第九章原子結(jié)構(gòu)9.1核外電子運動狀態(tài)9.2多電子原子核外電子的排布9.3元素周期律第九章原子結(jié)構(gòu)9.1核外電子運動狀態(tài)9.2多電子本章作業(yè)P264：4，5本章作業(yè)P264：1911年盧瑟福根據(jù)a粒子轟擊原子實驗，建立了有核原子模型。原子中央有一個體積非常小的、帶正電荷的原子核；在原子核周圍很大空間里存在著圍繞原子核運動的電子。1911年盧瑟福根據(jù)a粒子轟擊原子實驗，建立了有核原子模型。盧瑟福模型的局限其二，是它不能說明元素的線狀光譜產(chǎn)生的原因。據(jù)該原子模型，能量的釋放應是不間斷的，觀察到的原子光譜應是連續(xù)的帶狀光譜，這與實驗觀察到的間隔的線狀光譜不符。其一，是電子以極大的速度繞核運動，輻射能量（電磁波），則軌道半徑越來越小，最后在非常短的時間內(nèi)掉在原子核上，引起原子毀滅，稱為“原子的塌陷”。盧瑟福模型的局限其二，是它不能說明元素的線狀光譜產(chǎn)生的原因?；A(chǔ)化學第九章原子結(jié)構(gòu)課件9.1.1電子的波粒二象性9.1.2波函數(shù)與Schr?dinger方程9.1.3幾率密度和電子云9.1核外電子的運動狀態(tài)9.1.1電子的波粒二象性9.1核外電子的運動狀態(tài)9.1.1電子的波粒二象性1.量子化特征:氫原子光譜

原子光譜:激發(fā)態(tài)原子發(fā)射出來的光譜氫光譜由一系列不連續(xù)的譜線組成.量子化特征:能量不連續(xù)最小的基本量--量子9.1.1電子的波粒二象性1.量子化特征:氫原子(1)氫原子光譜太陽光或白熾燈發(fā)出的白光，通過玻璃三棱鏡時，所含不同波長的光可折射成紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等沒有明顯分界線的光譜，這類光譜稱為連續(xù)光譜。原子（包括氫原子）得到能量（高溫、通電）會發(fā)出單色光，經(jīng)過棱鏡分光得到線狀光譜。即原子光譜屬于不連續(xù)光譜。每種元素都有自己的特征線狀光譜。氫原子光譜如圖所示。四條譜線的波長、頻率的關(guān)系式一并列出。氫原子光譜的特征：

★不連續(xù)光譜，即線狀光譜。

★其頻率具有一定的規(guī)律。

Balmer經(jīng)驗公式：

n=3,4,5,6(1)氫原子光譜太陽光或白熾燈發(fā)出的白光，通過玻璃三棱鏡時，

氫原子光譜

H434.0

H486.1

H656.2

H410.2n=3、4、5、6H、H、H、H經(jīng)典力學無法解釋氫原子光譜氫原子光譜HHHHn=3、4、（2）玻爾理論丹麥物理學家Bohr（2）玻爾理論丹麥物理學家Bohr1913年丹麥物理學家Bohr發(fā)表了原子結(jié)構(gòu)理論的三點假設：核外電子只能在有確定半徑和能量的軌道上運動，且不輻射能量。通常，電子處在離核最近的軌道上，能量最低—基態(tài)；原子得能量后，電子被激發(fā)到高能軌道上，原子處于激發(fā)態(tài)。從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)釋放光能，光的頻率取決于軌道間的能量差。內(nèi)容1913年丹麥物理學家Bohr發(fā)表了原子結(jié)構(gòu)理論的三點假設E4E3E2E1躍遷假設4321hν=E初

–E未軌道假設4321E4躍遷假設4321玻爾理論的局限：1.多電子原子光譜

2.氫原子的精細光譜波爾理論的成就

1.成功地解釋了氫原子的線狀光譜，它對氫原子光譜譜線頻率的計算與實驗結(jié)果很吻合。

2.首先提出了電子運動能量的量子化概念。玻爾理論的局限：1.多電子原子光譜波爾理論的成就1924年，法國年輕的物理學家L.deBroglie(1892—1987)指出，對于光的本質(zhì)的研究，人們長期以來注重其波動性而忽略其粒子性；與其相反，對于實物粒子的研究中，人們過分重視其粒子性而忽略了其波動性。2.微觀粒子的波粒二象性

質(zhì)量為m,運動速度為v的粒子,相應的波長為：1924年，法國年輕的物理學家L.deBrogl

1927年，deBroglie的預言被電子衍射實驗所證實，這種物質(zhì)波稱為deBroglie波。

研究微觀粒子的運動時，不能忽略其波動性。微觀粒子具有波粒二象性。1927年，deBroglie感光屏幕薄晶體片衍射環(huán)紋電子槍電子束電子衍射實驗示意圖用電子槍發(fā)射高速電子通過薄晶體片射擊感光熒屏，得到明暗相間的環(huán)紋，類似于光波的衍射環(huán)紋。感光屏幕薄晶體片衍射環(huán)紋電子槍電子束3.測不準原理:德國物理學家海森堡提出

如果微粒的運動位置越準確，則相應的速度越不容易測準確。事實上一切物體的運動都有這樣的規(guī)律。對宏觀物體而言可以忽略，而微觀粒子不可忽略。3.測不準原理:德國物理學家海森堡提出對質(zhì)量為10克的宏觀物體，若x=0.01cm對電子，m=9.1110-31

