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1、第一章 原子结构与元素周期律 Atomic Structure and Periodic Table of Elements,第一节 原子核外 电子运动状态(一般理解) 第二节 原子核外 电子排布规律(重点掌握) 第三节 元素周期律(重点掌握),质子数,原子的组成,原子,原子核,核外电子（）,质子（+）,中子,Z个,（AZ）个,Z个,原子是电中性的！,+,原子序数,=,质量数,课堂练习:请写出 H He O S 等原子的,原子与离子的关系：,原子,离子,阳离子,阴离子,失电子,得电子,思考并回答: 1化学反应以产生新物质(新分子)为特征, 产生新原子吗? 2 原子在化学反应中如何变化?(原子核
2、变化吗? 核外电子运动状态或者数目变化吗?),宏观、微观运动的不同,第一章 原子结构与元素周期律,第一节 原子核外电子的运动状态,宏观物体的运动特征：,可以准确地测出它们在某一时刻所处的位置及运行的速度； 可以描画它们的运动轨迹。,微观物体的运动特征：,核外电子质量小，运动空间小，运动速率大。 无确定的轨道，无法描述其运动轨迹。 无法计算电子在某一刻所在的位置，只能指出其在核外空间某处出现的机会的多少。,核外电子运动的特征,原子核外电子运动的特征,电子在原子核周围分层运动，无轨迹；,能量低的离核近，能量高的离核远。,电子在原子核外空间一定范围内出现，可以想象为一团带负电的云雾笼罩在原子核周围，
3、所以，人们形象地把它叫做“电子云”,概率密度与电子云,概率密度 2-电子在空间单位体积内出现的几率,电子云-用小黑点形象地表示电子在空间单位 体积内出现的概率密度分布情况所得 到的图象。,原子轨道与波函数,电子云是电子出现概率密度的形象化描述。,1、主量子数n- 电子层-表示电子在核外所处电子层 取值： n =1，2，3，4，5； 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,核外电子的 运动状态 ( 四个量子数来定义),主量子数 n (principal quantum nu
4、mber), 确定电子出现几率最大处离核的距离, 不同的n 值，对应于不同的电子壳层 K L M N O,决定电子层数, 或者说 决定原子轨道(电子云)的大小 (n越高, 电子离核越远,能量越高,电子云越大) 主量子数 n取值 :从1开始,-到n(正整数),2、角量子数l 决定电子亚层决定原子轨道决定电子云形状,核外电子的 运动状态,同一电子层内, 原子轨道形状不同, 能量稍有差别,因此应予区分 L取值 受电子层数限制,0,1 ,2 , 3 n1,角量子数l (angular momentum quantum number),s 轨道 球形,p 轨道 哑铃形,d 轨 道 有 两 种 形 状,3
5、、磁量子数m： 轨道伸展方向,物理意义：表示电子云在空间的伸展方向。与能量无关。,核外电子的运动状态,同一亚层内能量相等、空间伸展方向不同的轨道 即简并轨道,m可取 0，1, 2l ； 其数目 = 2 l +1（简并轨道的数目）,例：,l = 1 时，m可取0，1, 表示有3个简并轨道。,S原子轨道,电子云轮廓图-原子轨道,S原子轨道是球形对称的.,P原子轨道是纺锤形的,每个P能级有3个原子轨道,它们相互垂直,分别以P x,Py,PZ表示.,P原子轨道,P能级的原子轨道,P能级的3个原子轨道P x,Py,PZ合在一起的情形.,d能级的原子轨道有5个.,d能级的原子轨道,p 轨道(l = 1,
