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1、原子轨道 价键轨道 分子轨道atomicorbitalvalenceorbitalmolecularorbital 原子轨道 ATOM Atomicorbitals NielsBohr1885 19621922年获诺贝尔物理奖106号元素被命名为Bohrium中文名称元素符号Bh 谱线H H H H H 编号 n 波长 nm656 279486 133434 048410 175397 009 里德堡常数RH 1 09677 107m 1 巴尔麦方程 里德堡方程 m 电子质量 v 电子线速度 r 电子线性轨道的半径 o L mvr 离心力 向心力 角动量 量子化条件角动量量子化 氢原子的电离能
2、 电子跃迁释放的光子能量 电子在线性轨道上的线速度 电子绕原子核运行的轨道半径 n 2的轨道能计算 NIELSBOHRThestructureoftheatomNobelLecture December11 1922 德布罗依对玻尔行星轨道上运行的电子能处于定态而不释放能量的解释 电子是一个波在玻尔行星轨道上运行的电子是一个驻波 图像如下 半波长的n倍等于圆周长 后来的认识否定了德布罗依对行星轨道的图像 但电子处于定态时是一个驻波的认识被证实了 DeBroglie 电子具有波粒二象性 现代原子核外电子运动模型 苍蝇头部的电子显微镜照片 烟草花叶病毒的电子显微镜照片 单晶的电子衍射谱图 驻波的振
3、幅图 一维驻波 f x 二维驻波 f x y 三维驻波 f x y z n 1 n 2 核外电子的定态是三维驻波 一维波的振幅在二维空间里呈现 二维波的振幅在三维空间里呈现 三维波的振幅如何呈现 核外电子运动状态 六 核外电子运动状态的描述在量子力学处理氢原子核外电子的理论模型中 最基本的方程叫做薛定谔方程 是由奥地利科学家薛定谔 E Schr dinger1887 1961 在1926年提出来的 薛定谔方程是一个二阶偏微分方程 它的自变量是核外电子的坐标 直角坐标x y z或者极坐标r q f 它的因变量是电子波的振幅 Y 给定电子在符合原子核外稳定存在的必要 合理的条件时 如Y的取值必须是
4、连续的 单值的 也就是坐标一定时电子波的振幅是唯一的单值 是连续的函数 等等 薛定谔方程得到的每一个解就是核外电子的一个定态 它具有一定的能量 E 具有一个电子波的振幅随坐标改变的的函数关系式 Y f x y z 或Y f r q f 称为振幅方程或波动方程 薛定谔方程 1 f1 x y z f1 r R1 r Y1 2 f2 x y z 3 f3 x y z Ys Ypx Ypz Ypy P 0 9电子出现的概率为90 r 2 6ao 描述核外电子的图像 波函数的角度分布图像 波函数的球面概率图像 电子云图像 角度分布图像 0 472 y z 15 电子云生成图 S电子的电子云图 1s 2s
5、 3s 2p电子云 3p电子云 3dx2 y2电子云 1s2s2p D函数图形与电子云图形的关系 3s3px 2s电子的原子轨道图 2pz2px2py 电子云轮廓图 几种常见描述核外电子的图形对比 角函数图Y Y2 不涉及能层 r R r Y 电子云黑点图 2 电子云轮廓图D函数图像 r2R2 电子云黑点图与轮廓图 D Y2 2 Y 2 2 1s 2s 3s电子云轮廓图和剖面图 s轨道和p轨道的Y图像和Y2图像 d轨道的Y和Y2图像 f轨道的Y和Y2图像 对在三维空间里可制作电子云黑点图的理解 计算机模拟的Cu2O晶体的Cu O键电子云 旅美中国学者ZOUJian Ming等用X衍射和电子衍射
6、结合的技术研究了赤铜矿的Cu O键的性质 按3d轨道与4s轨道发生杂化形成sd杂化轨道的模型 计算了d轨道的电子移向4s轨道形成的电子空穴的电子云图象 结果令人振奋地得到一个与教科书上画的dZ2轨道十分相似的计算机图象 Nature401 49 1999 该图象的获得被美国 化学与工程 杂志选为1999年美国五大化学新闻之一 核外电子运动状态 能层能级轨道可能空间运动状态数可能运动状态数一 K 1s1s12二 L 2s2s122p2px 2py 2pz36三 M 3s3s123p3px 3py 3pz363d3dxy 3dyz 3dxz 3dx2 y2 3dz2510四 N 4s1个轨道124
7、p3个轨道364d5个轨道5104f7个轨道714 基态原子电子组态 3 能量最低原理 基态原子是处于最低能量状态的原子 能量最低原理认为 基态原子核外电子的排布力求使整个原子的能量处于最低状态 随核电荷数递增 大多数元素的电中性基态原子的电子按如下顺序填入核外电子运动轨道 叫做构造原理 电子先填最外层的ns 后填次外层的 n 1 d 甚至填入倒数第三层的 n 2 f的规律叫做 能级交错 请注意 能级交错现象是电子随核电荷递增填充电子次序上的交错 并不意味着先填能级的能量一定比后填能级的能量低 随核电荷数递增 电子每一次从填入ns能级开始到填满np能级 称为建立一个周期 于是有 周期 ns开始
