原子的电子层结构和元素周期律
原子核外电子排布与元素周期律
原子核外电子排布与元素周期律一、核外电子的排布规律⑴核外电子运动的特征：质量小，运动空间小，运动速度快，没有确定的轨道。
(2)电子云：电子在核外空间作高速运动，没有确定的轨迹，好象带负电荷的云雾笼罩在原子核的周围，人们形象地称之为电子云。
(3)电子层：根据电子的能量差别和通常运动区域离核的远近不同，核外电子处于不同的电子层。
(4)电子层排布倾向能量最低：核外电子总是尽先排布在能量最低的电子层里，然后由里往外，依次排布在能量逐步升高的电子层里。
(5)各电子层容纳的电子数：各电子层最多容纳的电子数是2n 2个，最外层电子数不超过8个（K 层不超过2个），次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个。
(6)电子层排布的表示方法：原子结构示意图1、排布规律⑴核外电子排布与能量关系电子离核距离： 近 → 远 电子能量： 低 → 高 ⑵核外电子的分层排布 ① 核外电子层能量不同 电子层离核距离： 近 → 远 电子能量： 低 → 高电子层数（n ）： 1 (K) 2(L) 3 (M) 4 (N) 5 (O)② 电子排布规律Ⅰ 能量最低原理：先排满低能量电子层，再依次排布在能量较高的电子层中。
Ⅱ 各电子层最多容纳的电子数：2n 2 Ⅲ 最外层电子数≤8 Ⅳ 次外层电子数≤18 Ⅴ 倒数第三层电子数≤32注意：以上三条规律不是孤立的，而是相互制约，必须同时满足。
2、常见元素微粒结构特点稀有气体元素原子的电子层结构与同周期的非金属元素的阴离子的电子层结构相同，与下一周期的金属元素形成的阳离子的电子层结构相同。
如：（1）核外有2个电子微粒（与He 原子电子层结构相同的离子）：H -、Li +、Be 2+ （2）核外有10个电子微粒（与Ne 原子电子层结构相同的微粒）：阳离子：+Na 、+2Mg 、+3Al 、+4NH 、+O H 3；阴离子：N -3、O -2、F -、OH -、NH -2；分子：Ne 、HF 、H 2O 、NH 3、CH 4（3）核外有18个电子微粒（与Ar 原子电子层结构相同的微粒）：离子：Cl -、S 2-、P 3-、K +、Ca 2+ 分子：Ar 、HCl 、H 2S 、SiH 4、H 2O 2、PH 3、C 2H 6 （4）前18号元素的原子构的特殊性○111 H ○2最外层有1个电子的元素：H 、Li 、Na ○3最外层有2个电子的元素：Be 、Mg 、He ○4最外层电子数等于次外层电子数的元素：Be 、Al 。
6.3.3原子电子层结构与元素周期表的关系
6.4 原子结构与元素期系中元素性质呈周期性变化， 就是原子结构周期性变化的反映。 6.4.1 有效核电荷 这种多电子原子中某一电子实际受到的核电荷叫做有效核电荷 Z*。元素原子序数增加时，原子的核电荷呈线性关系依次增加， 而有效核电荷Z*却呈周期性变化。P107图6－12，具体分析如 下。
6.3.3 原子电子层结构与元素周期表的关系
元素周期律：元素性质随着元素原子量（原子序数）的递增而 呈现周期性变化。
现代周期律：元素性质随着元素原子核电荷（原子序数）递增 而呈现周期性变化。 周期表分为s、p、d、f四个区，各区元素外围电子构型的特点
s 区:
最后的电子填在ns上, 包括 IA IIA , 属于活泼金属, 为