千克，x=10-9cm∴對宏觀物體可同時測定位置與速度∴若m非常小，則其位置與速度是不能同時準確測定的對質(zhì)量為10克的宏觀物體，若x=0.01cm對電子，m9.1.2薛定諤方程與四個量子數(shù)ErwinSchrodinger,奧地利物理學家9.1.2薛定諤方程與四個量子數(shù)ErwinSchrodin1.薛定諤方程(1926)－量子力學中描述核外電子在空間運動的數(shù)學函數(shù)式，即原子軌道

E－軌道能量（動能與勢能總和）m—微粒質(zhì)量，h—普朗克常數(shù)x,y,z為微粒的空間坐標

(x,y,z)波函數(shù)1.薛定諤方程(1926)直角坐標(x,y,z)轉(zhuǎn)換為球坐標直角坐標(x,y,z)轉(zhuǎn)換為球坐標波函數(shù)是描述電子運動狀態(tài)的數(shù)學表達式,而且又是空間坐標的函數(shù),其空間圖象可以形象的理解為電子運動的空間范圍,即我們平常所說的“原子軌道”.結(jié)論:波函數(shù)的空間圖象就是原子軌道,原子軌道的數(shù)學表達式就是波函數(shù).波函數(shù)是描述電子運動狀態(tài)的數(shù)學表達式,而且又是２波函數(shù)的物理意義Ψ：描述原子核外電子運動的方式Ψ2:原子核外電子出現(xiàn)的幾率密度為了得到有意義的合理解,需要引入幾個常數(shù)項.即主量子數(shù)、角量子數(shù)、磁量子數(shù)。２波函數(shù)的物理意義Ψ：描述原子核外電子運動的方式Ψ23.四個量子數(shù)(1)主量子數(shù)n，n=1,2,3…正整數(shù)，它決定電子離核的遠近和能級。(2)角量子數(shù)l，l=0,1,2,3…n-1，以s，p，df對應的能級表示亞層，它決定了原子軌道或電子云的形狀(3)磁量子數(shù)m，原子軌道在空間的不同取向，m=0,1,2,3...l,一種取向相當于一個軌道，共可取2l+1個數(shù)值。m值反應了波函數(shù)

(原子軌道)或電子云在空間的伸展方向3.四個量子數(shù)(4)自旋量子數(shù)ms，ms=1/2,表示同一軌道中電子的二種自旋狀態(tài)

3.核外電子運動狀態(tài)(量子力學的方法)(1)電子在原子中運動服從薛定諤方程

(n,l,m)(x,y,z)是薛定諤方程的合理解。表示原子核外軌道的一種運動狀態(tài)(2)每一波函數(shù)(n,l,m)(x,y,z)

都有確定的能量E(n,l)。(3)n，l，m規(guī)定了核外軌道的運動狀態(tài)。(4)粒子的運動不存在經(jīng)典的軌道，而只呈現(xiàn)幾率分布。(4)自旋量子數(shù)ms，ms=1/2,表示同一軌道中電四個量子數(shù)描述核外電子運動的可能狀態(tài)

例：

n=11sn=2l=0，m=02s

l=1，m=0,12p

n=3l=0，m=03sl=1m=0,13pl=2m=0,1，23d

n=4?四個量子數(shù)描述核外電子運動的可能狀態(tài)n=4?

n,l,m一定,軌道也確定

l=

0123……軌道

spdf……例如:n=2,l=0,m=0,2sn=3,l=1,m=0,3pz

n=3,l=2,m=0,3dz2n,l,m一定,軌道也確定l=0意義角量子數(shù)l決定原子軌道的形狀

。例如n=4時，l有4種取值，就是說核外第四層有4種形狀不同的原子軌道：

l=0表示s軌道，形狀為球形，即4s軌道；

l=1表示p軌道，形狀為啞鈴形，4p軌道；

l=2表示d軌道，形狀為花瓣形，4d軌道；

l=3表示f軌道，形狀更復雜，4f軌道。由此可知，在第四層上，共有4種不同形狀的軌道。同層中(即n相同)不同形狀的軌道稱為亞層，就是說核外第四層有4個亞層。如n=3，角量子數(shù)

l

可取0，1，2共三個值，依次表示為

s，p，d。意義角量子數(shù)l決定原子軌磁量子數(shù)m

磁量子數(shù)m取值受角量子數(shù)l

的影響，對于給定的l，m可取：0，1，2，3，……，l。共2

l+1個值。若l=3，則m=0，1，2，3，共7個值。

m決定原子軌道的空間取向。n和

l

一定的軌道，如2p軌道（n=2，l=1）在空間有三種不同的取向。磁量子數(shù)m共2l+1個值。每一種m的取值，對應一種空間取向。zyx

m的不同取值，或者說原子軌道的不同空間取向，一般不影響能量。3種不同取向的2p軌道能量相同。我們說這3個原子軌道是能量簡并軌道，或者說2p軌道是3重簡并的。

而3d則有5種不同的空間取向，3d軌道是5重簡并的。每一種m的取值，對應一種空間取向。zxz+s

軌道xy+–py

軌道xz+–px

軌道xz+–pz

軌道xy++––dxy

軌道yz++––dyz

軌道xz++––dxz

軌道xz++––dz2

軌道xy++––dx2-y2

軌道xz+s軌道xy+–py軌道xz+–px軌道xz+–p自旋量子數(shù)ms

電子既有圍繞原子核的旋轉(zhuǎn)運動，也有自身的旋轉(zhuǎn)，稱為電子的自旋。

ms的取值只有兩個，+1/2和－1/2。電子的自旋方式只有兩種，通常用“”和“”表示。所以Ms也是量子化的。所以，描述一個電子的運動狀態(tài)，要用四個量子數(shù)：n，l，m，ms

