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1、原子结构与元素周期系1原子结构与元素周期系原子结构与元素周期系 核外电子的运动状态核外电子的排布和元素周期系元素基本性质的周期性原子结构与元素周期系212 微观粒子的波粒二象性 一、 光和实物粒子的波粒二象性 1924年德国物理学家 L de Broglie (德布罗 意)提出假设：既然光是一种微粒又是一种波，那么静止质 量不为零的实物粒子也含有相似的二象性1927年C.J.Pavisson (戴维逊)和L.H.Germer ( 盖末尔)获得一种晶体的电子衍射图，从实验 上证实了de Broglie的假设，从此科学家们开 始接受实物粒子的二象性。 原子结构与元素周期系3感光屏幕薄晶体片衍射环纹
2、电子枪电子束电子衍射实验示意图用电子枪发射高速电子通过薄晶体片射击感光荧屏，得到明暗相间的环纹，类似于光波的衍射环纹。原子结构与元素周期系4结论： 1.电子等实物粒子具有 波粒 二象性；2.不能用经典物理的波和粒 的概念来理解它的行为。再次说明描述电子等微粒的 运动规律只能用描述微粒运动 规律的量子力学。原子结构与元素周期系5二、 测不准原理和几率概念 测不准原理：一个粒子的位置和动量不能同时地、准确地 测定。 注意：这里所讨论的不确定性并不涉及所用的测 量 仪器的不完整性，它们是内在固有的不可 测定性。xh/2 mv原子结构与元素周期系613 波函数和原子轨道 薛定谔方程波函数和原子轨道 一
3、定的波函数表示电子的一种运动状 态，状态轨道。 波函数叫做原子轨道，即波函数与原 子轨道是同义词。 原子结构与元素周期系7波函数的意义 原子核外电子的一种运动状态 每一个波函数都有对应的能量 E 波函数没有明确的直观的物理 意义,但波函数绝对值的平方|2 却有明确的物理意义 原子结构与元素周期系816 四个量子数 量子 数 物 理 意 义取 值 范 围主量子数n描述电子离核远近及 能量高低n=1,2,3, 正整数角量子数l描述原子轨道的形状 及能量的高低l=0,1,2,小于n的正 整数磁量子数m描述原子轨道在空间 的伸展方向自旋量子数 ms描述电子的自旋方向ms =+1/2,-1/22m=0,
4、+1,-1, +2, , l原子结构与元素周期系9主量子数（n）角量子数（l ）磁量子数（m）轨道符号轨道数1 001s12 002s110，1，-12p33003s110，1，-13p320，1，-1，2，-23d54004s110，1，-14p320，1，-1，2，-24d530，1，-1，2，-2，3，-34f75 005s110，1，-15p320，1，-1，2，-25d530，1，-1，2，-2，3，-35f740，1，-1，2，-2，3，-3,+4, -45g 9原子结构与元素周期系10原子结构与元素周期系11多电子原子近似能级图的特点： 近似能级图是按原子轨道的能量高低而不是按原
5、子轨道 离核的远近顺序排列起来。把能量相近的能级划为一组 ，称为能级 1s 第一能级组2s2p 第二能级组3s3p 第三能级组4s3d4p 第四能级组5s4d5p 第五能级组6s4f5d6p 第六能级组7s5f6d7p 第七能级组 在能级图中可以看到：相邻的两个能级组之间的能量 差较大，而在同一能级组中各能级的能量差较小。原子结构与元素周期系121.在能级图中:所谓等价轨道是指其能量相同 、成键能力相同，只是空间取向不同的轨 道。 2. 角量子数l相同的能级，其能量由主量子 数 n决定，n越大，能量越高。 3. 主量子数n相同，角量子数l不同的能级， 其能量随l的增大而升高。 4. 主量子数n
6、和角量子数l同时变化时，从图 中可知，能级的能量变化情况是比较复杂 的。 原子结构与元素周期系13核外电子层结构的原则 能量最低原理 堡里不相容原理 （奥地利科学家） 洪特（Hund）规则（德国科学家） 原子结构与元素周期系14能量最低原理 多电子原子在基态时，核外电子总 是尽可能分布到能量最低的轨道，这称 为能量最低原理。 原子结构与元素周期系15堡里不相容原理 一个电子的四个量子数为（3、2、0、-1/2）另一个电子的四个量子数为（3、2、0、+1/2） 从保里原理可获得以下几个重要结论： a)每一种运动状态的电子只能有一个。 b)由于每一个原子轨道包括两种运动状态，所以每一个 原子轨道中