6.4.5 电负性 电负性：指原子在分子中吸引电子的能力，通常采用鲍林电负 性标度（相对电负性）。 同一周期从左到右，电负性呈增大趋 势。周期表中: 右上角 F 的电负性最 大, 左下角 Cs 的电负性最小。s、p区， 同一族，从上至下电负性呈减小趋势， 金属元素的电负性小于2.0，非金属元 素的大于2.0。
6.4 原子结构与元素性质的关系
6.4.2 原子半径 测定形成化学键的原子核间距计算原子半径。单价共价半径； 金属半径；范德华半径。短周期：从左至右原子半径减小； 过渡元素：从左至右，变化幅度不大，总趋势变小； s区、p区的各族元素：原子半径由上而下逐渐增大；d区元 素由上而下原子半径有增大的趋势，但幅度小，不规律。
6.4 原子结构与元素性质的关系
6.4.4 电子亲和能 电子亲合能EA：1mol 某元素的基态气态原子, 得到 1mol 电子, 形成气态离子时所放出的能量, 叫该元素的电子亲合能EA. 同样 有E1, E2, E3, E4, ….等 非金属原子的电子亲和能总是正值，而金属原子的电子亲和能 一般正值较小或为负值。电子亲和能的大小反映了气态原子得 到电子的难易程度，决定因素同电离能。
原子结构元素周期律和周期表
汇报人：XX
副族元素： 包括1930号元素， 具有相似 的化学性 质
过渡元素： 包括3136号元素， 具有相似 的化学性 质
稀有气体 元素：包 括118号 元素，具 有相似的 化学性质
主族元素：原子最外层电子数为1-8，化学性质稳定，不易发生化学反 应
副族元素：原子最外层电子数为9-18，化学性质活泼，容易发生化学 反应
意义：元素周期表可以帮助我们理解和预测元素的电子排布和化学键类型。
局限性：元素周期表不能完全预测元素的电子排布和化学键类型，例如过渡金属和稀土元素的 电子排布和化学键类型。
PART FOUR
指导化学反应的设计和优化
提供元素分类和命名的依据
解释元素性质的周期性变化 预测新元素的存在和性质
帮助理解化学键的形成和性 质
指导元素分离和提纯的方法 选择
预测新材 料：根据 元素周期 表，可以 预测新材 料的性质 和性能
材料设计： 根据元素 周期表， 可以设计 出满足特 定需求的 新材料
材料优化： 根据元素周 期表，可以 对现有材料 进行优化， 提高其性能
材料筛选： 根据元素 周期表， 可以筛选 出适合特 定应用的 材料
元素周期表的人工智能 应用：利用人工智能技 术，实现元素周期表的 智能推荐和决策支持
科普教育：通过科普书籍、讲座、展览等方式，向公众普及原子结构和元素周期律的 知识
传播途径：利用互联网、社交媒体等平台，扩大原子结构和元素周期律的传播范围
教育创新：开发新的教育工具和方法，如虚拟现实、互动游戏等，提高公众对原子结 构和元素周期律的兴趣和认知
原子结构：原子由原子核和电子组成，原子核由质子和中子组成
知识点 原子核外电子排布与元素周期律
原子核外电子排布与元素周期律一、原子结构（Z 个）原子核注意：（N 个） 质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)1.X 原子序数= = =核外电子（Z 个）2.原子核外电子的排布规律：①电子总是尽先排布在能量 的电子层里；②各电子层最多容纳的电子数是 ；③最外层电子数不超过 个（K 层为最外层不超过 个），次外层不超过 个，倒数第三层电子数不超过 个。
电子层： 一（能量最低） 二 三 四 五 六 七 对应表示符号： 3.元素、核素、同位素元素： 。
核素： 。
同位素： 。
(对于原子来说) 二、元素周期表 1.编排原则：①按 递增的顺序从左到右排列 ②将 相同．．的各元素从左到右排成一横行．．。