同一原子中，沒有四個量子數(shù)完全相同的兩個電子存在。自旋量子數(shù)msms例1用四個量子數(shù)描述n=4，l=3的所有電子的運動狀態(tài)。解：l=3對應的有m=0，1，2，3，共7個值。即有7條軌道。每條軌道中容納兩個自旋量子數(shù)分別為+1/2和－1/2的自旋方向相反的電子，所以有27=14個運動狀態(tài)不同的電子。分別用n，l，m，ms

描述如下：

n，l，m，ms4301/243－11/24311/243－21/24321/243－31/24331/2

n，l，m，ms430－1/243－1－1/2431－1/243－2－1/2432－1/243－3－1/2433－1/2例1用四個量子數(shù)描述n=4，l=有6組量子數(shù)①n=3,l=1,m=-1;②n=3,l=0,m=0;③n=2,l=2,m=-1;④n=2,l=1,m=0;⑤n=2,l=0,m=-1;⑥n=2,l=3,m=2;其中正確的是A.①②③B.①②④C.④⑤⑥D(zhuǎn).②④⑤練習有6組量子數(shù)練習9.1.3幾率密度和電子云幾率密度:電子在原子核外空間某處單位體積內(nèi)出現(xiàn)的幾率,用2表示.電子云:描述電子在原子核外空間出現(xiàn)的幾率密度分布所得的空間圖像9.1.3幾率密度和電子云幾率密度:電子在原子核外空間某幾率密度和電子云（1）電子云的概念假想將核外一個電子每個瞬間的運動狀態(tài)，進行攝影。并將這樣數(shù)百萬張照片重疊，得到如下的統(tǒng)計效果圖，形象地稱為電子云圖。1s2s2p幾率密度和電子云（1）電子云的概念假想將核外一個電子每個瞬（2）幾率密度和電子云

幾率是電子在某一區(qū)域出現(xiàn)的次數(shù)叫幾率。幾率與電子出現(xiàn)區(qū)域的體積有關(guān)，也與所在研究區(qū)域單位體積內(nèi)出現(xiàn)的次數(shù)有關(guān)。

幾率密度電子在單位體積內(nèi)出現(xiàn)的幾率。幾率與幾率密度之間的關(guān)系幾率（W）=幾率密度

體積（V）。

相當于質(zhì)量，密度和體積三者之間的關(guān)系。（2）幾率密度和電子云幾率是電子在某一區(qū)域出電子云圖是幾率密度||2的形象化說明。黑點密集的地方，||2的值大，幾率密度大；反之幾率密度小。量子力學理論證明，幾率密度=||2電子云圖是幾率密度||2的形象化說1-5波函數(shù)的空間圖象能否根據(jù)||2或的解析式畫出其圖象呢？這是我們最希望的。

的圖形無法畫出來。所以只好從不同的角度，片面地去認識這一問題。把波函數(shù)分為徑向部分和角度部分，分別加以討論。

(r，，)或(x，y，z)3個變量加1個函數(shù)，共四個變量。需要在四維空間中做圖。1-5波函數(shù)的空間圖象能否根據(jù)||2或（1）徑向分布

（r，，）=R(r)?Y(，)，討論波函數(shù)與r之間的關(guān)系，只要討論波函數(shù)的徑向部分R(r)與r之間的關(guān)系就可以，因為波函數(shù)的角度部分Y(，)與r無關(guān)。幾率密度||2隨r的變化，即表現(xiàn)為|R|2

隨r的變化。（1）徑向分布

徑向幾率分布圖徑向幾率分布應體現(xiàn)隨著r的變化，或者說隨著離原子核遠近的變化，在單位厚度的球殼中，電子出現(xiàn)的幾率的變化規(guī)律。以1s為例，幾率密度隨著r的增加而減少，但是在單位厚度的球殼中，電子出現(xiàn)的幾率隨r變化的規(guī)律就不是這樣簡單了。徑向幾率分布圖徑向幾率分布應體現(xiàn)隨著令D(r)=4r2

|R|2，D(r)稱為徑向分布函數(shù)。用D(r)對r作圖，考察單位厚度球殼內(nèi)的幾率隨r的變化情況，即得到徑向幾率分布圖。令D(r)=4r2|（2）角度分布圖經(jīng)過計算，得到以及與其對應Y(，)

和|Y(，)|2

的數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以畫出兩種角度分布圖：波函數(shù)的角度分布圖和電子云的角度分布圖。為角度部分。則角度部分的幾率密度為|Y

(，)|2=cos2為徑向部分，（2）角度分布圖經(jīng)過計算，得zy－+pypz－zx+zx+s各種波函數(shù)的角度分布圖zx+px－zy－+pypz－zx+zx+s各種波函數(shù)的角度分布圖zx+++－－yxdxy++－－zxdxz++－－zydyz－++－dx2－y2yx－+－+dz2zx++－－yxdxy++－－zxdxz++－－zydyz－++py

