第八章原子结构

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1、第八章第八章 原子结构原子结构 主要内容主要内容电子的波粒二象性电子的波粒二象性电子运动状态的描述（电子运动状态的描述（四个量子数四个量子数）波函数与波函数与原子轨道、原子轨道、电子云电子云多电子原子结构与多电子原子结构与核外电子排布核外电子排布元素周期律元素周期律7/23/20242原子结构原子结构 8.1 原子结构的原子结构的Bohr理论理论一、氢原子光谱一、氢原子光谱（spectrum)氢原子光谱在可见光区有四条比较明显的谱线氢原子光谱在可见光区有四条比较明显的谱线： H、H 、H 、H7/23/20243原子结构原子结构氢原子光谱的特征氢原子光谱的特征（1）不连续线状光谱，从红外到紫外

2、光区呈现）不连续线状光谱，从红外到紫外光区呈现多条具有特征波长的谱线多条具有特征波长的谱线（2）每一条谱线有固定的波长）每一条谱线有固定的波长（3）各谱线距离不相等，从长波到短波，各谱线距离不相等，从长波到短波， H至至H 等谱线间的距离越来越小等谱线间的距离越来越小7/23/20244原子结构原子结构巴尔麦公式当当n分别为分别为3，4，5，6时，就得出时，就得出H、H 、H 、H四条谱线的波长。四条谱线的波长。7/23/20245原子结构原子结构7/23/20246原子结构原子结构里德堡里德堡公式：（瑞典物理学家）公式：（瑞典物理学家）R：里德堡常数里德堡常数 3.2891015赫兹赫兹 n

3、1,n2为正整数为正整数,n2 n1RH是常量，是常量，2.17910-18JR=1.097373107m-17/23/20247原子结构原子结构由于绕核运动的电子是不断发射能量，电子的能量会由于绕核运动的电子是不断发射能量，电子的能量会逐渐减小，电子运动的轨道也将逐渐减小，电子将沿逐渐减小，电子运动的轨道也将逐渐减小，电子将沿一条螺旋形轨道靠近原子核，最后坠落在原子核上，一条螺旋形轨道靠近原子核，最后坠落在原子核上，引起原子的毁灭，即原子不稳定引起原子的毁灭，即原子不稳定由于核外运动的电子是连续地放出能量，因此，发射由于核外运动的电子是连续地放出能量，因此，发射出电磁波的频率也应该是连续的，

4、即氢原子光谱似乎出电磁波的频率也应该是连续的，即氢原子光谱似乎应该是连续光谱应该是连续光谱用卢瑟福的有核原子模型和经典电磁理论解用卢瑟福的有核原子模型和经典电磁理论解释氢原子光谱现象，会导致两种结果释氢原子光谱现象，会导致两种结果7/23/20248原子结构原子结构二、二、 Bohr原子结构理论原子结构理论 普朗克量子论（普朗克量子论（普朗克量子论（普朗克量子论（19001900年）年）年）年）：物质吸收或发射能：物质吸收或发射能：物质吸收或发射能：物质吸收或发射能量是不连续的、量子化的。只能以单个的，一量是不连续的、量子化的。只能以单个的，一量是不连续的、量子化的。只能以单个的，一量是不连续

5、的、量子化的。只能以单个的，一定分量的能量的方式吸收或发射能量。定分量的能量的方式吸收或发射能量。定分量的能量的方式吸收或发射能量。定分量的能量的方式吸收或发射能量。爱因斯坦的光子学说（爱因斯坦的光子学说（爱因斯坦的光子学说（爱因斯坦的光子学说（19051905年）年）年）年）能量子就是指能量子就是指能量子就是指能量子就是指该辐射特征的能量的最小单位。由于能量是以该辐射特征的能量的最小单位。由于能量是以该辐射特征的能量的最小单位。由于能量是以该辐射特征的能量的最小单位。由于能量是以光的形式传播出来的，所以又叫光量子（光子）光的形式传播出来的，所以又叫光量子（光子）光的形式传播出来的，所以又叫光