（周期序数＝原子的电子层数） ③把 相同．．的元素按电子层数递增的顺序从上到下排成一纵行．．。
＝原子最外层电子数 2.结构特点：核外电子层数 元素种类第一周期 种元素短周期 第二周期 种元素周期 第三周期 种元素元 （7个横行） 第四周期 种元素 素 （7个周期） 第五周期 种元素 周 长周期 第六周期 种元素 期 第七周期 未填满（已有 种元素） 表 主族：ⅠA ～ⅦA 共7个主族族 副族：ⅢB ～ⅦB 、ⅠB ～ⅡB ，共7个副族 （18个纵行） 第Ⅷ族： 纵行，位于 之间 （16个族） 零族： ① 主族（A ）：由 和 元素共同组成的族(除第18纵列)列序与主族序数的关系② 副族（B ）：完全由 元素组成的族(第8、9、10纵列除外)③ Ⅷ族：包括 三个纵列。
④ 0族：第 纵列，该族元素又称为 元素。
三、元素周期律1.元素周期律： 。
元素性质的周期性变化实质是．．． 。
族碱金属元素： （ 是金属性最强的元素，位于周期表 ） 第ⅦA 族卤族元素： （ 是非金属性最强的元素，位于周期表 ） ★判断元素金属性和非金属性强弱的方法：（1）金属性强（弱）——① ；② ；③ 。
（2）非金属性强（弱）——① ；② ；③ 。
无机化学第七章 电子层结构
A.2,0,0,-1/2 2s轨道一个电子,反时针自旋
B.3,1,-1,+1/2
C.3,2,+2,+1/ D2.3,1,+2,-1/2
3p轨道一个电子,顺时针自旋 3d轨道一个电子,顺时针自旋 不合理
12
1s
1s
S电子云图的叠合过程
2s
2s
3s
3s
3s
9
四个量子数的物理意义
n 决定了电子离核的远近(或电子层数)，也是 决定原子轨道能量高低的主要因素。
l 决定原子轨道形状、种类和亚层数,同时也 是影响电子能量的一个因素。 m 决定原子轨道的空间伸展方向，每一个伸 展方向代表一个原子轨道。
ms 决定电子的自旋方向。
n,l,m 共同决定了1个原子轨道; n,l,m,ms 共同决定了1个电子的运动状态；
s电子云
球形
哑铃形
p电子云
3、磁量子数m
物理意义：决定原子轨道在空间的延伸方向。 可取的数值：0、±1、±2…±l等整数，磁量子 数有(2l＋1)个取值，意味着该形状的轨道有 （2l＋1）个。
四叶花瓣形7
每层中原子轨道数
主角 量量 子子 数数
nl
亚层 符号
磁量子数 m
轨道 空间 取向 数
每层 中轨 道数
的远近，是决定电子能量的主要因素。 符号：n
n 1 2 3 4…
光谱学符号 K L M N 分别表示 一 二 三 四 …电子层
2、角量子数 l
物理意义：l 值决定轨道或电子云的形状；
可取的数值：0 ~ n-1的整数 (n个取值)
n1
2
3
4
无机化学_09原子的电子层结构和周期律
2s,2p轨道的径向分布图
3d峰数=3-2=1 4s峰数=4-0=4
峰数=n－l
峰的数目越多，电子钻 到离核区域越近，该轨 道上电子能量就越低.
3d 与 4s轨道的径向分布图
学习目标：理解钻穿效应
化学与环境工程系
钻穿效应
Drill effect
学习目标：理解电子云的概念
化学与环境工程系
径向分布函数D(r)：
概率 d
2
d 空间微体积
4π r 2
d 4 π r dr
2
概率 4π r dr
2 2
4π r 2 2
2
令：D(r ) 4π r
2
因此,1s电子在离核a0处出现的几率最大
化学与环境工程系
电子在2s轨道上出现两个离核 不同距离的几率较大区域.