軌道px

軌道pz

軌道py軌道px軌道pz軌道dz2

軌道dx2-y2

軌道dz2軌道dx2-y2軌道dxy

軌道dyz

軌道dxz

軌道dxy軌道dyz軌道dxz軌道各種電子云的角度分布圖zxspzzx電子云的角度分布圖比波函數(shù)的角度分布圖略“瘦”些。電子云的角度分布圖沒有‘’‘’。dz2zxydx2－y2xydxyx作為波函數(shù)的符號，它表示原子軌道的對稱性，因此在討論化學鍵的形成時有重要作用。波函數(shù)的角度分布圖有‘’‘’。這是根據(jù)的解析式算得的。它不表示電性的正負。各種電子云的角度分布圖zxspzzx電子云的電子云的角度分布圖電子云的角度分布圖小結(jié)：量子數(shù)與電子云的關(guān)系n：決定電子能量的大小

l：描述電子云的形狀m：描述電子云的伸展方向小結(jié)：量子數(shù)與電子云的關(guān)系n：決定電子能量的大小l：描述§3-2核外電子排布和元素周期律對于單電子體系，其能量為即單電子體系中，軌道(或軌道上的電子)的能量，只由主量子數(shù)n決定。

n相同的軌道，能量相同：E4s=E4p=E4d=E4f……而且n越大能量越高：E1s<E2s<E3s<E4s……

多電子體系中，電子不僅受到原子核的作用，而且受到其余電子的作用。故能量關(guān)系復雜。所以多電子體系中，能量不只由主量子數(shù)n決定?！?-2核外電子排布和元素周期律對于單

（1）原子軌道近似能級圖

Pauling，美國著名結(jié)構(gòu)化學家，根據(jù)大量光譜實驗數(shù)據(jù)和理論計算，提出了多電子原子的原子軌道近似能級圖。第一組1s

第二組2s2p

第三組3s3p

第四組4s3d4p

第五組5s4d5p

第六組6s4f5d6p

第七組7s5f6d7p其中除第一能級組只有一個能級外，其余各能級組均以ns開始，以np結(jié)束。所有的原子軌道，共分成七個能級組各能級組之間的能量高低次序，以及能級組中各能級之間的能量高低次序，在下頁的圖示中說明。2-1多電子原子的能級（重點講解）（1）原子軌道近似能級圖Pauli能量1s2s2p3s3p4s4p3d5s5p4d6s6p5d4f每個代表一個原子軌道

p三重簡并d五重簡并f七重簡并能量1s2s2p3s3p4s4p3d5s5p4d6s6p5d根據(jù)多電子原子的近似能級圖和能量最低原理填入順序如左:根據(jù)多電子原子的近似能級圖和能量最低原理填入順序如左:

2-2核外電子排布的原則（重點講解）（1）能量最低原理電子先填充能量低的軌道，后填充能量高的軌道。盡可能保持體系的能量最低。（2）Pauli(保利)不相容原理即同一原子中沒有運動狀態(tài)完全相同的電子，即同一原子中沒有四個量子數(shù)完全相同的兩個電子。于是每個原子軌道中只能容納兩個自旋方向相反的電子。（3）Hunt(洪特)規(guī)則電子在能量簡并的軌道中，盡量以相同自旋方式成單排布。簡并的各軌道保持一致，則體系的能量低。軌道全空半充滿全充滿以上幾種情況對稱性高，體系穩(wěn)定。

半滿全滿規(guī)則：

當軌道處于全滿、半滿時，原子較穩(wěn)定。原子實半滿全滿規(guī)則：原子實2-3原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期系（重點講解）（1）原子的電子層結(jié)構(gòu)（2）元素周期系2-3原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期系（重點講解）（1）原核外電子的排布（原子的電子層結(jié)構(gòu)）1 HHydrogen 氫 1s1

2HeHelium 氦 1s2

3LiLithium鋰 1s22s14 BeBeryllium 鈹 1s22s2

5 B Boron 硼 1s22s22p1

6 C Carbon 碳 1s22s22p27 N Nitrogen 氮 1s22s22p38 O Oxygen 氧 1s22s22p49 F Fluorine 氟 1s22s22p510 Ne Neon 氖 1s22s22p6原子序數(shù)電子軌道圖元素符號英文名稱中文名稱電子結(jié)構(gòu)式核外電子的排布（原子的電子層結(jié)構(gòu)）1 H11 Na Sodium鈉

1s22s22p63s112 Mg Magnesium鎂1s22s22p63s213 Al Aluminium鋁1s22s22p63s23p114 Si Silicon 硅1s22s22p63s23p215P Phosphorus磷1s22s22p63s23p316Si Sulfur 硫1s22s22p63s23p417 Cl Chlorine 氯1s22s22p63s23p518Ar Argon 氬1s22s22p63s23p6原子序數(shù)元素符號英文名稱中文名稱電子結(jié)構(gòu)式11 Na Sod注意：[Ar]原子實，表示Ar的電子結(jié)構(gòu)式1s22s22p63s23p6。原子實后面是價層電子，即在化學反應中可能發(fā)生變化的電子。雖先排4s后排3d，但電子結(jié)構(gòu)式中先寫3d，后寫4s

21 Sc Scandium 鈧 [Ar]3d14s222 Ti Titanium鈦 [Ar]3d24s223 V Vanadium釩 [Ar]3d34s2

24 Cr Chromium鉻[Ar]3d54s1

25 MnManganese錳[Ar]3d54s226 Fe Iron鐵 [Ar]

3d64s227 Co Cobalt 鈷[Ar]