6、量子（光子）光的形式传播出来的，所以又叫光量子（光子）光子的能量大小与光的频率成正比：光子的能量大小与光的频率成正比：光子的能量大小与光的频率成正比：光子的能量大小与光的频率成正比： E= hE= h h: h:普朗克常数普朗克常数普朗克常数普朗克常数= 6.62610= 6.62610-34-34J.SJ.S7/23/20249原子结构原子结构Bohr理论理论7/23/202410原子结构原子结构玻尔理论玻尔理论（1）定态假设定态假设： 原子的核外电子在轨道上运行时，原子的核外电子在轨道上运行时，只能够稳定地存在于具有分立的、固定能量的只能够稳定地存在于具有分立的、固定能量的状态中，这些状态

7、称为状态中，这些状态称为定态（定态（能级），即处于能级），即处于定态的原子的能量是量子化的。此时，原子并定态的原子的能量是量子化的。此时，原子并不辐射能量，是稳定的。不辐射能量，是稳定的。 (定态：定态：stationary state)7/23/202411原子结构原子结构（2）跃迁规则：原子的能量变化（包括发射或吸收电）跃迁规则：原子的能量变化（包括发射或吸收电磁辐射）只能在两定态之间以跃迁的方式进行。磁辐射）只能在两定态之间以跃迁的方式进行。在正常情况下，原子中的电子尽可能处在离核最近的轨在正常情况下，原子中的电子尽可能处在离核最近的轨道上。道上。这时原子的能量最低，即原子处于基态。这时

8、原子的能量最低，即原子处于基态。 (基态：基态：ground state)；当原子从外界当原子从外界 获得能量时，获得能量时， 电子可以跃迁到离核较远电子可以跃迁到离核较远的轨道上去，即电子被激发到较高能量级上，的轨道上去，即电子被激发到较高能量级上，此此时原子和电子处于激发态时原子和电子处于激发态(excited state)。玻尔理论玻尔理论7/23/202412原子结构原子结构处于激发态的电子不稳定，可能跃迁到离核较处于激发态的电子不稳定，可能跃迁到离核较近的轨道上，同时释放出光子。近的轨道上，同时释放出光子。光子的频率决定于两个能级间能量之差。光子的频率决定于两个能级间能量之差。 E=

9、h= E2-E1 玻尔理论玻尔理论7/23/202413原子结构原子结构玻尔玻尔理论解决的问题理论解决的问题说明了激发态的原子发光的原因说明了激发态的原子发光的原因说明了原子辐射的不连续性，从而阐明了说明了原子辐射的不连续性，从而阐明了氢原子光谱波长或频率的不连续性氢原子光谱波长或频率的不连续性说明了氢原子光谱频率的规律性说明了氢原子光谱频率的规律性提出了量子数提出了量子数n n的概念。的概念。7/23/202414原子结构原子结构玻尔理论的局限性玻尔理论的局限性（1 1）对多电子原子光谱不能解释）对多电子原子光谱不能解释（2 2）对氢原子的精细光谱不能说明）对氢原子的精细光谱不能说明7/23

10、/202415原子结构原子结构8.28.2 微观粒子运动的基本特征微观粒子运动的基本特征一、微观粒子的波粒二象性一、微观粒子的波粒二象性（particle-wave duality) 光的干涉、衍射实验光的干涉、衍射实验光具有光具有波动性波动性 =c/ 光电效应光电效应光具有光具有粒子性粒子性 动量动量 p= mc 能量能量 E=h 按照相对论的质能联系定律按照相对论的质能联系定律 E= mc2 光子的频率光子的频率、波长波长、能量能量E、动量动量p之间有如下之间有如下关系：关系：7/23/202416原子结构原子结构电子衍射实验证明了电子的波动性。波粒二象性电子衍射实验证明了电子的波动性。波

11、粒二象性是微观粒子的基本属性之一。是微观粒子的基本属性之一。（美物理学家戴维森和革末，英物理学家汤姆森）（美物理学家戴维森和革末，英物理学家汤姆森）电子衍射实验电子衍射实验7/23/202417原子结构原子结构电子的波粒二象性电子的波粒二象性电子的波长电子的波长：m:电子的质量电子的质量9.1110-31kg v:电子的运动速度电子的运动速度106m.s-1 h:普朗克常数普朗克常数6.62610-34J.s 电子的波粒二象性：波动性，粒子性电子的波粒二象性：波动性，粒子性波粒二象性是微观粒子运动的特征波粒二象性是微观粒子运动的特征描述微观粒子的运动规律要用量子力学描述微观粒子的运动规律要用量