化学与环境工程系
9.1 氢原子结构
9.1.1 氢原子光谱与Bohr理论
9.1.2 电子的波粒二象性 9.1.3 SchrÖdinger方程与量子数
9.1.4 波函数图形 9.1.5 波函数的物理意义
化学与环境工程系
9.1.1 氢原子光谱与Bohr理论
光和电磁辐射
红
橙
黄 绿
青 蓝
紫
自然光是 连续 光谱,即在任意波长段都有相应的光波
例：
原子轨道
ms
1s (1个) 1/2 l = 0， m = 0 2s (1个) 1/2 l = 1， m = 0 , 1 2p (3个) 1/2 n = 3 l = 0， m = 0 3s (1个) 1/2 l = 1， m = 0 , 1 3p (3个) 1/2 l = 2， m = 0 , 1， 2 3d (5个) 1/2 n = 4 ? 轨道数= n2个,各层最多容纳电子数=2 n2个 n=1 n=2
原子核外电子排布和元素周期律
原子核外电子排布和元素周期律原子是由原子核和围绕核运动的电子组成的。
原子核由质子和中子组成，而质子的数量决定了原子的元素。
原子核外的电子以不同的方式排布，这种排布决定了元素的化学性质。
元素周期律描述了元素的周期性变化规律，是化学中最重要的概念之一原子核外电子排布是描述电子在原子中的位置和能量分布的方式。
根据量子力学理论，电子存在于不同的能级上，每个能级可以容纳一定数量的电子。
根据波尔模型，原子的外层电子称为价电子，也是化学反应中参与原子间相互作用的电子。
原子核外电子排布可以通过倒易电子构型的方式来表示。
倒易电子构型表示了一个元素最外层电子的分布情况。
在倒易电子构型中，外层电子被表示为和最接近核心的壳层相同的能级。
例如，石墨的原子核是由6个质子和6个中子组成的，其倒易电子构型为1s²2s²2p²。
这意味着石墨的最外层电子是在2p轨道上的。
在倒易电子构型中，电子的分布遵循普遍原则、泡利不相容原理和阜居规则。
普遍原则指出，电子首先填充能量最低的轨道。
泡利不相容原理指出，一个轨道上最多只能容纳两个电子，并且这两个电子的自旋方向必须相反。
阜居规则指出，当填充轨道时，电子会尽量选择不同的轨道来填充，以最小化库伦排斥力。
元素周期律是根据元素的原子核中质子的数量和原子核外电子的排布，将元素按照一定规律排列的表格。
最早的元素周期表是由门捷列夫于1869年提出的。
现代元素周期表按照亨利·莫西里夫在1913年提出的核电荷排列。
元素周期表按照原子序数的增加顺序列出了所有已知元素。
原子序数是指原子核中质子的数量，也是元素周期表中元素的核电荷。
元素周期表的每一行称为一个周期，原子序数在周期内逐渐增加。
元素周期表的每一列称为一个组，元素周期表中的元素按照相似的性质分布在同一组中。
元素周期表按照一定的规律排列，这些规律反映了元素的原子结构和化学性质的周期性变化。
最著名的周期性性质是元素的物理性质和化学性质的周期性变化。
原子核外电子排布和元素周期律
原子核外电子排布和元素周期律首先，我们来了解一下原子的结构。
原子是由质子、中子和电子组成的。
质子和中子位于原子核中心，质子的电荷为正，中子的电荷为中性。
电子则围绕原子核的轨道上运动，电子的电荷为负。
原子核外电子排布描述了电子如何分布在原子的不同能级（轨道）上。
根据能级理论，电子可以处于不同的能级和亚能级上。
其中，第一能级最靠近原子核，能级数越高，离原子核越远。
每个能级最多容纳2n^2个电子，其中n为能级数。
例如，第一能级最多容纳2个电子，第二能级最多容纳8个电子。
根据电子能级的规律，我们可以了解到元素周期表的排布方式。
元素周期表是将化学元素按照原子序数的增序排列的表格。
元素周期表可以分为周期和族两个方向。
元素周期表的周期是指元素周期性质的变化规律。