8、 np结束同周期元素的数目第一周期 1s2第二周期 2s 2p8第三周期 3s 3p8第四周期 4s 3d 4p18第五周期 5s 4d 5p18第六周期 6s 4f 5d 6p32第七周期 7s 5f 5d 基态原子电子组态 周期系中有约20个元素的基态电中性原子的电子组态 electronconfiguration 又叫构型或排布 不符合构造原理 其中的常见元素是 元素按构造原理的组态实测组态 24Cr 1s22s22p63s23p63d44s21s22s22p63s23p63d54s1 29Cu 1s22s22p63s23p63d94s21s22s22p63s23p63d104s1 42
9、Mo 1s22s22p63s23p63d104s24p64d45s21s22s22p63s23p63d104s24p64d55s1 47Ag 1s22s22p63s23p63d104s24p64d95s21s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1 79Au 1s2 4s24p64d104f145s25p65d96s11s2 4s24p64d104f145s25p65d106s1 基态原子电子组态 基态原子电子组态 表 基态电中性原子的电子组态 1氢H1s12氦He1s23锂Li He 2s14铍Be He 2s25硼B He 2s22p16碳C He 2s22p27氮N
10、He 2s22p38氧O He 2s22p49氟F He 2s22p510氖Ne1s22s22p611钠Na Ne 3s112镁Mg Ne 3s213铝Al Ne 3s23p114硅Si Ne 3s23p2 15磷P Ne 3s23p316硫S Ne 3s23p417氯Cl Ne 3s23p518氩Ar1s22s22p63s23p619钾K Ar 4s120钙Ca Ar 4s221钪Sc Ar 3d14s222钛Ti Ar 3d24s223钒V Ar 3d34s224铬Cr Ar 3d54s125锰Mn Ar 3d54s226铁Fe Ar 3d64s227钴Co Ar 3d74s228镍Ni
11、Ar 3d84s2 电子仁 或 电子实 价电子层 价层电子 不符合构造原理 基态原子电子组态 表 基态电中性原子的电子组态 29铜Cu Ar 3d104s130锌Zn Ar 3d104s231镓Ga Ar 3d104s24p132锗Ge Ar 3d104s24p233砷As Ar 3d104s24p334硒Se Ar 3d104s24p435溴Br Ar 3d104s24p536氪Kr Ar 3d104s24p637铷Rb Kr 5s138锶Sr Kr 5s239钇Y Kr 4d15s240锆Zr Kr 4d25s241铌Nb Kr 4d45s142钼Mo Kr 4d55s1 43锝Tc Kr
12、 4d55s244钌Ru Kr 4d75s145铑Rh Kr 4d85s146钯Pd Kr 4d1047银Ag Kr 4d105s148镉Cd Kr 4d105s249铟In Kr 4d105s25p150锡Sn Kr 4d105s25p251锑Sb Kr 4d105s25p352碲Te Kr 4d105s25p453碘I Kr 4d105s25p554氙Xe Kr 4d105s25p655铯Cs Xe 6s156钡Ba Xe 6s2 元素周期系 长式 周期表 每个周期占一个横排 这种三角形周期表能直观地看到元素的周期发展 但不易考察纵列元素 从上到下 的相互关系 而且由于太长 招致排版和印刷
13、的技术困难 元素周期系 宝塔式或滴水钟式周期表 这种周期表的优点是能够十分清楚地看到元素周期系是如何由于核外电子能级的增多而螺旋性发展的 但它们的每个横列不是一个周期 纵列元素的相互关系也不容易看清 长式周期表的主表从左到右可分为s区 d区 ds区 p区4个区 有的教科书把ds区归入d区 副表 镧系和锕系 是f区元素 元素周期系 价键轨道 原子轨道组合形成价键轨道价键轨道是定域轨道电子在两个原子核间运动共价键键合电子对的电子分别由两个原子提供配价键和配位键键合电子对的电子由一方给予 另一方接受 也称给予 接受键 电子对给予体称为路易斯碱电子对接受体称为路易斯酸孤对电子占据的轨道也被按价键轨道处
14、理 价键轨道的分类 s 轨道p 轨道d 轨道杂化轨道sp 轨道sp2 轨道sp3 轨道dsp2 轨道d2sp2 轨道d2sp3 轨道 用VSEPR判断杂化轨道模型AXnEm AYn m AY2AY3AY4AY5AY6CO2BF3SiCl4PCl5SF6BeCl2CO32 NH3SF4BrF5HCNO3H2OClF3XeF4spsp2sp3dsp3d2sp3 配位化学杂化轨道模型 MX2MX3MX4MX5MX6sp2sp2sp3dsp3d2sp3dsp2d2sp2sp3d2 分子轨道 分子轨道是分子中的电子轨道分子轨道由原子轨道组合而得原子轨道组合成分子轨道时 轨道的总数不变分子轨道按轨道的能量大小分为成键轨道 反键轨道和非键轨道分子轨道按对称性分为s 轨道 p 轨道等原子轨道组合成分子轨道遵循能量相近原理 最大重叠原理和对称匹配原理电子在基态分子中的分子轨道中填充遵循能量最低原理 泡利原理和洪特规则 感谢亲观看此幻灯片 此课件部分内容来源于网络 如有侵权请及时联系我们删除 谢谢配合