12、子力学7/23/202418原子结构原子结构二、二、 测不准原理与微观粒测不准原理与微观粒子运动的统计规律子运动的统计规律19271927年，德物理学家海森堡年，德物理学家海森堡对于具有波粒二象性的微观粒子，不可能同对于具有波粒二象性的微观粒子，不可能同时准确测定它们在某一时刻的位置和速度。时准确测定它们在某一时刻的位置和速度。 x x p px xh/4h/4核外电子无固定轨道，只能应用概率。核外电子无固定轨道，只能应用概率。微观粒子的运动服从量子力学规律。微观粒子的运动服从量子力学规律。7/23/202419原子结构原子结构8.3 氢原子结构的量子力学描述氢原子结构的量子力学描述一、一、

13、Schrdinger 方程与波函数方程与波函数 (x,y,z)波函数，描述原子核外电子运动波函数，描述原子核外电子运动状态的一种数学表达式状态的一种数学表达式E: 体系的总能量体系的总能量 V: 势能势能m: 电子质量电子质量 h: 普朗克常数普朗克常数就氢原子系统：就氢原子系统：7/23/202420原子结构原子结构薛定谔（薛定谔（ErwinErwinSchrodingerSchrodinger，1887188719611961）奥地利理论物理学家，波动力学的创始人。奥地利理论物理学家，波动力学的创始人。18871887年年8 8月月1212日生于维也纳。日生于维也纳。 从从19211921

14、年起，在瑞士苏黎士大学任数学物理学教年起，在瑞士苏黎士大学任数学物理学教授，创立了波动力学，提出了薛定愕方程授，创立了波动力学，提出了薛定愕方程19271927年，接替年，接替M.M.普朗克到柏林大学担任理论物普朗克到柏林大学担任理论物理学教授，成为普鲁士科学院院士理学教授，成为普鲁士科学院院士19331933年，薛定愕对于纳粹政权迫害杰出科学家的年，薛定愕对于纳粹政权迫害杰出科学家的倒行逆施深为愤慨，弃职移居英国牛津，在马格倒行逆施深为愤慨，弃职移居英国牛津，在马格达伦学院任访问教授。同年与达伦学院任访问教授。同年与P PA AM M狄拉克共狄拉克共同获得诺贝尔物理学奖同获得诺贝尔物理学奖

15、。7/23/202421原子结构原子结构Schrdinger 方程的意义方程的意义对于一个质量为对于一个质量为m m，在势能在势能V V的势能场中运动的微的势能场中运动的微粒（如电子）来说，有一个与粒子运动的稳定粒（如电子）来说，有一个与粒子运动的稳定状态相联系的波函数状态相联系的波函数 ，这个波函数服从，这个波函数服从Schrdinger Schrdinger 方程方程该方程的每一个特定解该方程的每一个特定解 n,l,mn,l,m(x,y,z(x,y,z) )表示原子中表示原子中电子运动的某一稳定状态，与这个解相应的常电子运动的某一稳定状态，与这个解相应的常数数E E就是电子在这个稳定状态的

16、能量。就是电子在这个稳定状态的能量。7/23/202422原子结构原子结构 波函数波函数 (x,y,z)是是量子力学中描述核外电子在空量子力学中描述核外电子在空间运动状态的数学函数式，即一定的波函数表示间运动状态的数学函数式，即一定的波函数表示一种电子的运动状态。一种电子的运动状态。 (x,y,z)是在是在三维空间里能找到该运动电子的一个三维空间里能找到该运动电子的一个区域，把这个区域叫区域，把这个区域叫原子轨道（原子轨道（AO) 7/23/202423原子结构原子结构1.1.坐标变换坐标变换将将波函数波函数 ( (x,y,zx,y,z) )的的直角坐标变换为球坐标直角坐标变换为球坐标（r,r