周期表中的每一个周期代表着一个能级。
在同一个周期中，元素的最外层电子壳的能级相同，受到的核吸引力相近，因此具有类似的化学性质。
元素周期表的周期依次为K、L、M、N、O等，对应着原子的能级。
元素周期表的族是指元素的主族和次族。
主族元素是指位于周期表左边的元素，它们具有相似的化学性质。
主族元素的最外层电子壳填满的电子数都相同。
例如，第一族（碱金属）的元素最外层电子壳只填满了一个电子，第二族（碱土金属）的元素最外层电子壳填满了两个电子。
次族元素是指位于周期表右边的元素，它们具有相似的化学性质。
次族元素的最外层电子壳填满的电子数也相同。
例如，第十六族（卤族）的元素最外层电子壳填满了六个电子。
元素周期表的排列方式和周期性质的变化规律可以总结为以下几点：1.周期性：在元素周期表中，各周期的化学性质有规律地变化。
例如，金属元素通常位于周期表左侧，具有良好的导电性和热导性，而非金属元素通常位于周期表右侧，具有较差的导电性。
2.原子半径：随着周期数的增加，原子半径逐渐增大。
这是因为随着电子层数的增加，电子对原子核的屏蔽作用增强，电子云的尺寸增大。
3.电离能：随着周期数的增加，元素的电离能逐渐增大。
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法。 2.掌握核外电子的排布及原子结构与元素周期系 的关系。掌握元素某些性质的周期性。 3.熟悉波函数、原子轨道、电子云的概念，熟悉
原子轨道和电子云的角度分布图。
4.了解核外电子运动的特殊性。了解多电子原子 产生能级交错的原因。
第一节 核外电子运动的特殊性
第一节 核外电子运动的特殊性
(三) 磁量子数 m
取值： m =- l，…-2，-1，0，1，2，… l ， 意义： m 表示电子云在空间的伸展方向。每一个m值代表 一个伸展方向、电子轨道或原子轨道。磁量子数与能量无关。 n =1 n =2 l=0 l=0 l=1 m m m m m =0 =0 = -1 =1 =0 1条轨道 4条轨道
第二章 原子结构
内容提要
第一节 核外电子运动的特殊性 一、历史回顾 二、核外电子运动的特殊性 三、波函数 四、电子云 五、四个量子数 第二节 核外电子排布规律 一、多电子原子轨道能级 二、核外电子排布原理 第三节 原子的电子层结构和元素周期律
一、原子结构与元素周期律的关系 二、元素性质的周期性
教学基本要求
1 2 3
主量子数 n 角量子数 l 磁量子数 m 自旋量子数 ms
4
第一节 核外电子运动的特殊性
(一) 主量子数 n 取值： n =1，2，3，……； 物理意义： n值的大小表示电子的能量高低。 n值越大表示电子所在的层次离核较远，电子具有 的能量也越高。 对于n =1，2，3，…分别称为第第一能层，第 二能层，第三能层…
历史回顾 核外电子运动的特殊性
一 二 三 四 五
波函数
电子云
四个量子数
第一节 核外电子运动的特殊性
一、历史回顾
(一)道尔顿(J.Dolton)的原子理论---19世纪初
(二)汤姆逊发现带负电荷的原子
(三)卢瑟福的行星式原子模型 (四)近代原子结构理论-----玻尔原子模型
第一节 核外电子运动的特殊性
P = mc = h / c = h /
电子衍射实验，得到一系列明暗相间的 环──衍射环纹，证实电子具有波动性。
第一节 核外电子运动的特殊性
•
2.不确定原理 微观粒子，不能同时准确测量其位置和动量 测不准原理来源于微观粒子运动的波粒二象性， 是微观粒子的固有属性。 电子的位置虽然测不准, 但可以知道它在某空 间附近出现的几率，因而可以用统计的方法和观点, 考察其运动行为，用电子出现在核外空间各点的几 率分布图来描述。
