原子结构与元素周期性ppt

2、副（角）量子数（l）
表示在同一层原子轨道中的不同亚层, 每个亚层 有不同的形状。 数值可取0,1,…n-1，n与l共同
决定轨道的能量。 副量子数(l) : 0 1 2 3(n-1) 电子亚层符号: s p d f … 原子轨道(亚层) 球形 哑铃形 花瓣形 （1）在多电子原子中与n一起决定电子亚 层的能量，l值越小，亚层能量越低 （2）每一个l 值决定电子层中的一个亚层 （3）每一个l值代表一种电子云或原子轨 道的形状
比较原子轨道的角度分布图Y和电子云 2的角度分布图Y2可得：
相似点：图形基本相似。 不同点：（1）原子轨道角度分布图有 “+”、“-”之分，而电子云图的角度分布 图 均为“+”；
（2）电子云图要“瘦”些，因 Y值一般是小于1的。
（四）量子数
1、主量子数（n） 它表示原子轨道的层数, n=1,2,…n. 决定电子能量的主要因素。n越小，能量 越低。 电子层符号： K L M N …… （1）描述电子层离核的远近； (2）描述电子层能量的高低。
3. 体现出了电子运动的统计性 波函数ψ是表示电子运动状态的函数， 给定空间坐标后，就可求出波函数。 ψ2表示该轨道电子在这点上出现的 几率密度。这样就体现了电子运动 的统计性。
概率密度ρ ：电子在原子核外空间某处 单位体积内出现的概率 薛定锷方程体现了微观粒子运动的 三大特征。
原子轨道: 就指电子运动的波函 数，它不是说电子运动有特定的 轨道，我们只能说它在某一区域 出现的概率大小和该电子的能量。
第五章 原子结构与元素周期性
一、原子与元素（自学） 原子序数Z=核内质子数 =核电荷数=核外电子数 二、原子轨道能级 1 定态轨道 2 轨道能级: 不同的能力状态 离核越近, 能量越低 正常状态---基态 激发态
三 原子结构的近代概念 运用1926年薛定谔建立起量子力学讨 论研究原子结构，形成了近代概念。 （一）电子的波粒二象性。 20世纪初，发现光具有波粒二象性 (1) 电子具有微粒性。确定体积（直径 d=10-15m）和质量（9.1×10-31kg） (2) 电子具有波动性。1927年科学家们 用电子衍射实验。p131图示电子衍射环 纹。与光的衍射图相似。 质子、中子等微观粒子也具有波粒二 象性。经典力学（宏观物质）在证明微 观粒子物质上出现问题。
l=2，花瓣型， m=-2,-1,0,+1,+2, 五个方向
例：下列各组量子数中，哪组正确 1. n=3, L=2, m=-2; 2. n=4, L=-1,m=0 n=4,L=1,m=-2 4. n=3,L=3,m=-3
研究表明：在同一原子中，不可 能有运动状态完全相同的电子存在。 同一原子中每个电子中的四个量 子数不可能完全相同 每一个轨道只能容纳两个自旋方 向相反的电子
3、磁量子数(m)
取 值 ： 受 l 限 制 ， 取 -l,…-2,1,0,1,2,……+l(即0,±1±2…±l) 原子轨道符号：s Pz ,Px,Py dz2 , dx2 , dy2 , dx2-y2 , dxy
4、自旋量子数（ms） 含义：描述核外电子的自旋状态 (绕 电子自身的轴旋转运动）
特殊规律——全充满，半充满规则： 对同一电子亚层，当电子分布为全充满 （P6 、d10 、f14 ）、半充满（P3 、d5 、f7 ）或全空（P0 、d0 、f0)时，电子云分布 呈球状，原子结构较稳定
例：已知元素序号为25，48，求其 电子排布情况。 解： • 25号元素：1s22s22p63s23p63d54s2 • 48号元素： • 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s2
（3）同一电子亚层内，各原子轨道 能级相同，如Enpx=Enpy=Enpz （4）同一原子内，不同类型的亚层 间，有能级交错现象。如E4s<E3d<E4p等 （5）若把能级相近的电子亚层组合 ，可得到若干能级组，它与元素所在周 期有关
对鲍林能级图，需明确几点： （1）近似能级图是一归纳结果，不能完全 反映情况，所以只有近似含义。 （2）它原意是反映同一原子内各原子轨道 间的相对高低，所以不能用它来比较不同 元素原子轨道能级的相对高低。[原子序数 （核电荷）不同] （3）经进一步研究发现，近似能级图实际 上只反映同一原子外电子层中原子轨道能 级的相对高低，而不一定能完全反映内电 子层原子轨道能级的高低。
原子结构的近代概念（原子力学的原子模型） 归纳，重点有： （1）电子具有波粒二象性，核外电子运动没有 固定的轨道，但具有按照几率分布的统计规律性 （2）波函数 是描述核外电子运动的数学表达 式 （3）原子轨道为 的空间图象，以 角度分布 的空间图象，作为原子轨道角度分布的近似描述 （4）以||2 的空间图象——电子云来表示核外 空间电子出现的概率密度 （5）以四个量子数来确定核外每一个电子的运 动状态
（四）简单基态阳离子的电子分布 通过对基态原子和基态阳离子内轨 道能级的研究，从大量光谱数据归纳 出如下经验规律：基态原子外层电子 填充顺序： ns→(n－2)f→(n-1)d→np 价 电 子 电 离 顺 序 ： np→ns→(n － l)d→(n－2)f
例：写出 27Co2+、 29Cu、 35Br-、 Ag+、16S2-电子排布情况。 47
四、原子性质的周期性 原子的电子层结构、原子半径、电离 能、电子亲合能和电负性等随核电荷的递 增呈现周期性变化
（一）原子半径 （1）共价半径：两相同原子形成共价键 时，其核间距的一半，称原子的共价半径 ，如Cl—Cl核间距198pm，rCl=99pm。有 共价单键、双键、叁键（共价单键半径）
（2）金属半径：金属单质的晶体中， 两相邻金属原子核间距离的一半，称 金 属 原 子 的 金 属 半 径 ， 如 dCuCu=256pm，rCu=128pm。 （3）范德华半径：在分子晶体中， 分子间以范德华力结合，如稀有气体 相邻两原子核间距的一半，称该原子 的 范 德 华 半 径 。 如 dNe-Ne=320pm, rNe=160pm。
（二）原子轨道 1、波函数 1926年薜定谔根据波粒二象性的概 念提出了一个描述微观离子运动的基 本方程——薜定谔波动方程。
Ψ Ψ Ψ 8 m ( E V )Ψ 2 2 2 2 x y z h
2 2 2 2
1. 2.