3d74s228 Ni Nickel 鎳 [Ar]

3d84s2

19 K Potassium 鉀[Ar]4s120 Ca Calcium 鈣 [Ar]4s2

注意：[Ar]原子實，表示Ar的電子結(jié)構(gòu)式基礎(chǔ)化學第九章原子結(jié)構(gòu)課件價層電子構(gòu)型主族元素：最外層的

ns、np軌道的電子副族元素：次外層的

(n–1)d和最外層

的

ns軌道的電子如：K：4s1

Br：4s24p5Cr：3d54s1Hg：5d106s2價層電子構(gòu)型主族元素：最外層的ns、np軌道的電子(2)元素周期系(2)元素周期系1元素的周期周期的劃分與能級組的劃分完全一致，每個能級組都獨自對應一個周期。共有七個能級組，所以共有七個周期。HHe1第一周期：2種元素第一能級組：2個電子1個能級1s1個軌道BeLiBCNOFNe2第二周期：8種元素第二能級組：8個電子2個能級2s2p4個軌道

1元素的周期周期的劃分與能級組的劃分完MgNaAlSiPSClAr3第三周期：8種元素第三能級組：8個電子2個能級3s3p4個軌道

KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr4YZrNbMoTcRhPdRuAgCdSrRbInSnSbTeIXe5第五周期：18種元素第五能級組：18個電子3個能級5s4d5p9個軌道

第四周期：18種元素第四能級組：18個電子3個能級4s3d4p9個軌道

MgNaAlSiPSClAr3第三周期：第七周期：32種元素第七能級組：32個電子4個能級7s5f6d7p16個軌道

BaCs6sCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu4fLaHfTaWReIrPtOsAuHg5dTlPbBiPoAtRn6p第六周期：32種元素第六能級組：32個電子4個能級6s4f5d6p16個軌道

RaFr7sThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr5fAcRfDbSgBhHsMtUunUuuUub6d7p第七周期：32種元素BaCs6sC元素周期律：元素以及由它形成的單質(zhì)和化合物的性質(zhì)，隨著元素的原子序數(shù)(核電荷數(shù))的依次遞增，呈現(xiàn)周期性的變化。元素周期表(長表)：周期號數(shù)等于電子層數(shù)。各周期元素的數(shù)目等于相應能級組中原子軌道所能容納的電子總數(shù)。主族元素的族號數(shù)等于原子最外層電子數(shù)。元素周期律：元素以及由它形成的單質(zhì)和化合物的原子結(jié)構(gòu)和原子周期律的關(guān)系

1.關(guān)系（1）每一周期（除第一周期外）都是從ns1開始，到形成穩(wěn)定的稀有氣體的ns2np6電子層結(jié)構(gòu)時結(jié)束。（2）原子的電子層數(shù)等于該元素原子的最高能級組數(shù)，也等于它在周期表中的周期數(shù)。（3）每一周期的元素數(shù)目，等于該周期相應能級組的原子軌道所能容納的電子數(shù)目。原子結(jié)構(gòu)和原子周期律的關(guān)系1.關(guān)系（

2元素的區(qū)和族

s區(qū)元素包括IA族，IIA族，價層電子組態(tài)為ns1~2，屬于活潑金屬。

p區(qū)元素包括IIIA族，IVA族，VA族，VIA族，VIIA族，0族（VIIIA族），價層電子組態(tài)為ns2np1~6，右上方為非金屬元素，左下方為金屬元素。

s區(qū)和p區(qū)元素的族數(shù)，等于價層電子中s電子數(shù)與p電子數(shù)之和。若和數(shù)為8，則為0族元素，也稱為VIIIA族。

價層電子是指排在稀有氣體原子實后面的電子，在化學反應中能發(fā)生變化的基本是價層電子。2元素的區(qū)和族s區(qū)

d區(qū)元素包括IIIB族，IVB族，VB族，VIB族，VIIB族，VIII族。價層電子組態(tài)一般為(n－1)d1~8ns2，為過渡金屬。(n－1)d中的電子由不充滿向充滿過渡。第4，5，6周期的過渡元素分別稱為第一，第二，第三過渡系列元素。

d區(qū)元素的族數(shù)，等于價層電子中(n－1)d的電子數(shù)與

ns的電子數(shù)之和；若和數(shù)大于或等于8，則為VIII族元素。

ds區(qū)元素價層電子組態(tài)為(n－1)d10ns1~2。

有時將d區(qū)和ds區(qū)定義為過渡金屬。

ds區(qū)元素的族數(shù)，等于價層電子中ns的電子數(shù)。

f區(qū)元素價層電子組態(tài)為

(n－2)f0~14(n－1)d0~2ns2，包括鑭系和錒系元素，稱為內(nèi)過渡元素。(n－2)f中的電子由不充滿向充滿過渡。d區(qū)元素包括IIIB族元素在周期表中的分區(qū)依據(jù)元素原子的價電子構(gòu)型，分成五個區(qū)：

s

區(qū)：價電子構(gòu)型為ns1~2

p

區(qū)：價電子構(gòu)型為ns2np1~6

d

區(qū)：價電子構(gòu)型為(n–1)d1~9ns1~2

例外：Pd

ds

區(qū)：價電子構(gòu)型為(n–1)d10ns1~2

f

區(qū)：價電子構(gòu)型為(n–2)f0~14(n–1)d1~2

ns2

有例外IA、IIAIIIA~VIIA、0族IIIB~VIIILa系、Ac系IB、IIB元素在周期表中的分區(qū)依據(jù)元素原子的價電子構(gòu)型，分成五個區(qū)：ValenceElectronConfigurationss區(qū)—ns1～2p區(qū)—ns2np1～6d區(qū)—(n－1)d1～10ns1～2(Pd無s電子)f區(qū)—(n－2)f1～14(n－1)d0～ 1ns2ValenceElectronConfiguration各周期元素的數(shù)目=

ns+(n–2)f+(n–1)d+np

各軌道容納電子總數(shù)周期元素數(shù)目相應軌道容納電子總數(shù)

