电子对外层电子有较强的屏蔽同层电子间有较弱的屏蔽第二章原子结构第二节原子核外电子排布一、多电子原子轨道能级

钻穿效应是指离核较远的电子可能钻到离核较近的内层空间，从而更接近原子核引起能级能量变化的现象n相同，l不同的轨道中的各个电子，钻穿效应的大小：

ns>np>nd>nf

Ens<Enp<End<Enf屏蔽效应与钻穿效应共同作用产生能级交错第二章原子结构第二节原子核外电子排布二、原子核外电子排布规律（一）原子核外电子排布规则第二章原子结构第二节原子核外电子排布二、原子核外电子排布规律（二）原子核外电子排布第二章原子结构第二节原子核外电子排布二、原子核外电子排布规律（二）原子核外电子排布

11-36号元素原子核外电子排布式第二章原子结构第二节原子核外电子排布二、原子核外电子排布规律（二）原子核外电子排布第二章原子结构

11-36号元素原子核外电子排布式第二节原子核外电子排布二、原子核外电子排布规律（二）原子核外电子排布

电子填充是按能级图的顺序，但书写电子排布式时，要将相同主量子数的轨道排在一起

内层电子已达到稀有气体结构的部分写成稀有气体元素符号，并用“[]”括起来，称为“原子实”

第二章原子结构

11-36号元素原子核外电子排布式第三节原子的电子层结构和元素周期律一、原子结构与元素周期律的关系（一）原子的电子层结构与周期的划分能级组能级组数周期序数元素数目周期名称最多容纳电子数1s一12特短周期22s2p二28短周期83s3p三38短周期84s3d4p四418长周期185s4d5p五518长周期186s4f5d6p六632特长周期327s5f6d7p七7未完未完成周期周期与能级组的关系周期序数=该元素的电子层数=能级组数

第二章原子结构第三节原子的电子层结构和元素周期律一、原子结构与元素周期律的关系（二）原子的电子层结构与族的划分原子的价电子层结构相似的元素排在同一纵行，称为族。元素周期表中共有18个纵行，其中第8、9、10并成一族，称为第Ⅷ族，其余包括七个主族、七个副族和一个0族

主族

ⅠA、ⅡA、ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA副族

ⅠB、ⅡB、ⅢB、ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB第二章原子结构第三节原子的电子层结构和元素周期律一、原子结构与元素周期律的关系（三）原子的电子层结构与区的划分周期ⅠA01ⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA2s区活泼金属ns1～2p区非金属元素ns2np1～63ⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡB4d区金属元素（n-1）d1～9ns0～2ds区金属元素（n-1）d10

ns1～2567镧系f区

金属元素

（n-2）f0～14（n-1）d0～2ns2錒系第二章原子结构第三节原子的电子层结构和元素周期律二、元素某些性质的周期性原子半径电离能电负性元素性质周期性氧化数第二章原子结构第三节原子的电子层结构和元素周期二、元素某些性质的周期性（一）原子半径的周期性变化同一周期从左到右元素原子半径依次减小同一主族元素，从上到下，原子半径逐渐增大第二章原子结构H32

He93Li123Be89B82C77N70O64F64Ne112Na154Mg136Al118Si117P110S104Cl99Ar154K203Ca174Sc144Ti132V122Cr118Mn117Fe117Co116Ni115Cu117Zn125Ga126Ge122As121Se117Br114Kr169Rb216Sr191Y162Zr145Nb134Mo130Tc127Ru125Rh125Pd123Ag134Cd148In144Sn140Sb141Te137I133Xe190Cs235Ba198Hf144Ta134W130Re128Os126Ir127Pt130Au134Hg144Tl148Pb147Bi146Po146At145Rn镧系元素La169Ce165Pr164Nd164Pm163Sm162Eu185Gd162Tb161Dy160Ho158Er158Tm158Yb170Lu158元素原子半径的周期性变化

第二章原子结构第三节原子的电子层结构和元素周期律二、元素某些性质的周期性（二）电离能的周期性变化

电离能是指元素的一个气态原子在基态时失去电子成为气态阳离子所需要的能量失去第一个电子所需能量，称为该元素的第一电离能，用I1表示失去第二个电子时所需能量称为第二电离能，用I2表示。依次类推，分别称I3、I4…

同一周期元素从左到右，电离能的总体趋势增大同一主族元素从上到下，电离能逐渐减小第二章原子结构第三节原子的电子层结构和元素周期律二、元素某些性质的周期性（二）电离能的周期性变化第二章原子结构第三节原子的电子层结构和元素周期律二、元素某些性质的周期性（三）元素的电负性元素的电负性（X）是指原子在分子中吸引电子的能力