第七章 原子的壳层结构及 基态光谱项
大一化学第七章知识点
大一化学第七章知识点大一化学第七章主要讲解了电子结构和周期性。
本章的知识点包括原子的电子结构、电子排布规则、周期表中的规律以及原子半径和离子半径等内容。
下面将逐一介绍这些知识点。
一、原子的电子结构1. 原子的组成：原子由质子、中子和电子组成，质子和中子位于原子核中，电子绕核运动。
2. 原子的电子层：电子按能级分布在不同的电子层，分别命名为K层、L层、M层等，能级越高离核越远。
3. 原子的电子壳层：原子的电子层按主量子数分为不同的壳层，第一壳层为K壳层，第二壳层为L壳层，以此类推。
4. 原子的电子云：电子在空间中的分布形成电子云，电子云表示了电子的可能位置。
二、电子排布规则1. 轨道和亚轨道：电子在不同壳层的电子层中沿不同轨道运动，轨道可分为s轨道、p轨道、d轨道和f轨道。
每个轨道可进一步分为不同的亚轨道。
2. 电子填充原则：按能级从低到高的顺序填充电子，每个轨道最多容纳一对电子。
3. 朗德规则：在同一轨道上填充电子时，优先尽量使电子自旋相反。
三、周期表中的规律1. 元素周期表：由元素按照一定的顺序排列形成的表格，主要包括元素的原子序数、元素符号和元素名称。
2. 周期：周期表中的横行称为一个周期，每个周期代表不同壳层的元素。
3. 主族元素和过渡族元素：周期表中，主族元素位于周期表的左侧，过渡族元素位于周期表的中间。
4. 周期表中的规律：周期表中元素的位置和性质呈现出周期性规律，例如电子层的增加、半径的变化、电离能的变化、电负性的变化等。
四、原子半径和离子半径1. 原子半径：原子半径是指原子核与最外层电子云之间的距离，通常以PM（皮克米）为单位。
2. 原子半径的变化：原子半径随着周期数的增加而逐渐减小，在同一周期内，随着原子序数的增加，原子半径逐渐增大。
3. 离子半径：当原子失去或获得电子形成带电离子时，离子半径会发生变化。
正离子的半径比原子半径小，负离子的半径比原子半径大。
以上就是大一化学第七章的主要知识点，包括原子的电子结构、电子排布规则、周期表中的规律以及原子半径和离子半径的相关内容。
光谱项
➢当电子数为偶数时， S 取零或整数 0，1，…
➢ 当电子数为基数时， S 取半整数 1/2，3/2, …
J：内量子数。其值为各个价电子组合得 到的总角量子数L与总自旋S的矢量和。
J 的取值范围： L + S, (L + S – 1), (L + S – 2), …, L - S
J 的取值个数：
光谱项
一 原子光谱的产生
（一）原子的壳层结构
电子运动状态的描述
主量子数 n 角量子数 l 磁量子数 m 自旋磁量子数 s
基态Na原子的核外电子排布： (1s)2(2s)2(2p)6(3s)1
（二）原子能级和能级图
原子能级用光谱项来表征
例： 钠原子基态 32S1/2
光谱项符号： n2S+1LJ
n：主量子数
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例： 用原子光谱项符号写出Mg 2852 Å (共振 线)的跃迁。
Mg基 态 电 子 组[N态e]3s2
l1 l2 0 1
s1 s2 - 2
L0
S0
J 0
1 s1 s2 2
S0
两个3s电子处于同一轨道，根据保里不相容原
理，这两个电子的自旋必须反平行
基态镁原子的光谱项符号： 31 S 0
n2S+1LJ
Na 588.996 nm (32S1/2－ 32P3/2 )
Na 589.593nm (32S1/2－ 32P1/2 )
共振线
由激发态向基态跃迁发射产生的谱线
原子线和离子线 Mg I 285.21nm，
Mg II 280.27nm，
I: 原子线
第七章 原子的壳层结构 - 71 有两种原子,在基态时其电子壳层是
第七章 原子的壳层结构7.1 有两种原子，在基态时其电子壳层是这样添充的：（1）n=1壳层、n=2壳层和3s 次壳层都填满，3p 次壳层填了一半。
（2）n=1壳层、n=2壳层、n=3壳层及4s、4p、4d 次壳层都填满。
试问这是哪两种原子？解：每个壳层上能容纳的最多电子数为，每个次壳层上能容纳的最多电子数为。