一21s2

二82s2p8

三83s3p8

四184s3d4p18

五185s4d5p18

六326s4f5d6p32

七未滿7s5f6d未滿各周期元素的數(shù)目=ns+(n–2)f+(屏蔽效應和鉆穿效應（簡單了解）屏蔽效應：將其他電子對某個選定電子的排斥作用歸結(jié)為對核電荷的抵消作用。鉆穿效應：由于電子鉆到核附近的幾率不同所產(chǎn)生的能量不同的現(xiàn)象。屏蔽效應和鉆穿效應（簡單了解）

屏蔽效應以Li原子為例說明這個問題：研究外層的一個電子。它受到核的的引力，同時又受到內(nèi)層電子的－2的斥力。實際上受到的引力已經(jīng)不會恰好是+3，受到的斥力也不會恰好是－2，很復雜。我們把看成是一個整體，即被中和掉部分正電的的原子核。于是我們研究的對象——外層的一個電子就相當于處在單電子體系中。中和后的核電荷Z變成了有效核電荷Z*。

鉆穿效應角量子數(shù)l不同的電子，受到的屏蔽作用的大小不同。我們知道，主量子數(shù)n相同的原子軌道，l越小時電子在內(nèi)層出現(xiàn)的幾率大，當然受到的屏蔽要小。這相當于電子離核近，故能量低。l不同的電子鉆穿到核附近回避其它電子屏蔽的能力不同，從而使自身的能量不同。這種作用稱為鉆穿效應。鉆穿效應的存在，不僅直接說明了能級分裂的原因，而且還可以解釋所謂‘能級交錯’現(xiàn)象。鉆穿效應角量子數(shù)l不同§4元素基本性質(zhì)的周期性原子半徑原子半徑的種類：共價半徑：同種元素的兩個原子以共價單鍵連接時，其核間距離的一半金屬半徑：金屬晶體中相鄰的兩個原子核間距離的一半vanderWaals半徑：通過分子間力而互相接近的兩個原子核間距離的一半§4元素基本性質(zhì)的周期性原子半徑原子半徑的種類：共價主族元素：從左到右r減小

從上到下r增大鑭系收縮

原子半徑的周期性變化規(guī)律過渡元素：從左到右r緩慢減小

從上到下r略有增大主族元素：從左到右r減小鑭系收縮原子主族元素主族元素鑭系收縮LaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu15種元素，r共減小11pm。電子填到內(nèi)層(n－2)f軌道，屏蔽系數(shù)更大，Z*增加的幅度更小。所以r減小的幅度很小。

r/pm161160158158158170158

r/pm169165164164163162185162

Eu4f76s2，f軌道半充滿，Yb4f146s2，f軌道全充滿，電子斥力的影響占主導地位，原子半徑變大。將15鑭系種元素，原子半徑共減小11pm這一事實，稱為鑭系收縮。鑭系收縮LaCePrNdPmSm

KCaScTiVCrr/pm203174144132122118RbSrYZrNbMor/pm216191162145134130CsBaLaHfTaWr/pm235198169144134130鑭系收縮造成的影響對于鑭系元素自身的影響，使15種鑭系元素的半徑相似，性質(zhì)相近，分離困難。對于鑭后元素的影響，使得第二、第三過渡系的同族元素半徑相近，性質(zhì)相近，分離困難。

KCaScE(g)=E+(g)+e

I1

—第一電離能

E+(g)=E2+

(g)+e

I

2

—第二電離能主族元素：同周期從左到右I1增大同族從上到下I1減小過渡元素：I1

變化不大

總趨勢：從左到右

I1

略有增加

電離能第一電離能的周期性變化規(guī)律E(g)=E+(g)+e基礎(chǔ)化學第九章原子結(jié)構(gòu)課件

N、P、As、Sb、Be、Mg電離能較大——半滿，全滿。同一主族：從上到下，最外層電子數(shù)相同；Z*增加不多，r增大為主要因素，核對外層電子引力依次減弱，電子易失去，I依次變小。同一周期：主族元素從ⅠA到鹵素，Z*增大，r減小，I增大。其中ⅠA的I1最小，稀有氣體的I1最大；長周期中部(過渡元素)，電子依次加到次外層，Z*增加不多，r減小緩慢，I略有增加。N、P、As、Sb、Be、Mg電離能較大—X(g)+e

=X-

(g)A1—第一電子親合能

X-

(g)+e

=X2-

(g)

A2—第二電子親合能

O-

(g)

+e=O2-

(g)A2=780kJ.mol-1電子親合能第一電子親合能的周期性變化規(guī)律同周期元素從左到右A1減小同族的主族元素從上到下A1增大除IIA和0族元素外，A1一般均為負值，A2均為正值X(g)+e=X-(g)A1—第Mulliken電負性標度Pauling電負性標度(以熱化學為基礎(chǔ))：>2.0為非金屬元素