17、,），），波函数就成为球坐标波函数就成为球坐标r,r,的的函数函数xyzP(r,)rPx = r sin cosy= r sin sin 图：球坐标7/23/202424原子结构原子结构将将波函数波函数 （ r,）写成两部分的乘积写成两部分的乘积 （ r,）= R(r) Y(,)径向部分径向部分角度部分角度部分R(r)：与：与r有关的径向分布部分，称径向分布函有关的径向分布部分，称径向分布函数，数， 由量子数由量子数 n,l 决定决定Y(,) ：与：与,有关的角度分布部分，称角度波有关的角度分布部分，称角度波函数，函数， 由量子数由量子数 l,m 决定决定7/23/202425原子结构原子结构

18、2. 四个量子数四个量子数（）（）主量子数主量子数(n)取值：取值：n= 1,2,3n正整数正整数n决定电子层数决定电子层数电子层电子层:电子在核外空间出现几率最大的一个区域。电子在核外空间出现几率最大的一个区域。 决定原子轨道的能量决定原子轨道的能量n越大，电子离核越远，电子的能量越高。越大，电子离核越远，电子的能量越高。 n = 1 2 3 4 5 6 7符号：符号：K L M N O P Q7/23/202426原子结构原子结构(2) (2) 角量子数（角量子数（l l）：）：决定原子轨道的形状（亚层）决定原子轨道的形状（亚层） 取值：取值：0, 1 , 2 , 3n-1 l= 0 1

19、2 3 4.光谱符号：光谱符号： s p d f g7/23/202427原子结构原子结构电子层及分层电子层及分层用主量子数用主量子数n n表示电子层时，则角量子数表示电子层时，则角量子数 l l 就表示同一电子层中具有不同状态的分层就表示同一电子层中具有不同状态的分层 n电子层l分层11(K)01s22(L)012s2p33(M)0123s3p3d7/23/202428原子结构原子结构核外电子能量高低核外电子能量高低单电子体系单电子体系: : (1) n (1) n不同不同，l l相同，相同，E E1s1sEE2s2sEE3s3sEE4s4s (2) n (2) n相同，相同，l l不同不同

20、 E Ensns = = E Enpnp= E= Endnd= = E Enfnf多电子体系：多电子体系： n n相同相同, l, l不同不同, , E Ensns E Enpnp E Endnd E Enfnf多电子原子中电子的能量决定于主量子数多电子原子中电子的能量决定于主量子数 n n 和角量子数和角量子数 l l7/23/202429原子结构原子结构(3) 磁量子数磁量子数 (m)磁磁量子数决定角动量在空间给定方向上的分量大量子数决定角动量在空间给定方向上的分量大小，即决定原子轨道（或电子云）在空间的伸展小，即决定原子轨道（或电子云）在空间的伸展方向。方向。取值：取值： 磁磁量子数与能

21、量无关量子数与能量无关7/23/202430原子结构原子结构等价轨道：等价轨道：在空间的伸展方向不同，但能量相同的在空间的伸展方向不同，但能量相同的原子轨道，称为等价轨道（简并轨道）原子轨道，称为等价轨道（简并轨道） 即即 l l 相同，相同，m m 不同的轨道不同的轨道n n能层中轨道总数：能层中轨道总数：等差级数求和：等差级数求和：7/23/202431原子结构原子结构l = 0 (s亚层）亚层） m = 0 一条一条s轨道轨道l = 1 (p 亚层）亚层） m = -1 , 0, +1 Px, Py, Pz 三条三条p轨道轨道l= 2 (d亚层）亚层） m = -2, -1, 0, 1,

22、 2 dxy dyz dxz dx2-y2 dz2 五条五条d轨道轨道l = 3 (f 亚层）亚层） m= -3， -2， -1， 0， 1， 2， 3 七条七条d轨道轨道7/23/202432原子结构原子结构不同不同n,l,mn,l,m取值的波函数模拟图象取值的波函数模拟图象n=1 l=0n=1 l=0n=2 l=1n=2 l=1n=3 l=2n=3 l=27/23/202433原子结构原子结构（4）自旋量子数）自旋量子数 （ ms ）自旋角动量沿外磁场方向的分量自旋角动量沿外磁场方向的分量MsMs为：为：取值：取值： 1925年，荷兰莱顿大学研究生年，荷兰莱顿大学研究生S.Goudsmit