22n )12(2+l （1）n=1壳层、n=2壳层填满时的电子数为：10221222=×+×3s 次壳层填满时的电子数为：2)102(2=+×3p 次壳层填满一半时的电子数为：3)112(221=+×× 此种原子共有15个电子，即Z=15，是P(磷)原子。
（2）与（1）同理：n=1,2,3三个壳层填满时的电子数为28个4s、4p、4d 次壳层都填满的电子数为18个。
所以此中原子共有46个电子，即Z=46，是（钯）原子。
Pd 7.2 原子的3d 次壳层按泡利原理一共可以填多少电子？为什么？答：根据泡利原理，在原子中不能有两个电子处在同一状态，即不能有两个电子具有完全相同的四个量子数。
对每一个次壳层,最多可以容纳个电子。
3d 次壳层的，所以3d 次壳层上可以容纳10个电子，而不违背泡利原理。
l ）（122+l 2=l 7.3 原子的S、P、D 项的量子修正值Na 01.0,86.0,35.1=Δ=Δ=ΔD p s 。
把谱项表达成22)(n Z R σ−形式，其中Z 是核电荷数。
试计算3S、3P、3D 项的σ分别为何值？并说明σ的物理意义。
解：用量子数亏损表征谱项时 形式为 22)(*Δ−=n R n R 用有效电荷表征时 形式为 2222)(*n Z R n RZ σ−= 两种形式等价。
令二者相等，则得到 Δ 与 σ 之间的关系Δ−=−n n Z σ Δ−−=n n Z σ 用 Z = 11 和 n = 3 代入上式得 3S、3P、3D 项的σ值分别为：3119.183 1.35S σ=−=− 3119.630.86P σ=−=− 3111030.01D σ=−≈− σ 代表因内层电子对核电荷的屏蔽效应、价电子的轨道贯穿效应和原子实的极化效应而使价电子感受到的核电荷数的亏损。
原子结构知识：原子的壳层结构
原子结构知识：原子的壳层结构原子是构成物质的基本单位，由一个中心的原子核和围绕其运动的电子构成。
在量子力学理论中，原子的电子分布在不同的壳层上，每个壳层可以容纳一定数量的电子。
原子的壳层结构对于解释原子的化学性质和物理性质至关重要，因此我们有必要深入了解原子的壳层结构及其性质。
1.原子的壳层结构原子的壳层结构由一系列能量不同的壳层构成，这些壳层依次编号为K、L、M、N、O、P等。
每个壳层内又包含不同的亚壳层，分别用s、p、d、f等字母来表示。
这些壳层和亚壳层的能级顺序是确定的，而且每个壳层和亚壳层也有一定的容纳电子数。
2.壳层的命名壳层的命名是根据德国物理学家C.G. Moseley的工作而得到的。
他发现原子的核电荷数Z与原子的光谱线关系密切，根据他的工作，原子核电荷数Z也就是原子序数也就是元素周期数。
3.壳层的能级原子的壳层能级随着壳层的增加而变化。
一般情况下，第一层K的能级最低，依次为L、M、N等。
在同一壳层内，不同亚壳层的能级也有所不同，通常s亚壳层的能级最低，依次为p、d、f等。
4.壳层的容纳电子数每个壳层可以容纳一定数量的电子，这个数量是按照一定规律排布的。
第一壳层K能容纳2个电子，第二壳层L能容纳8个电子，第三壳层M能容纳18个电子，第四壳层N能容纳32个电子，第五壳层O 能容纳50个电子，以此类推。
5.壳层的电子排布在填充壳层的电子时，遵循“先满足低能级，再填充高能级”的原则，即按照泡利的排斥原理，不同自旋的电子首先占据同一个轨道，并且每条轨道最多容纳两个电子，且二者的自旋量子数应相反。
其次是哈特里-福克定则，也就是说，同壳层的电子排布时首先填充s轨道然后填充p轨道。
6.壳层的化学性质壳层结构对原子的化学性质产生了重要影响。
原子的壳层结构决定了原子的电子结构、原子的化学键合方式、原子的物理性质等。
例如，稀有气体的原子壳层结构十分稳定，因此它们不易与其他元素发生化学反应。
而某些元素由于壳层结构的特殊性质，能够形成特定的化合物和离子，从而展现出特殊的化学性质。
章7 原子的壳层结构
排列顺序：
1s 2 2s 2 2 p6 3s 2 3 p6 4s 2 3d 10 4 p6 5s 2 4d 10 5 p6 6s 2 4 f 14 5d 10 6 p6 7s 2
壳层电子的填充次序
4f 5d 6s 5p 4d
5s 4p 3d 4s 3p 3s 2p
讨论?