<2.0為金屬元素Allred-Rochow電負性標度電負性()

指分子內(nèi)原子吸引電子的能力電負性的標度種類：電負性的周期性變化規(guī)律同周期元素從左至右電負性逐漸增大

同主族元素從上至下電負性逐漸減小Mulliken電負性標度電負性()指分子內(nèi)原子吸引電元素的金屬性和非金屬性金屬性和非金屬性的周期性變化規(guī)律同周期元素從左至右金屬性減弱，非金屬性增強

同族元素從上至下金屬性增強，非金屬性減弱109種元素中，有22種非金屬，其余均為金屬金屬性最強：Cs非金屬性最強：F元素的金屬性和非金屬性金屬性和非金屬性的周期性變化規(guī)律同周元素的氧化值元素氧化值的變化規(guī)律s

區(qū)、p

區(qū)元素 最高氧化值=最外層電子數(shù)目p

區(qū)元素最低氧化值=–(8–最外層電子數(shù)目)d

區(qū)元素 最高氧化值=(n–1)d與ns電子數(shù)目之和決定于原子的價電子數(shù)目原子的外層電子結(jié)構(gòu)元素的氧化值元素氧化值的變化規(guī)律s區(qū)、p區(qū)元素 最高第九章原子結(jié)構(gòu)9.1核外電子運動狀態(tài)9.2多電子原子核外電子的排布9.3元素周期律第九章原子結(jié)構(gòu)9.1核外電子運動狀態(tài)9.2多電子本章作業(yè)P264：4，5本章作業(yè)P264：1911年盧瑟福根據(jù)a粒子轟擊原子實驗，建立了有核原子模型。原子中央有一個體積非常小的、帶正電荷的原子核；在原子核周圍很大空間里存在著圍繞原子核運動的電子。1911年盧瑟福根據(jù)a粒子轟擊原子實驗，建立了有核原子模型。盧瑟福模型的局限其二，是它不能說明元素的線狀光譜產(chǎn)生的原因。據(jù)該原子模型，能量的釋放應是不間斷的，觀察到的原子光譜應是連續(xù)的帶狀光譜，這與實驗觀察到的間隔的線狀光譜不符。其一，是電子以極大的速度繞核運動，輻射能量（電磁波），則軌道半徑越來越小，最后在非常短的時間內(nèi)掉在原子核上，引起原子毀滅，稱為“原子的塌陷”。盧瑟福模型的局限其二，是它不能說明元素的線狀光譜產(chǎn)生的原因?；A(chǔ)化學第九章原子結(jié)構(gòu)課件9.1.1電子的波粒二象性9.1.2波函數(shù)與Schr?dinger方程9.1.3幾率密度和電子云9.1核外電子的運動狀態(tài)9.1.1電子的波粒二象性9.1核外電子的運動狀態(tài)9.1.1電子的波粒二象性1.量子化特征:氫原子光譜

原子光譜:激發(fā)態(tài)原子發(fā)射出來的光譜氫光譜由一系列不連續(xù)的譜線組成.量子化特征:能量不連續(xù)最小的基本量--量子9.1.1電子的波粒二象性1.量子化特征:氫原子(1)氫原子光譜太陽光或白熾燈發(fā)出的白光，通過玻璃三棱鏡時，所含不同波長的光可折射成紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等沒有明顯分界線的光譜，這類光譜稱為連續(xù)光譜。原子（包括氫原子）得到能量（高溫、通電）會發(fā)出單色光，經(jīng)過棱鏡分光得到線狀光譜。即原子光譜屬于不連續(xù)光譜。每種元素都有自己的特征線狀光譜。氫原子光譜如圖所示。四條譜線的波長、頻率的關(guān)系式一并列出。氫原子光譜的特征：

★不連續(xù)光譜，即線狀光譜。

★其頻率具有一定的規(guī)律。

Balmer經(jīng)驗公式：

n=3,4,5,6(1)氫原子光譜太陽光或白熾燈發(fā)出的白光，通過玻璃三棱鏡時，

氫原子光譜

H434.0

H486.1

H656.2

H410.2n=3、4、5、6H、H、H、H經(jīng)典力學無法解釋氫原子光譜氫原子光譜HHHHn=3、4、（2）玻爾理論丹麥物理學家Bohr（2）玻爾理論丹麥物理學家Bohr1913年丹麥物理學家Bohr發(fā)表了原子結(jié)構(gòu)理論的三點假設：核外電子只能在有確定半徑和能量的軌道上運動，且不輻射能量。通常，電子處在離核最近的軌道上，能量最低—基態(tài)；原子得能量后，電子被激發(fā)到高能軌道上，原子處于激發(fā)態(tài)。從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)釋放光能，光的頻率取決于軌道間的能量差。內(nèi)容1913年丹麥物理學家Bohr發(fā)表了原子結(jié)構(gòu)理論的三點假設E4E3E2E1躍遷假設4321hν=E初

–E未軌道假設4321E4躍遷假設4321玻爾理論的局限：1.多電子原子光譜

2.氫原子的精細光譜波爾理論的成就

1.成功地解釋了氫原子的線狀光譜，它對氫原子光譜譜線頻率的計算與實驗結(jié)果很吻合。

2.首先提出了電子運動能量的量子化概念。玻爾理論的局限：1.多電子原子光譜波爾理論的成就1924年，法國年輕的物理學家L.deBroglie(1892—1987)指出，對于光的本質(zhì)的研究，人們長期以來注重其波動性而忽略其粒子性；與其相反，對于實物粒子的研究中，人們過分重視其粒子性而忽略了其波動性。2.微觀粒子的波粒二象性