道尔顿认为： 1.一切物质都是原子组 成，原子不能再分割； 2.同一种元素的原子在 质量、形态等方面完全相同；
3.原子以简单的比例结合成化合物；
第一节 核外电子运动的特殊性
汤姆逊原子模型 通过阴极射线的偏转 实验，发现了带有负电荷 的电子，从而打破了原子 不可分割的观点。人们对 物质结构的认识开始进入 了一个重要发展阶段。
第一节 核外电子运动的特殊性
三、波函数 1926年薛定谔建立了著名的描述微 观粒子运动状态的量子力学波动方程： 2 2 2 8 2 m
x
2
y
2
z
2
h
2
( E V ) 0
－量子力学中描述核外电子 在空间运动
的数学函数式，即原子轨道 E－轨道能量 m—微粒质量 h—普朗克常数 x,y, z 为微粒的空间坐标 (x,y,z) 波函数
n=4
（1）分层
（2）跃迁 （3）不连续
n=3 n=2 n=1
E h E 2 E1 E ：表示能量 h ：表示普朗克常数 ：表示辐射光的频率
第一节 核外电子运动的特殊性
1)行星模型:假定氢原子核外电子处在一 定的线性轨道上绕核运行，正如太阳系的行 星绕太阳运行一样。 2) 量子化条件:玻尔假定，氢原子核外电 子的轨道不是连续的，而是分立的。 3)定态假设: 基态 激发态 跃迁
第一节 核外电子运动的特殊性
原子轨道的角度分布图
第一节 核外电子运动的特殊性
四、电子云 电子的波函数的意义比较好的 解释是统计解释，量子力学引入了 电子云的概念。 电子云的物理意义： 黑点较密的地方表示电子出现的 机会多。
电子云的角度分布图
第一节 核外电子运动的特殊性
电子云的角度分布图比波函数的角度分布图 略“瘦”些。电子云的角度分布图没有‘’‘’。
第一节 核外电子运动的特殊性
2.玻尔理论解决的问题
（1）原子的稳定性 （2）阐明了氢原子光谱的不连续性
氢原子光谱的一部分
第一节 核外电子运动的特殊性粒二象性
微观粒子既具有波的性质又具有粒子的性 质称为波粒二象性。电子就是具有粒子性和波 动性这样双重性质的物质。
原子轨道的角度分布图有‘’‘’。这是根
据的解析式算得的。它不表示电性的正负。 作为波函数的符号，它表示原子轨道的对称 性，因此在讨论化学键的形成时有重要作用。
第一节 核外电子运动的特殊性
五、四个量子数
薛定谔方程式的解为系列解，每个解都有一 定的能量E和其相对应，且每个解ψ 都要受到三 个常数n，l，m的规定。称n，l，m为量子数。
第一节 核外电子运动的特殊性
2 2 2 8 2 m 2 2 2 ( E V ) 0 2 x y z h
用波函数的数学形式描述核外电子的运 动状态不如用其图像更直观，常用原子轨道 的角度分布图来描述核外电子的运动状态， 波函数的角度分布图又称为原子轨道的角度 分布图
n
对应电子层
1
第一层
2
第二层
3
第三层
4
第四层
5
第五层
· ·
第一节 核外电子运动的特殊性
(二) 角量子数 l
取值： l =0，1，2，……n-1；
物理意义： l 表示电子云的形状。
角量子数
亚层符号 轨道形状
0
s 球形
1
2
3
f
4
g
p d 哑铃型 花瓣型
第一节 核外电子运动的特殊性
主量子数与角量子数的关系 n 电子层 l 亚层 1 第一 0 1s 2 第二 0 1 2s 2p 3 第三 0 1 2 3s 3p 3d 4 第四 0 1 2 3 4s 4p 4d 4f
第一节 核外电子运动的特殊性
卢瑟福原子模型 “行星模型”或有核原 子结构模型。该模型中， 把微观的原子看成“太阳 系”，带正电的原子核好 比“太阳”，电子在原子 核外绕核旋转，就象行星 绕着太阳运动一样。原子 核占有全部正电荷和几乎 全部的原子质量。
第一节 核外电子运动的特殊性
玻尔的氢原子模型 1.氢原子结构理论的基本假说