23、和和 G.Uhlenbeck提出提出实验：将一束银原子流通过窄缝，再通过一不均实验：将一束银原子流通过窄缝，再通过一不均匀磁场，结果原子束在磁场中分裂。匀磁场，结果原子束在磁场中分裂。7/23/202434原子结构原子结构原子中每个电子的运动状态可以用原子中每个电子的运动状态可以用 n, l, m, mn, l, m, ms s 四四个量子数来描述。个量子数来描述。主量子数主量子数 n n 决定原子轨道的大小（即电子层）和主决定原子轨道的大小（即电子层）和主要决定电子的能量。要决定电子的能量。角量子数角量子数 l l 决定原子轨道（或电子云）的形状，同决定原子轨道（或电子云）的形状，同时也影响

24、电子的能量时也影响电子的能量磁量子数磁量子数 m m 决定原子轨道（或电子云）在空间的伸决定原子轨道（或电子云）在空间的伸展方向展方向自旋量子数自旋量子数 m ms s 决定电子自旋的方向决定电子自旋的方向7/23/202435原子结构原子结构三、三、 概率密度和电子云概率密度和电子云（1） 几率、几率密度几率、几率密度电子在核外某一区域出现机会的多少称为电子在核外某一区域出现机会的多少称为几率几率核外空间单位体积内电子出现的几率称为核外空间单位体积内电子出现的几率称为几率密度几率密度 几率几率 = 几率密度几率密度 体积体积 = | |2 体积体积 （2）电子云）电子云若用小黑点表示电子在核

25、外出现的位置，这些小黑若用小黑点表示电子在核外出现的位置，这些小黑点象一团带负电的云，人们形象地称为电子云。点象一团带负电的云，人们形象地称为电子云。电子云是核外电子几率密度的一种形象化描述电子云是核外电子几率密度的一种形象化描述7/23/202436原子结构原子结构电子云的图形电子云的图形在等密度面中，选取一个能包含电子出现的总在等密度面中，选取一个能包含电子出现的总几率在几率在90%以上电子云的等密度面作为电子云以上电子云的等密度面作为电子云的界面，此界面的图形称为电子云的界面图的界面，此界面的图形称为电子云的界面图电子云等密度面图电子云等密度面图电子云界面图电子云界面图7/23/2024

26、37原子结构原子结构四、四、 原子轨道和电子云的空间图像原子轨道和电子云的空间图像1.波函数和电子云的径向分布图波函数和电子云的径向分布图2. （1）波函数）波函数 的的R( r ) r 径向分布图径向分布图7/23/202438原子结构原子结构rR(r)3s0rR(r)3p0rR(r)3d( c )0rR(r)(a)1s0rR(r)2s0rR(r)2p(b)7/23/202439原子结构原子结构（2 2） 2 2的径向分布的径向分布核外电子的几率密度分布随离核距离的变化情况核外电子的几率密度分布随离核距离的变化情况可以用几率密度的径向分布来描述可以用几率密度的径向分布来描述0 0r r21s

27、1s的的2-r图图0 0r r22s2a2a0 04a4a0 02s的的2-r图图7/23/202440原子结构原子结构几率的径向分布图几率的径向分布图核外电子的几率分布随核核外电子的几率分布随核距离的变化情况可以用几距离的变化情况可以用几率的径向分布来描述率的径向分布来描述径向分布函数径向分布函数D(r) 考察一个离核距离考察一个离核距离为为r，厚度为厚度为dr的薄层球壳的薄层球壳r+drr以以r为半径的球面积为为半径的球面积为4r2,球壳薄球壳薄层的体积为层的体积为4r2dr，因此，在这个因此，在这个离核距离为离核距离为 r，厚度为厚度为dr的薄球壳的薄球壳体积中发现电子的几率为体积中发现

28、电子的几率为4 r2 | |2drdV = 4 r2 dr 几率几率 = | |2dV7/23/202441原子结构原子结构若令若令 D(r) = 4 r2 | |2 ，则，则D(r)可可 看作是半径看作是半径r的函数，称为的函数，称为径向分布函数径向分布函数D(r) 表示电子在离核半径表示电子在离核半径为为r的球面上单位厚度的球面上单位厚度球壳中出现的几率球壳中出现的几率以以D(r) 为为纵坐标，以半径纵坐标，以半径r为横坐标，得到氢原为横坐标，得到氢原子各种状态的子各种状态的径向分布图径向分布图7/23/202442原子结构原子结构 氢原子电子云的径向分布图氢原子电子云的径向分布图rD(r

