1、第七章 原子的殼層結構7.1元素性質的周期性 1869年俄國化學家門捷列夫經過長期的研究發(fā)現元素的性質隨著原子量的遞增而發(fā)生周期性變化，他把當時已發(fā)現的63種元素按原子量的遞增順序排成一 行，并將性質相似的元素排在一個列中，編成了元素周期表。后又陸續(xù)發(fā)現了許多新元素，相繼填充到周期表中。目前，最新統計結果，共發(fā)現114種元素，1994年底是111種。這114種元素中有92種是天然存在的，其余的是人工制造的。 堿金屬元素的電離能最小，然后逐次增加，惰性氣體電離能最大；堿金屬元素的最外邊一個電子與原子其余部分結合不牢固，容易電離掉；惰性氣體結構就比較堅固。 原子體積：1mol原子在固態(tài)或液態(tài)時占有

2、的體積。盡管元素性質的周期性早在1869年就提出來了,但人們對此卻無法給出一個滿意的解釋，直到50年后的Bohr時代，才由Bohr給出了物理解釋。1925年Pauli提出不相容原理，人們這才深刻地認識到，元素性質的周期性,是電子組態(tài)周期性的反映。下面我們從討論各”軌道”的電子容量入手,討論電子的填充次序以及能級相對高、低的一般規(guī)律。7.2 原子的電子殼層結構1.描述電子狀態(tài)的兩套量子數(1) 用 量子數描述(無耦合表象) 如：原子處于強磁場中，電子的自旋-軌道耦合被解脫。電子的軌道、自旋的取向分別對外磁場量子化。(2) 用 量子數描述(耦合表象) 電子的自旋-軌道耦合時， 不再有確定的值。如：

3、原子處于弱磁場中；j-j 耦合情形。3.殼層和次殼層最多容納電子數同一個原子中,不可能有兩個或兩個以上的電子處在同一個狀態(tài)；也就是說，不可能有兩個或兩個以上的電子具有完全相同的四個量子數。2.泡利不相容原理相同主量子數 的電子構成一殼層；每一殼層中，不同的 分為不同的次殼層。(1) 用 量子數描述時 對確定的主量子數 , 共取 個值；對每一 ， 共 個值，對每一 每一次殼層最多容納電子數： 每一殼層最多容納電子數：(2) 用 量子數描述時 對確定的主量子數 , 共取 個值；對每一 ，有兩個 值： 對每一每一次殼層最多容納電子數： 每一殼層最多容納電子數： 各殼層可以容納的最多電子數56殼層名稱

4、最多電子數 2n2支殼層最多電子數 2(2+1)1234KLMNOP281832507200 10 1 2 3 0 1 2 3 4 50 1 20 1 2 3 4ss ps p ds p d fs p d f g hs p d f g 2 2 6 2 6 10 2 6 1014 2 6 10 14 18 2 6 10 141832 原子在正常狀態(tài)時，每個電子在不違背泡利不相容原理的前提下，總是盡先占有能量最低的狀態(tài)。4.能量最低原理原子中各狀態(tài)能量高低次序 同一主殼層中（n相同而不同）E(ns)E(np)E(nd)3）電子能級排列大致順序：7.3 元素周期表的形成1s11s2第一周期 H 原子

5、處于基態(tài)時，核外電子的排布情況He第二周期3.Li 4.Be5.B6.C7.N8.O9.F10.Ne1s22s11s22s21s22s22p11s2s2p1s22s22p21s22s22p31s22s22p41s22s22p51s22s22p611.Na 1s22p63s112.Mg 1s22p63s2 13.Al 1s22p63s23p1 14.Si 1s22p63s23p2 15.P 1s22p63s23p3 16.S 1s22p63s23p4 17.Cl 1s22p63s23p5 18.Ar 1s22p63s23p6因為3d空著,所以第三周期只有8個元素而不是18個元素第三周期第四周期

6、從 K 開始填充4s.因為能級交錯現象,E4sE3dE4p 所以K開始了第四個主殼層的填充,也就開始了第四周期。 4s: K，Ca 3d: Sc-Zn (21-30號元素）過渡元素。4p: Ga-Kr (31-36號元素）接下來填5s次殼層,第四周期結束。(18個元素)第五周期 5s: Rb, Sr(鍶） 4d: Y-Cd (39-48號元素）過渡元素。5p: In-Xe (49-54號元素）接下來填6s次殼層,第五周期結束。(18個元素)第六周期 6s: Cs, Ba 5d: 填1個電子，La (57號元素）稀土元素。4f: Ce( 鈰）-Lu (58-71號元素）鑭系，稀土元素接下來填7s

7、次殼層,第六周期結束。第七周期開始。(32個元素)5d: 72-80號元素（9個）6 p: 81-86號元素（6個） 7.4 原子基態(tài)光譜項的確定考慮：L-S 耦合；泡利原理；能量最低原理；洪特定則1.滿殼層和滿次殼層角動量均為零描述原子狀態(tài)（光譜項）的角動量只取決于未填滿的次殼層中的電子總角動量。2.確定原子基態(tài)光譜項的簡易方法 (1)由泡利原理和能量最低原理求一定電子組態(tài)的最大S。 (2)求上述情況上的最大L。 (3)由半數法則確定J。 (4)按2s+1LJ 確定基態(tài)原子態(tài)（光譜項）。 其它元素的原子態(tài)都有可按上述方法求得。例： Si（硅）基態(tài)電子組態(tài)是3P2,是兩個同科P電子，填充方式為：m: +1 0 - 1由此可知 這樣便求出了最大S和最大的L（按洪特定則要求） 再由半數法則確定J=L-S=0,所以硅（Si）的基態(tài) 為L=1,S=1,J=0，可得， 3p0 是它的基態(tài)的原子態(tài)。 泡 利Wolfgang Pauli 奧地利人 1900-1958獲194