質(zhì)量為m,運動速度為v的粒子,相應的波長為：1924年，法國年輕的物理學家L.deBrogl

1927年，deBroglie的預言被電子衍射實驗所證實，這種物質(zhì)波稱為deBroglie波。

研究微觀粒子的運動時，不能忽略其波動性。微觀粒子具有波粒二象性。1927年，deBroglie感光屏幕薄晶體片衍射環(huán)紋電子槍電子束電子衍射實驗示意圖用電子槍發(fā)射高速電子通過薄晶體片射擊感光熒屏，得到明暗相間的環(huán)紋，類似于光波的衍射環(huán)紋。感光屏幕薄晶體片衍射環(huán)紋電子槍電子束3.測不準原理:德國物理學家海森堡提出

如果微粒的運動位置越準確，則相應的速度越不容易測準確。事實上一切物體的運動都有這樣的規(guī)律。對宏觀物體而言可以忽略，而微觀粒子不可忽略。3.測不準原理:德國物理學家海森堡提出對質(zhì)量為10克的宏觀物體，若x=0.01cm對電子，m=9.1110-31

千克，x=10-9cm∴對宏觀物體可同時測定位置與速度∴若m非常小，則其位置與速度是不能同時準確測定的對質(zhì)量為10克的宏觀物體，若x=0.01cm對電子，m9.1.2薛定諤方程與四個量子數(shù)ErwinSchrodinger,奧地利物理學家9.1.2薛定諤方程與四個量子數(shù)ErwinSchrodin1.薛定諤方程(1926)－量子力學中描述核外電子在空間運動的數(shù)學函數(shù)式，即原子軌道

E－軌道能量（動能與勢能總和）m—微粒質(zhì)量，h—普朗克常數(shù)x,y,z為微粒的空間坐標

(x,y,z)波函數(shù)1.薛定諤方程(1926)直角坐標(x,y,z)轉(zhuǎn)換為球坐標直角坐標(x,y,z)轉(zhuǎn)換為球坐標波函數(shù)是描述電子運動狀態(tài)的數(shù)學表達式,而且又是空間坐標的函數(shù),其空間圖象可以形象的理解為電子運動的空間范圍,即我們平常所說的“原子軌道”.結(jié)論:波函數(shù)的空間圖象就是原子軌道,原子軌道的數(shù)學表達式就是波函數(shù).波函數(shù)是描述電子運動狀態(tài)的數(shù)學表達式,而且又是２波函數(shù)的物理意義Ψ：描述原子核外電子運動的方式Ψ2:原子核外電子出現(xiàn)的幾率密度為了得到有意義的合理解,需要引入幾個常數(shù)項.即主量子數(shù)、角量子數(shù)、磁量子數(shù)。２波函數(shù)的物理意義Ψ：描述原子核外電子運動的方式Ψ23.四個量子數(shù)(1)主量子數(shù)n，n=1,2,3…正整數(shù)，它決定電子離核的遠近和能級。(2)角量子數(shù)l，l=0,1,2,3…n-1，以s，p，df對應的能級表示亞層，它決定了原子軌道或電子云的形狀(3)磁量子數(shù)m，原子軌道在空間的不同取向，m=0,1,2,3...l,一種取向相當于一個軌道，共可取2l+1個數(shù)值。m值反應了波函數(shù)

(原子軌道)或電子云在空間的伸展方向3.四個量子數(shù)(4)自旋量子數(shù)ms，ms=1/2,表示同一軌道中電子的二種自旋狀態(tài)

3.核外電子運動狀態(tài)(量子力學的方法)(1)電子在原子中運動服從薛定諤方程

(n,l,m)(x,y,z)是薛定諤方程的合理解。表示原子核外軌道的一種運動狀態(tài)(2)每一波函數(shù)(n,l,m)(x,y,z)

都有確定的能量E(n,l)。(3)n，l，m規(guī)定了核外軌道的運動狀態(tài)。(4)粒子的運動不存在經(jīng)典的軌道，而只呈現(xiàn)幾率分布。(4)自旋量子數(shù)ms，ms=1/2,表示同一軌道中電四個量子數(shù)描述核外電子運動的可能狀態(tài)

例：

n=11sn=2l=0，m=02s

l=1，m=0,12p

n=3l=0，m=03sl=1m=0,13pl=2m=0,1，23d

n=4?四個量子數(shù)描述核外電子運動的可能狀態(tài)n=4?

n,l,m一定,軌道也確定

l=

0123……軌道

spdf……例如:n=2,l=0,m=0,2sn=3,l=1,m=0,3pz

n=3,l=2,m=0,3dz2n,l,m一定,軌道也確定l=0意義角量子數(shù)l決定原子軌道的形狀

。例如n=4時，l有4種取值，就是說核外第四層有4種形狀不同的原子軌道：

l=0表示s軌道，形狀為球形，即4s軌道；

l=1表示p軌道，形狀為啞鈴形，4p軌道；

l=2表示d軌道，形狀為花瓣形，4d軌道；

l=3表示f軌道，形狀更復雜，4f軌道。由此可知，在第四層上，共有4種不同形狀的軌道。同層中(即n相同)不同形狀的軌道稱為亞層，就是說核外第四層有4個亞層。如n=3，角量子數(shù)

l