29、)1srD(r)2srD(r)2prD(r)3srD(r)3prD(r)3d7/23/202443原子结构原子结构 2. 角度分布图角度分布图(1)(1)原子轨道的角度分布图原子轨道的角度分布图l=0l=0l=1l=1l=2l=2原原子子轨轨道道角角度度部部分分分分布布图图7/23/202444原子结构原子结构（2 2）电子云的角度分布图）电子云的角度分布图7/23/202445原子结构原子结构s,ps,p电子云轮廓图电子云轮廓图7/23/202446原子结构原子结构 8.4 多电子原子结构多电子原子结构一、一、 多电子原子轨道的能级多电子原子轨道的能级在多电子原子中，由于电子之间的相互斥力，

30、只在多电子原子中，由于电子之间的相互斥力，只能近似处理，能级由能近似处理，能级由 n,l 决定，能级高低规律决定，能级高低规律l 相同，相同，n大，大，E大大 如：如：E1s E2s E3s E2p E 3p E4pn 相同相同, l 大，大，E大大 如：如： E3s E 3p E3dn,l 都不相同时，都不相同时，n 3 时发生能级交时发生能级交错错4s 3d 4p ; 5s 4d 5p ; 6s 4f 5d 6p7/23/202447原子结构原子结构1. Pauling 1. Pauling 近似能级图近似能级图能能量量能级组能级组1 （1s)2 (2s,2p)3 (3s,3p)4 (4s

31、,3d,4p)5 (5s,4d,5p)6 (6s,4f,5d,6p)7/23/202448原子结构原子结构电子能级分组表电子能级分组表 （ n+0.7l) 近似规律近似规律原子轨道原子轨道n+0.7 l能级组能级组组内组内状态数状态数1s1.0 22s2p2.02.7 83s3p3.03.7 84s3d4p4.04.44.7 185s4d5p5.05.45.7 187/23/202449原子结构原子结构原子轨道原子轨道n+0.7 l能级组能级组组内组内状态状态数数6s4f5d6p6.06.16.46.7 327s5f6d7.07.17.4 未完未完7/23/202450原子结构原子结构2. 原

32、子轨道能级与原子序数的关系原子轨道能级与原子序数的关系Cotton 原子轨道能级图原子轨道能级图Cotton原子轨道能级图不同于原子轨道能级图不同于Pauling近似能级图近似能级图的特点的特点1）反映出主量子数相同的氢原子轨道的简并性）反映出主量子数相同的氢原子轨道的简并性2）反映出原子轨道的能量随原子序数的增大而降）反映出原子轨道的能量随原子序数的增大而降低低3）反映随着原子序数的增大，原子轨道能级下降）反映随着原子序数的增大，原子轨道能级下降幅度不同，因此能级曲线产生了相交现象。幅度不同，因此能级曲线产生了相交现象。7/23/202451原子结构原子结构cottoncotton原子轨道能

33、级图原子轨道能级图57/23/202452原子结构原子结构二、二、 核外电子排布核外电子排布1. Pauli（保里）不相容原理保里）不相容原理 每个原子轨道最多只能容纳两个电子；而且电子每个原子轨道最多只能容纳两个电子；而且电子自旋自旋 方向必须相反；方向必须相反； 原子中两个电子所处状态的四个量子数原子中两个电子所处状态的四个量子数（n,l,m,ms）不可能完全相同）不可能完全相同7/23/202453原子结构原子结构2. 能量最低原理能量最低原理 在不违背在不违背Pauli不相容原理的条件下，电子尽不相容原理的条件下，电子尽可能地占据能量最低轨道，使整个原子处于可能地占据能量最低轨道，使整

