1、Chapter 1 物質結構 元素周期律,1.1 原子結構 原子核外電子排布,第一層 第二層 第三層 第四層 第五層 第六層 第七層 K L M N O P Q,能量逐漸升高,核外電子排布規(guī)律,規(guī)律1: 各電子層最多可容納的電子數(shù)為 2n2（n表示電子層序數(shù)）；,規(guī)律2：原子核外電子排布時，最外層不 超過8個電子，次外層不超過18 個，倒數(shù)第三層不超過32個。,電子層 K L M N O 容納最多電子數(shù) 2 8 18 32 50,光的波粒二象性,光的波動性: 光在傳播過程中會產(chǎn)生干涉、 衍射等現(xiàn)象，具有波的特性； 光的粒子性：光在與實物作用時，表現(xiàn)出粒子的特性。,光既具有波動性，又具有粒子性，

2、為說明光的 一切行為，只能說光具有波粒二象性。,電子的波粒二象性,1923年德布羅依（de Broglie）在光的波粒二象性的啟發(fā)下，大膽預言了電子也具有波粒二象性，并推導出德布羅依關系式： =h/P=h/mv h:普朗克常數(shù)，6.62610-34Js,德布羅意 L. de Broglie 法國物理學家 獲1929年Nobel物理獎,Heisenberg測不準原理,具有波粒二象性的微觀粒子，不能同時測準其位置和速度（動量）。如果微粒的運動位置測得愈準確，則相應的速度愈不易測準，反之亦然。,海森堡 Werner Carl Heisenberg 1902-1972 德國物理學家 獲1932年Nob

3、el物理獎,式中 x 表示位置測不準量，P 表示動量測不準量， h 為普朗克常數(shù) (6.626 10-34Js)， 為圓周率， m 為質量，v 表示速度的測不準量。,Heisenberg測不準原理,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。 電子云沒有明確的邊界，在離核很遠的地方，電子仍有出現(xiàn)的可能，但實際上在離核200300pm以外的區(qū)域，電子出現(xiàn)的概率可以忽略不計。,四個量子數(shù),主量子數(shù) n 1，2，3，4 角量子數(shù) l 0，1，2，3，(n-1)，共 n 個取值 磁量子數(shù) m 0，1，2，l，共2l+

4、1個取值 自旋量子數(shù) ms ,核外電子運動狀態(tài)的描述,主量子數(shù) n,取值 1, 2, 3, 4, n 為正整數(shù)(自然數(shù)) 能量量子化 光譜學上用 K , L , M , N , 表示 意義 ： 表示電子離核平均距離遠近及電子能量高低的量子數(shù)。n= 1表示第一層(K層)，能量最低，離核最近。n的數(shù)值大，電子距離原子核遠，則具有較高的能量。,主量子數(shù) n,角量子數(shù) l,用來描述核外電子運動所處原子軌道（或電子云）形狀的，也是決定電子能量的次要因素。 對于確定的主量子數(shù) n ，角量子數(shù) l 可以為 0, 1, 2, 3, 4, ( n-1 )， 共 n 個取值，光譜學上依次用 s , p , d ,

5、 f , g , 表示 。 意義 角量子數(shù) l 決定原子軌道的形狀,l 0 1 2 3 4 符號 s p d f g ,角量子數(shù) l,n = 4 時： l = 0 表示 s 軌道，能量最低，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，能量最高，形狀復雜, 4f 軌道,磁量子數(shù) m,描述原子軌道（或電子云）在空間伸展方向的量子數(shù)。 M取值：0, 1, 2, 3, l，共有（2l+1）個數(shù)值 意義 m 決定原子軌道的空間取向 Eg. 若l=3，則m=0, 1, 2, 3 共7

6、個值。,磁量子數(shù) m,當l=0時，m=0，即s亞層只有一個伸展方向； 當l=1時，m=-1,0,+1，即p亞層有3個伸展方向， 分別沿直角坐標系的x,y,z軸方向伸展，依次稱為 px,py,pz; 當l=1時，m=-2，-1，0，+1，-1，-2，即d亞層有5 個伸展方向，依次稱為dxy，dyz，dxz，d x2y2，dz2; 依此類推，軌道f亞層有7個伸展方向。,原子軌道的空間取向,自旋量子數(shù) ms,描述電子自旋方式的量子數(shù)，用 ms 表。 ms稱為自旋量子數(shù)，取值只有兩個，+ 和 。電子的自旋方式只有兩種，通常用 “ ” 和 “ ”表示順時針、逆時針。,填充允許的量子數(shù),n =2 l =(

7、 ) m =1 ms=+1/2 n =2 l =1 m =( ) ms=+1/2 n =3 l =0 m =( ) ms=+1/2 n =( ) l =2 m =0 ms=+1/2 n =2 l =( ) m = -1 ms=+1/2 n =4 l =( ) m =0 ms=+1/2 n = 4 l = 2 m =( ) ms=1/2,1 0,1 0 3 1 0 0, 1, 2,n = 2, l = 1, m = 0 n = 2, l = 2, m = -1 n = 3, l = 0, m = 0 n = 3, l = 1, m = 1 n = 2, l = 0, m = -1 n = 2,

8、l = 3, m = 2,合理 l = 1 合理 合理 m = 0或l=1 l=0,1; m=0, 1 或n3,請找出不合理的量子數(shù),填表,近似能級圖,近似能級圖是按原子軌道的能量高低順序排列的，能量相近的劃為一組，成為能級組，共七個能級組。 能級組的存在，是周期表中化學元素可劃分為各個周期及每個周期應有元素數(shù)目的根本原因。 對于4、5、6、7能級組，在一個能級中包含不同電子層的能級現(xiàn)象稱為能級交錯,多電子原子中的能級圖,能級交錯現(xiàn)象,l 相同，n 越大，能量越高 Eg. E1sE2sE3sE4s; E2pE3pE4pE5p. n 相同，l 越大，能量越高 同一主層中各亞層能級產(chǎn)生差別的現(xiàn)象叫