能级交错情况
n=6
6s 5d 5p 5s 4f 4d 4p 4s 3d 3p 3s
次壳层 最多电 子数 2(2+1)
2 2 6 2 6 10 2 6 1014 2 6 10 14 18 2 6 10 141832
2. 能量最低原理：电子按能量由低到高的次序填充。
能量最低原理的补充
(1)在同一支壳层中（相同）的电子排布 时，将首先占据
磁量子数m 不同的状态、且使自旋平行。
重点
玻尔对元素周期表的解释 电子填充壳层的原则 原子基态确定
难点
原子基态电子填充壳层的顺序 原子基态确定
§7.1 元素性质的周期性变化
一、元素周期表
1869年，门捷列夫首先提出元素周期表。指出把
元素按原子量的顺序排列起来，它们的性质显示出周
期性的变化。
预言了三个空位：钪(Sc)、锗(Ge)、镓(Ga) 有三个例外：钾(K:19，39.098)和氩(18，Ar:39.94) 镍(Ni:28，58.7)和钴(Co,27，58.9)
？=100 73Ta=182 74W=186 78Pt=197.44 77Ir=198 76Os=199 80Hg=200 79Au=197？ 83Bi=210
1H=1 4Be=9.4 5B=11 6C=12 7N=14 8O=16 9F=19 11Na=23 12Mg=24 13Al=27.4 14Si=28 15P=31 16S=32 17Cl=35.5 19K=39 20Ca=40 21？=45 ？Er=56 ？Yt=60 49In=75.6?
第七章原子壳层结构精品PPT课件
§7.2 原子的电子壳层结构
一、原子中电子状态的描述
描述电子状态的四个量子数：
n：主量子数，代表电子运动轨道的大小及能量的主要部分
l：角量子数，代表轨道形状和轨道角动量，也同电子能量
氢： 氦：
组态 1s
原子态
S 2 1
2
组态 1s1s 原子态 1S0
2. 第二周期（n=2, N2=8，实际8个电子，Z＝3-10)
锂： 铍：
组态 1s22s 组态 1s22s2
原子态2 S 1
2
原子态 1S0
硼-氖： 组态 1s22s22pN(N=1-6) 原子态(氖) 1S0
3. 第三周期（n=3, N3=18，实际8个电子， Z＝11-18)
6. 第六周期（n=6, N6=72，实际32电子， Z＝55 — 86) 铯（Z=55）： 组态1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s
7. 第七周期（n=7, N7=98，不确定， Z＝87 — )
按周期表中元素排列的先后次序，原子逐一增加电子的次序
电子填补次序
钠-氩 3s-3p6
4. 第四周期 （n=4, N4=32，实际18电子， Z＝19 -36)
钾(Z=19): 组态1s22s22p63s23p64s
钨4s2
Sc-Ni 3d 氪4p6
（1）4s轨道能量低于3d轨道能量 4s轨道：偏心率很高的椭圆轨道，原子实极化和轨
道贯穿使E降低 3d轨道：圆形轨道，极化效应很小
，
二、原子的电子壳层结构
原子结构知识：原子的壳层结构
原子结构知识：原子的壳层结构原子是物质的基本单位，由质子、中子和电子组成。
电子以壳层分布在原子核周围，这种壳层结构对原子的性质和化学行为起着重要作用。
本文将从壳层结构的概念及组成、壳层能级、壳层填充规律等方面进行详细介绍。
一、壳层结构的概念及组成1.1壳层结构的概念壳层结构是指原子中电子的分布方式。
由于电子是负电荷，它们在原子核周围的运动会受到核的引力和相互排斥力的作用。
壳层结构是原子电子在不同轨道上的排布方式，根据不同的能级，电子在原子核周围的轨道上运动。
1.2壳层的组成根据原子结构理论，电子以壳层的形式分布在原子核周围，壳层的数量和电子的填充顺序受到原子序数的影响。
壳层以数字和字母的组合来表示，如1s，2s，2p等。
其中，数字代表能级，字母代表角量子数。
角量子数的不同代表了电子运动的不同方式，也决定了电子的运动轨道。
二、壳层能级2.1能级的概念在原子结构中，能级是指原子核对电子施加的引力所产生的能量的层次划分。
电子在这些能级上的运动跃迁以及填充顺序是由泡利不相容原理决定的。
每个能级有特定的能量值，代表了电子运动的状态。
2.2壳层的能级结构壳层的能级结构按照量子力学理论可以得出。
以氢原子为例，其能级结构由布尔模型和薛定谔方程给出。