34、个原子处于能量最低状态能量最低状态7/23/202454原子结构原子结构电子填充顺序图电子填充顺序图即：电子填充顺序为：即：电子填充顺序为： 1s, 2s, 2p, 3s,3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p7/23/202455原子结构原子结构3. 洪特（洪特（Hund)规则规则电子在等价轨道上（电子在等价轨道上（n 和和 l 相同的简并轨道）填相同的简并轨道）填充时，尽可能以相同自旋方向分占不同的轨道。充时，尽可能以相同自旋方向分占不同的轨道。例如：例如：氮原子结构：氮原子结构： K 层层 L层层 1s 2s 2pN原子的电子排布原子的电子排

35、布： 1s2 2s2 2p3 或或 He 2s2 2p3 原子实原子实7/23/202456原子结构原子结构洪特规则的特例洪特规则的特例等价轨道全充满、半充满或全空的状态一般比较等价轨道全充满、半充满或全空的状态一般比较稳定稳定全充满：全充满： p6 d10 f14 半充满半充满 p3 d5 f7 全空全空 p0 d0 f0依照核外电子排布三原则及洪特规则的特例，可依照核外电子排布三原则及洪特规则的特例，可以写出核外电子排布式以写出核外电子排布式7/23/202457原子结构原子结构核外电子排布式是按照主量子数大小按顺序书写核外电子排布式是按照主量子数大小按顺序书写核外电子的填充则按排布三原则

36、进行填充核外电子的填充则按排布三原则进行填充 如：如：Zn：填充式：填充式 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 排布式排布式 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 Au：填充式：填充式 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d104p65s24d105p66s14f145d10 排布式：排布式：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d104s2 4p64d104f145s25p65d106s1 7/23/202458原子结构原子结构8.5 元素周期表元素周期表一、一、 元素周期元素周期元素性质呈现周期性的内在原因元素性质呈现周期性的内在

37、原因元素周期律：元素周期律：元素的性质随着核电荷数的递增而元素的性质随着核电荷数的递增而呈现周期性的变化元素周期律是原呈现周期性的变化元素周期律是原子内部结构周期性变化的反映。子内部结构周期性变化的反映。元素性质周期性来源于原子电子层构型的周期性元素性质周期性来源于原子电子层构型的周期性7/23/202459原子结构原子结构原子序数原子序数 = 核电荷数核电荷数 = 核外电子数核外电子数周期数周期数 = 电子层数电子层数 = 能级组数能级组数 = 最外层的最外层的n周期的元素数目周期的元素数目 = 能级组中各轨道所容纳电子的能级组中各轨道所容纳电子的总数总数7/23/202460原子结构原子结

38、构主族元素主族元素 族数族数 = 原子的最外电子层的电子数（原子的最外电子层的电子数（ns+np) 最高氧化数最高氧化数 = 原子最外电子层上的电子数目原子最外电子层上的电子数目副族元素副族元素 III B B 族数族数 = 最外层最外层s电子数电子数 + 次外层次外层 d 电子数电子数 B、 B 族数族数 = 最外层最外层 s 电子数电子数镧系、锕系镧系、锕系 = III B(内过渡元素），内过渡元素）， 族族9个个元素元素 二、元素的族二、元素的族7/23/202461原子结构原子结构7/23/202462原子结构原子结构根据原子的电子构型将元素周期表分成五个区根据原子的电子构型将元素周期

39、表分成五个区 s 区：区：A , A, ns1-2 p 区：区： III A - A ns2np1-6 d 区：区： IIIB-B (n-1)d1-8ns1-2 ds 区：区： B B (n-1)d10ns1-2 f 区：镧系、锕系区：镧系、锕系 (n-2)f 1-14ns1-2三、元素的分区三、元素的分区7/23/202463原子结构原子结构IAIAIIAIIABB VIIBVIIB、VIIIVIIIIBIB BBO OA A VIIA VIIALa 系系Ac 系系s s区区d d区区dsds区区p p区区f f区区元素的分区元素的分区7/23/202464原子结构原子结构什么每周期元素的原

40、子最外层电什么每周期元素的原子最外层电子数最多不超过子数最多不超过8个，次外层电子个，次外层电子数最多不超过数最多不超过18个，而不都是各个，而不都是各个电子层电子最大容纳数？个电子层电子最大容纳数？7/23/202465原子结构原子结构8.6 元素性质的周期性元素性质的周期性一、一、 原子半径原子半径（1）金属半径：将金属晶体看成是由球状的金属原）金属半径：将金属晶体看成是由球状的金属原子堆积而成的，假定相邻两个原子彼此接触，子堆积而成的，假定相邻两个原子彼此接触，核间距的一半核间距的一半（2）共价半径：同种元素的两个原子以共价单键连）共价半径：同种元素的两个原子以共价单键连接，核间距的一半