9、做能級分裂. Eg. E2sE2p; EnsEnpEnd n、l 都不同，比較原子能量使用 (n+0.7l)：(n+0.7l) 越小，能量越低；比較離子能量使用(n+0.4l) .,近似能級圖,能級交錯：指電子層數(shù)較大的某些軌道的能量反而低于電子層數(shù)較小的某些軌道能量的現(xiàn)象。Eg. 4s反而比3d的能量小，填充電子時應先充滿4s而后才填入3d軌道。 1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,4f,5d,6p, 7s,5f,近似能級圖,n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 電子層 K L M N O P Q,屏蔽效應,因電子之間的相互排斥而使核對外層電子的吸引

10、被減弱的作用稱為屏蔽效應（或屏蔽作用）。 多電子原子中，電子運動的能量用“中心勢場模型”近似處理：每個電子都在核和其余電子所構成的平均勢場中運動，其余電子對該選定的電子的排斥作用看作相當于個電子電荷是從原子中心產(chǎn)生的，相當于核電荷數(shù)減少了個 zz z: 有效核電荷； z: 核電荷數(shù); : 屏蔽常數(shù) 屏蔽常數(shù)與其余電子的多少及它們所處軌道，以及選定電子所在軌道有關。,內層電子對外層電子的屏蔽作用較大，外層電子對較內層電子近似看作不屏蔽, =0。 n越小，屏蔽作用越大 K L M N （1）同一軌道組的電子之間=0.35,1s組為0.30； （2）被屏蔽電子為ns，np時，(n-1)軌道組的每個電

11、子的=0.85，小于(n-1)軌道組的每個電子的=1.00，被屏蔽電子為nd,nf時位于它左邊的各軌道組的每個電子的=1.00。,屏蔽效應,在原子核附近出現(xiàn)的概率較大的電子，可更多地避免其余電子的屏蔽，受到核的較強的吸引而更靠近核，這種進入原子內部空間的作用叫做鉆穿效應。 與屏蔽效應相反，外層電子有鉆穿效應。外層角量子數(shù)小的能級上的電子，如4s電子能鉆到近核內層空間運動，這樣它受到其他電子的屏蔽作用就小，受核引力就強，因而電子能量降低，造成E（4s）E(3d) 。 鉆穿能力： ns np nd nf 能級分裂結果： Ens Enp End Enf,鉆穿效應,鉆穿效應,鉆穿效應：3s 3p 3d

12、,核外電子排布原理,能量最低原理,泡利不相容原理,洪特規(guī)則,能量最低原理,按照近似能級圖，核外電子總是盡先排布在能量最低的軌道上，當能量最低的軌道排滿后，電子才依次排布在能量較高的軌道上。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。 E1s E2s E3s E4s E3s E3p E3d,能量最低原理,n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 電子層 K L M N O P Q,在一個原子中，不可能存在四個量子數(shù)完全相同的兩個電子。一個原子軌道最多只能容納兩個電子，而且這兩個電子的自旋方式必須相反。 電子層的最大容量：2n2,泡利 Wolfgang Pauli 19

13、00-1958 奧地利裔美國物理學家 獲1945年Nobel物理獎,泡利不相容原理,“電子在能量相同的軌道上分布時，總是盡可能以自旋相同的方向分占不同的軌道?！?洪特 Friderich Hermann Hund 1896-1997 德國物理學家,洪特規(guī)則,電子分布到能量相同的等價（簡并，即n 相同）軌道時，總是盡先以自旋相同（自旋平行）的方向，單獨占據(jù)能量相同的軌道，即總是以自旋相同的方式分占盡可能多的軌道。各軌道保持一致，則體系的能量低。,洪特規(guī)則,6C：1s22s22p2,7N：1s22s22p3,作為 Hund 規(guī)則的特例，簡并軌道在全充滿(p6，d10，f14)、半充滿(p3，d5，

14、f7)和全空(p0，d0，f0)時是比較穩(wěn)定的。 重要的特例:,洪特規(guī)則補充,基態(tài)原子的電子排布,能級交錯現(xiàn)象：電子進入軌道的能級順序 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p 電子由最低能量的1s軌道依次填入，每個軌道最多只能填入2個電子。 元素電子填到最后能級組注意洪特規(guī)則特例 主量子數(shù)相同的按角量子數(shù)大小順序書寫,1s22s22p63s23p63d54s1,主量子數(shù)整理,1s22s22p63s23p64s13d5,由洪特規(guī)則特例,1s22s22p63s23p64s23d4,能量最低排布,24Cr,核外電子排布表達方式,Eg.1 分別寫出原子序數(shù)為13、19、27、33

15、元素的原子的電子排布式。,Al: 1s22s22p63s23p1 K: 1s22s22p63s23p64s1 Co: 1s22s22p63s23p63d74s2 As: 1s22s22p63s23p63d104s24p3,Eg.2 以(1)為例，完成下列(2)至(6)題: (1) Na (z=11) 1s22s22p63s1 (2) _ 1s22s22p63s23p3 (3) Ca (z=20) _ (4) _ (z=24) 3d54s1 (5) _ Ar3d104s1,P (z=15),Ar,1s22s22p63s23p64s2,Cr,Cu (z=29),判斷題,對于Sc來說，下列哪一個電子排布正確： 1s22s22p63s23p64s2 1s22s22p63s23p64s23d1 1s22s22p63s23p63d1 1s22s22p63s23p64s3 以上均不正確,綜合題