它体现了波粒二象性。
它体现出了轨道和能量的量子化：欲 使此方程有合理的解，有三个初始化条件： n l m ，都为整数。 n l m为三个量子数，当这三个量一定时， 电子运动的能量就确定了，即波函数有确 定的解。
（三）基态原子中电子的分布
1、核外电子填入轨道的顺序p138
Pt，Ac(5 f o )，Th，Pa，U，Np 78 89 90 91 92 93
Cr，Mo，Gd，Cm，Cu， Ag， Au，Pd，Nb，Ru，Rh，La (4 f o )，Ce， 24 42 64 96 29 47 79 46 41 44 45 57 58
1s 2s 2p
（二）多电子原子轨道的能级
鲍林（Pauling）近似能级图。 1939年, 表示各原子轨道之间能量的相 对高低顺序。 （1）各电子层能级相对高低为 K<L<M<N<O…… （2）同一原子同一电子层内，对多电 子原子来说，电子间的相互作用造成同层 能级的分裂成若干亚层，各亚层能级的相 对高低为： Ens<Enp<End<Enf
（五）元素周期系与核外电子分布的关系
1、周期 按填充顺序，最后一个电子填入的原子能 级组序号，为该元素的周期数。
35Br 47Ag
[Ar]3d104s24p5 [Kr]4d105ds1
各周期内所含的元素种数与相应能级组内 轨道所能容纳的电子数相等。
按电子填充顺序，最后一个电子进入的轨道 2、元素周期系中元素的分区： s、p、d、ds、f五个区 3、族（主族、副族）： 7个主族（A），7个副族（B）、 第Ⅷ族，零族。
2、基态原子的价层电子构型
价电子所在亚层，称价层。原子 的价层电子构型指价层的电子分布式 ，它能反映该元素原子电子层结构的 特征。常用原子实＋价层电子来表示 [Ar] 3d54s2, [Kr] 4d105s2 价层电子不一定全部都是价电子， 如Ag价层电子构型为4d105s1 ，但氧化 数只有+1、+2、+3
三、核外电子的分布： （一）基态原子中电子分布原理： 根据原子光谱实验的结果和对元素 周期系的分析、归纳，总结出核外电子 分布的基本原理（两个原理一个规则）
1、泡利（Pauli）不相容原理 在同一原子中，不可能有四个量子数完 全相同的电子存在。即每一个轨道内最 多只能容纳两个自旋方向相反的电子。
2、能量最低原理 多电子原子处于基态时，核外电子的分布 在不违反泡利原理前提下，总是尽先分布 在能量较低的轨道，以使原子处于能量最 低状态。 3、洪特(Hund)规则 原子在同一亚层的等价轨道上分布电子时 ，尽可能单独分布在不同的轨道，而且自 旋方向相同（或称自旋平行）。这种分布 时，原子的能量较低，体系稳定。 N1s22s22p3的轨道表示式
原子半径变化规律
（1）周期 主族：由左向右，随核电荷的增加，原 子共价半径的变化趋势总的是减少的 d区：由左向右，随核电荷的增加，原子 半径会略有减少，从IB起略有增大 原因：(n－1)d轨道充满，较为显著地抵 消核电荷对外层ns电子的引力。 f区：内过渡元素，由于电子增加在(n－ 2)f轨道，半径减小的幅度比d区更小，从La 到Lu共经过15种元素，原子半径仅收缩了 12pm左右，La系收缩影响很大，使La后第 六周期元素与上周期同族元素半径接近
1 取值：± 2
描述一个电子: 4个量子数 描述一个轨道: 3个量子数 电子所在的电子层，原子轨道能级，形状， 方向及电子自旋的方向与何种量子数相关?
n=1 l=0
s轨道 m=0 无伸展方向