41、接，核间距的一半（3）范德华半径：两原子间没有形成化学键而只靠）范德华半径：两原子间没有形成化学键而只靠范德华力互相接近时，两原子核间距的一半范德华力互相接近时，两原子核间距的一半7/23/202466原子结构原子结构原子半径的递变规律原子半径的递变规律同一周期同一周期 从左到右从左到右 主族元素：随核电荷数增大，原子半径减小主族元素：随核电荷数增大，原子半径减小 过渡元素：原子半径缓慢递减（因为有效核电荷过渡元素：原子半径缓慢递减（因为有效核电荷 数增加缓慢）数增加缓慢） 镧系收缩：镧系收缩： 镧系元素随着原子序数的增加，原子镧系元素随着原子序数的增加，原子 半径在总趋势上有所缩小的现象。半

42、径在总趋势上有所缩小的现象。同一族同一族 从上到下从上到下 主族元素：主族元素： 原子半径增加原子半径增加 副族元素：副族元素： 原子半径变化缓慢（第五、六周期的元素，原子半径变化缓慢（第五、六周期的元素， 原子半径非常接近）原子半径非常接近）7/23/202467原子结构原子结构7/23/202468原子结构原子结构二、二、 电离能电离能 I第一电离能：使一个基态的气态原子失去一个电子形第一电离能：使一个基态的气态原子失去一个电子形成成+1价气态阳离子时所需要消耗的能量，价气态阳离子时所需要消耗的能量，用用I1表示，单位表示，单位:kJ.mol-1即：即：M(g) e = M+(g) H =

43、 I1元素的原子电离能越小，表示气态时越容易失去电子元素的原子电离能越小，表示气态时越容易失去电子7/23/202469原子结构原子结构1）同一周期）同一周期 从左到右电离能增大从左到右电离能增大2）同一族）同一族 从上到下，原子半径增大，电离能减小从上到下，原子半径增大，电离能减小3）电子层结构也影响电离能的大小）电子层结构也影响电离能的大小 A 、各周期希有气体元素的电离能最大各周期希有气体元素的电离能最大,He是电是电离能最大的元素离能最大的元素 B 、外层全充满、半充满稳定性高，电离能比外层全充满、半充满稳定性高，电离能比相邻元素的高相邻元素的高如：如：Be (2s2), Mg (3s

44、2), Zn (3d104s2), Cd (4d105s2), Hg (5d106s2)，N (2p3), P (3p3), As (4p3)7/23/202470原子结构原子结构7/23/202471原子结构原子结构三、三、 电子亲合能电子亲合能电子亲合能：一个基态的气态原子得到一个电子电子亲合能：一个基态的气态原子得到一个电子形成气态负离子所放出的能量形成气态负离子所放出的能量它可用来衡量原子获得电子的难易程度它可用来衡量原子获得电子的难易程度 亲合势最大的元素是亲合势最大的元素是Cl任何元素的第二亲合能都为正值。任何元素的第二亲合能都为正值。同一周期：从左到右，亲合能变化趋势是减小同一周

45、期：从左到右，亲合能变化趋势是减小同一主族：从上到下，亲合能增大同一主族：从上到下，亲合能增大 7/23/202472原子结构原子结构7/23/202473原子结构原子结构电子亲合能表示图电子亲合能表示图7/23/202474原子结构原子结构四、元素的电负性四、元素的电负性 电负性：元素的原子在分子中吸引电子的能力电负性：元素的原子在分子中吸引电子的能力 Pauling 电负性。电负性。指定指定H的电负性为的电负性为2.1，求出其它元素的相对电负性，求出其它元素的相对电负性，电负性最大的元素电负性最大的元素F，最小的是最小的是Cs同一周期，从左到右，电负性增大。同一周期，从左到右，电负性增大。同一主族，从上到下，电负性减小。同一主族，从上到下，电负性减小。7/23/202475原子结构原子结构电负性表示图7/23/202476原子结构原子结构