布尔模型认为，原子的能级是固定的，电子只能在这些能级上运动。
而薛定谔方程则描述了电子在原子中的波动性质，得出了几个量子数，分别控制了每个壳层的能级结构。
2.3壳层的能级跃迁电子可以在不同的能级之间进行能级跃迁，这种跃迁会伴随着光子的吸收或发射。
这是原子发光和吸收光的基础。
能级跃迁的能级差代表了电子的能量变化，而光子的频率则与能级差有直接的关系。
三、壳层填充规律3.1量子数和填充规律原子的每个壳层都有一定数量的电子，这些电子的分布是有规律的。
每个壳层由不同的角量子数，每个角量子数代表一个轨道。
填充规律是指每个轨道上能够放几个电子以及填充的次序。
3.2泡利不相容原理根据泡利不相容原理，原子中不能有两个电子具有完全相同的四个量子数。
原子物理学原子的壳层结构内容
1
原子的壳层结构 第七章作业
1、有两种原子，在基态时其电子壳层是这样填充的：① n=1 壳 层、n=2 壳层和 3s 次壳层都填满，3p次壳层填了一半。② n=1 壳层、n=2 壳 层、n=3 壳层及4s、4p、4d壳层都填 满，试问这是哪两种原 子？ 解：① n=1 壳层的电子数为：2 n=2 壳层的电子数为：8 3s 次壳层的电子数为：2
1．第一周期：从n=1的K壳层填起。
2．第二周期：从n=2的L壳层填起。 3．第三周期：从n=3的M壳层填起。
原子的壳层结构
7.3 原子基态的电子组态
说明两点： ① 原子中的电子数等于原子序数。每一种原子，就核外 电子部分说，是周期表中前一位元素的原子加一个电子而 成的。 ② 原子的基态是原子能量最低的状态；它所有的电子都 处在各自可能的最低能量状态中。按周期表顺序逐个增
原子的壳层结构
第七章 原子的壳层结 构
主要参考书： 褚圣麟编的《原子物理学》 杨福家编的《原子物理学》
原子的壳层结构
内容：1. 元素性质的周期性变化
2. 原子的电子壳层结构
3. 原子基态的电子组态
原子的壳层结构
第七章 原子的壳层结构
有关内容回顾
确定电子状态的量子数 1．主量子数 n 确定原子中电子在核外空间运动轨道的大小和能量的高低。
3p 次壳层的电子数为：6
故这个原子外有15个电子，这个原子是：磷 （P)
② 2+8+18+2+6+10=46 这个原子是：钯（Pd)
原子的壳层结构
2、原子的 3d 次壳层按泡利原理一共可以填多少电子？为什么？
4、原子中能够有下列量子数相同的最大电子数是多少？ ① ② ③
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1862年，法国化学家尚古多创建了《螺旋图》，他创 造性地将当时的62种元素，按各元素原子量的大小为序， 标志着绕着圆柱一升的螺旋线上。他意外地发现，化学性 质相似的元素，都出现在同一条母线上。
（2）在作排列时，门捷列夫还发现有三处缺位, 他预言了这几种元素的存在以及它们的性质。后来 这些元素在实验中先后被发现，它们分别是钪(Sc)， 镓(Ga)和锗(Ge)。而且性质也与门氏的预言吻合。
（3）他还根据周期律更正了铟等元素的原子量。
原子物理学(Atomic Physics)
原子物理学(Atomic Physics)
原子物理学(Atomic Physics)
I1和I2与Z的关系
原子物理学(Atomic Physics)
二、壳层模型与玻尔的解释
1．核外电子排布的壳层模型
1916年德国物理学家瓦尔特·柯塞尔（电价理 论的创始人）提出了多电子原子中的电子分布主壳 层模型，即主量子数相同的电子处于同一主壳层中。 对应于n=1，2，3，4，…的主壳层分别用K，L， M，N，…来表示。在同一主壳层中，不同的轨道 角量子数l又分成几个不同的分壳层，常用s，p，d， f，…表示l=0,1,2,3,…的各种转动态。这就是我们 现在知道的角量子数。
原子物理学(Atomic Physics)
第七章 原子的壳层结构及 基态光谱项
§7.1 元素性质的周期性变化 及壳层结构
§7.2 电子的壳层构造 §7.3 原子基态光谱项的确定
原子物理学(Atomic Physics)
§7.1 元素性质的周期性 变化及壳层结构
一、元素性质的周期性
1.元素的周期律
元素的物理、化学性质随原子序数逐渐变 化的规律叫做元素周期律。
原子物理学(Atomic Physics)
1863年，英国化学家欧德林发表了《原子量和元素符号 表》，共列出49个元素，并留有9个空位。