6、m = +1, 0, -1) m 三种取值, 三种取向, 三条等价(简并) p 轨道.,磁量子数( magnetic quantum number),d 轨道(l = 2, m = +2, +1, 0, -1, -2) : m 五种取值, 空间五种取向, 五条等价(简并) d 轨道.,f 轨道 ( l = 3, m = +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3 ) : m 七种取值, 空间七种取向, 七条等价(简并) f 轨道.,本课程不要求记住 f 轨道具体形状!,核外电子的运动状态,原子轨道能量高低规律：nsnpndnf 1s2s3s4s 2px=2py=2pz,4、自旋量子数M
7、s -自旋状态,电子平行自旋： 电子反向自旋：,核外电子的运动状态,有了这四个量，就可以描述原子中某一电子的运动状态！,表示电子自旋运动的量子数，一个轨道最多只能容纳2个电子，且自旋运动方向相反。,自旋量子数 ms (spin quantum number), 描述电子绕自轴旋转的状态 自旋运动使电子具有类似于微磁体的行为 ms 取值+1/2和-1/2，分别用和表示,想象中的电子自旋 两种可能的自旋方向: 正向(+1/2)和反向(-1/2) 产生方向相反的磁场 相反自旋的一对电子, 磁场相互抵消.,Electron spin visualized,核外电子的运动状态,小结：,总结:四个量子数（
8、受特定限制的常数）, 主量子数 n, 磁量子数 m, 自旋量子数 ms, 角量子数 l,n = 1, 2, 3,判断：下列各组量子数哪些不合理？ 1. n = 2, l = 1, m = 0 2. n = 2, l = 0, m = -1 3. n = 2, l = 2, m = -1 4. n = 2, l = 3, m = 2 5. n = 3, l = 1, m = 1 6. n = 3, l = 0, m = -1,2 3 4 6,Question 1,小结：量子数与电子云的关系（意义）,n：决定电子云的大小,l：描述电子云的形状,m：描述电子云的伸展方向, ms：描述电子的自旋运动方
9、向,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。换句话说，同一原子中每个电子中的四个 量子数不可能完全相同，因此可推出每一个轨道只能容 纳两个自旋方向相反的电子；因此可推出各电子层所能 容纳电子最大数值。,核外电子运动的特征,1.绕着原子核运动-公转,2.不定向高速自旋自转,3.象带负电的云雾(电子云),原子的核外电子运动状态,原子核外 电子运动状态 总结,电子是运动的,而不是静止的。 电子状态描述:波函数 /原子轨道 / 电子云。 描述参数（波函数原子轨道 / 电子云的参数） : 4个量子数描述,前2个与能量有关,1.电子状态可用 来描述，它在习惯上被称为 ；2表示 ，它的
10、形象化表示是。 2.p亚层中轨道的主量子数为 ，角量子数为 ，该亚层轨道最多可以有 种空间取向，最多可容纳 个电子。,3.填表-描述电子状态的个参数,4.填表-电子层、亚层、轨道及容纳电子之间的关系,4.填表-电子层、亚层数量、轨道数量及容纳电子数之间的关系,3.填表-描述电子状态的个参数,1. 波函数, 原子轨道, 概率密度, 电子云 2. 4, 1 ,3, 6,Question 1,P108 例 1,Question 2,写出与轨道量子数 n = 4, l = 2, m = 0 的原子轨道名称.,原子轨道是由 n, l, m 三个量子数决定的. 与 l = 2 对应的轨道是 d 轨道. 因
11、为 n = 4, 该轨道的名称应该是 4d. 磁量子数 m = 0 在轨道名称中得不到反映, 但根据我们迄今学过的知识, m = 0 表示该 4d 轨道是不同伸展方向的 5 条 4d 轨道之一.,Representations of the five d orbitals,P123 第6题 说明下列符号的含义. d 2p2 3d3 4f,量子力学中原子轨道：原子核外电子运动状态可描述为 1s, 2s, 2p(3个), 3s, 3p(3个), 3d(5个),3.2.1原子轨道的能级,8.2 多电子原子结构,1-5 原子轨道的能级,根据光谱实验数据确定各原子轨道能级的高低：,能级组：能量相近的能级