7、最多只能容纳两个自旋不同的电子。 c)因为s、p、d、f各分层中原子轨道数为1、3、5、7 所以各分层中相应最多只能容纳2、6、10、14个电 子。 d)每个电子层原子轨道的总数为n 个，因此，各电子层 中电子的最大容量为2n个。 原子结构与元素周期系16洪特（Hund）规则 电子分布到能量相同的等价轨道时， 总是尽先以自旋相同的方向，单独占领 能量相同的轨道。例: 7N2p2s1s原子结构与元素周期系17作为洪特规则的特例，等价轨道：全充满 p6、d10、f14半充满 p3、d5、f7全 空 p0、d0、f0的结构状态比较稳定 例： 19号 K 1s22s22p63s23p64s1 原子实结
8、构式为 Ar4s124号 Cr Ar3d54s1原子结构与元素周期系18原子的电子层 注意几个例外 : 24号Cr 3d54s1 29号Cu 3d104s1 40号Zr 4d25s2 41号Nb 4d45s1 42号Mo 4d55s1 43号Tc 4d55s2 44号Ru 4d75s1 45号 Rh 4d85s1 46号Pd 4d10 原子结构与元素周期系19原子的电子层结构 与元素的分区 原子结构与元素周期系20核外电子的排布（原子的电子层结构）1 H Hydrogen 氢 1s1 * 2 He Helium氦 1s2 3 Li Lithium 锂 1s2 2s14 Be Beryllium
9、 铍 1s2 2s2 5 B Boron 硼 1s2 2s22p1* 6 CCarbon碳 1s2 2s22p27 NNitrogen氮 1s2 2s22p38 OOxygen氧 1s2 2s22p49 FFluorine氟 1s2 2s22p510 NeNeon氖 1s2 2s22p6原子 序数电子轨道图元素 符号英文名称中文 名称电子结构式原子结构与元素周期系2111 Na Sodium 钠 1s2 2s22p63s112 Mg Magnesium 镁 1s2 2s22p63s213 Al Aluminium 铝 1s2 2s22p63s23p114 Si Silicon 硅 1s2 2s
10、22p63s23p215 P Phosphorus 磷 1s2 2s22p63s23p316 Si Sulfur 硫 1s2 2s22p63s23p417 Cl Chlorine 氯 1s2 2s22p63s23p518 Ar Argon 氩 1s2 2s22p63s23p6原子 序数元素 符号英文名称中文 名称电子结构式原子结构与元素周期系22* Ar 原子实，表示 Ar 的电子结构式电子结构式 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 。原子实后面是价层电子，即在化学反应中可能发生变化的电子。 * 虽先排 4s 后排 3d ， 但电子结构式中先写电子结构式中先写 3d，后写后写 4s * 2
11、1 Sc Scandium 钪 Ar 3d14s2 22 Ti Titanium 钛 Ar 3d24s2 23 V Vanadium 钒 Ar 3d34s2 24 Cr Chromium 铬 Ar 3d54s1 25 Mn Manganese 锰 Ar 3d54s226 Fe Iron 铁 Ar 3d64s227 Co Cobalt 钴 Ar 3d74s228 Ni Nickel 镍 Ar 3d84s2 * 19 K Potassium 钾 Ar 4s120 Ca Calcium 钙 Ar 4s2 原子结构与元素周期系231 元素的周期周期的划分与能级组的划分完全一致，每个能级组都独自对应一个周期。共有七个能级组， 所以共有七个周期。HHe1第一周期： 2 种元素第一能级组： 2 个电子 1 个能级 1s 1 个轨道 BeLiBCNOFNe2第二周期： 8 种元素第二能级组： 8 个电子 2 个能级 2s 2p 4 个轨道 (2)元素周期系原子结构与元素周期系24MgNaAlSiPSCl Ar3第三周期： 8 种元素第三能级组： 8 个电子 2 个能级 3s 3p 4 个轨道 K Ca ScTiVCr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr4YZr Nb Mo TcRh