1864年,德国化学家迈尔早在就已发明了“六元素表”， 他对“六元素表”进行了递减，提出了著名的《原子体积周期 性图解》。该图解比门氏的第一张化学元素表定量化程度要强， 因而比较精确。但是，迈尔未能对该图解进行系统说明，而该 图解侧重于化学元素物理性质的体现。
1865年，英国纽兰兹正在独立地进行化学元素的分类研 究，在研究中他发现了一个很有趣的现象。当元素按原子量递 增的顺序排列起来时，每隔8个元素，元素的物理性质和化学 性质就会重复出现。由此他将各种元素按着原子量递增的顺序 排列起来，形成了若干族系的周期。纽兰兹称这一规律为“八 音律”。这一正确的规律的发现非但没有被当时的科学界接受， 反而使它的发现者纽兰兹受尽了非难和侮辱。直到后来，当人 们已信服了门氏元素周期之后才警醒了，英国皇家学会对以往 对纽兰兹不公正的态度进行了纠正。
元素周期律的发现是许多科学家共同努力 的结果。 从1789年拉瓦锡开始到1869年门捷列 夫完成化学元素周期表,共用了80年的时间。
原子物理学(Atomic Physics)
1789年，拉瓦锡出版的《化学大纲》中发表了人类历 史上第一张《元素表》，在这张表中，他将当时已知的33 种元素分四类。
1829年，德贝莱纳在对当时已知的54种元素进行了系 统的分析研究之后，提出了元素的三元素组规则。他发现 了几组元素，每组都有三个化学性质相似的成员。并且， 在每组中，居中的元素的原子量，近似于两端元素原子量 的平均值。
原子物理学(Atomic Physics)
原子物理学(Atomic Physics)
2．电子排列的壳层结构
不论在强磁场中还是弱磁场中，主量子数相 同的电子构成一个壳层；同一壳层内，相同L的 电子构成一个支壳层（一个壳层内有几个支壳 层），壳层和支壳层表示为：
n= 1 2 3 4 5 6 7 … 壳层名称 K L M N O P Q …
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3.元素性质的周期性Байду номын сангаас
(1)化学性质 1) 各主族元素具有相同的化合价； 2）各主族元素其氧化值相似、化学性质
相似； 3) 同一周期元素，从左到右电负性加大；
同一族元素，从上到下电负性递减。(电负性 是指一个原子获得电子能力的大小 ).
原子物理学(Atomic Physics)
原子物理学(Atomic Physics)
（1）门捷列夫在创制周期表时，没有完全按照 原子量的大小排列，而是严格遵守了“同族元素性 质相近”这一规律。他调整了6个元素的位置:18 Ar 氩39.94 --19 K钾39.098 ，27 Co钴58.9332 --28 Ni镍 58.69 ，52 Te碲127.6 --53 I碘126.905 。
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门捷列夫 (1834~1907)， 俄罗斯化学家,生在 西伯利亚。他从小 热爱劳动，喜爱大 自然，学习勤奋。
门捷列夫的格言： “什么是天才？终 身努力，便成天 才！”
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2.门捷列夫的元素周期表
1867年，担任教授的门捷列夫正在着手著述 一本普通化学教科书《化学原理》。在著书过程中， 他遇到一个难题，即用一种怎样的合乎逻辑的方式 来组织当时已知的63种元素。 1869年3月1日这 一天，他先把常见的元素族按照原子量递增的顺序 拼在一起，之后是那些不常见的元素，最后只剩下 稀土元素没有全部“入座”，门捷列夫无奈地将它 放在边上。从头至尾看一遍排出的“牌阵”，门捷 列夫惊喜地发现，所有的已知元素都已按原子量递 增的顺序排列起来，并且相似元素依一定的间隔出 现。 第二天，门捷列夫将所得出的结果制成一张 表，这是人类历史上第一张化学元素周期表。
(2) 物理性质 1) 电离能在同一周期中，自左向右总体
上由小变大，到稀有气体时达到最大值. 2)光谱具有周期性,例如:所有的碱金属
原子的光谱，具有相仿的结构，实验上可观 察的谱线一般分为四个线系.
3)原子体积:一摩尔物质碱金属原子的 体积最大.
4)体膨胀系数: 碱金属原子的体膨胀系 数最大.
logI/eV