12、划为一组，称为能级组。,Pauling近似能级图(要求会背),6,5,4,3,2,1,2.同一电子层（n相同）内，各亚层的能量 顺序为nsnpndnf,能级近似图的规律：,1.每一能级组都是从 s开始，p结束；,4.同一原子在第三层以上出现能级交错现象： 4s3d4p, 5s4d5p, 6s4f5d6p,3.不同电子层内，相同亚层（ l 相同）的 能量顺序为1s2s3s4s,原子核外电子的运动与排布,第二节 核外电子排布规律,1 能量最低原理 (决定电子排布顺序) 电子总是优先进入能量最底的能级, 使整个原子系统能量最低（基态）。(依照Pauling能级图由低到高逐级填入) 需要牢记L. Pa
13、uling 原子轨道近似能级图 1s; 2s 2p ; 3s 3p; 4s 3d 4p; 5s 4d 5p; 6s 4f 5d 6p ; 2 泡利不相容原理 (决定电子排布数量) 在同一个原子中, 不可能有四个量子数完全相同的2个电子, 或者说同一轨道上最多只能容纳2个自旋方向相反电子,3 洪德规则 (Hunds rule) (决定电子在等价轨道上排列方式),在 n 和 l 相同的轨道(同一电子亚层轨道)上分布的电子,将尽可能分占 m 值不同的轨道, 且自旋平行。,Z=7 N：1s2 2s2 2p3,课堂举例1:,课堂举例2: Z=6 C: 1s2 2s2 2p2,4 全充满半充满或全空规则,
14、原子芯,兼并(等价)轨道在全充满、半充满或全空的状态时,原子较稳定。,可简写为,可简写为,2.根据Hunds rule, 下列三种排布中哪一种是氮原子的实际电子组态?,课堂练习题:,1. 原子吸收能量由基态变成激发态时,通常是最外层电子向更高的能级跃迁.试指出下列原子的电子排布中,哪些属于基态?哪些属于激发态?哪些却是错误的? (1)1s22s22p1 (2)1s22s22p62d1 (3)1s22s22p43s1 (4)1s22s42p2,3. 请写出O Cl K Ca Fe 五种元素的电子排布式. 4. P124 第4题,A,B,C,第三节 元素周期律,元素周期律：随原子序数递增, 核外电
15、子呈周期性排布,从而造成元素性质呈周期性递变的规律。 元素周期表：用于表示元素周期律的图表.,学习目标,1 可正确写出给定元素原子的周期号数 价层电子构型属于哪一族及其族号在周期表中的所属分区 2 正确判断同周期和同族元素元素的原子参数的变化规律,价电子: 化学反应时参与成键的电子(外层电子); 价电子层：价电子所在的亚层(外层轨道): 价层电子构型：价层电子排布式(外层电子排布式): 例题: 6C的价电子有 4 个；价电子层为 2s和2p ;价层电子构型： 2s22p2 ；价层电子中未成对电子数为 个 24Cr价电子有 6 个；价电子层为 3d和4s ;价层电子构型： 3d54s1；价层电子
16、中未成对电子数为 个,课堂练习 1）20Ca的价电子有 个;价电子层为 ;价层电子构型 价层电子中未成对电子数为 个 2）7N的价电子有 个;价电子层为 ;价层电子构型 价层电子中未成对电子数为 个 3）29Cu的价电子有 个;价电子层为 ;价层电子构型 价层电子中未成对电子数为 个 4 ） 13Al的价电子有 个;价电子层为 ;价层电子构型 价层电子中未成对电子数为 个 价电子构型总结:价电子构型共有个类型： ）ns12型: 和及氦 (2列) ）ns2np1-6型: （除氦） (6列) ）(n-1)d1-8ns0-2型： 副族中的过渡元素(3b-8b,共8列) (8列) 4 ） (n-1)d10ns1-2型： 副族中的过渡元素(1b-2b,共2列) (2列) 5）(n-2)f0-14(n-1)d0-2ns2 副族中的 内过渡元素,
