基礎(chǔ)化學(xué) 第八章 原子結(jié)構(gòu)和元素周期律

1、基礎(chǔ)化學(xué) 第八章 原子結(jié)構(gòu)和元素周期律第1頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二 第一節(jié) 氫原子光譜和波爾理論一 、氫原子光譜二 、波爾理論第2頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二原子結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡(jiǎn)史1.德謨克利特 最早提出“原子論”，物質(zhì)是有許多微粒組成，這些微粒，成為“原子”（atom) 他認(rèn)為，萬(wàn)物的本原是原子和虛空。原子是不可再分的物質(zhì)微粒，虛空是原子運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)所。 第3頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二2.約翰道爾頓 提出原子論，其要點(diǎn)：（1）化學(xué)元素由不可分的微粒原子構(gòu)成，它在一切化學(xué)變化中是不可再分的最小單位。（

2、2）同種元素的原子性質(zhì)和質(zhì)量都相同，不同元素原子的性質(zhì)和質(zhì)量各不相同，原子質(zhì)量是元素基本特征之一。（3）不同元素化合時(shí)，原子以簡(jiǎn)單整數(shù)比結(jié)合。第4頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二3.湯姆遜 湯姆孫被后人譽(yù)為”一位最先打開通向基本粒子物理學(xué)大門的偉人”獲1906年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng). 發(fā)現(xiàn)了電子，確認(rèn)電子是原子的組成部分。并進(jìn)一步測(cè)量出了陰極射線中帶負(fù)電的“原子”所攜帶的電荷量和它的質(zhì)量的比值，稱為“荷質(zhì)比” 第5頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二4.盧瑟福 “原子行星模型” 通過(guò)散射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了原子中，除了有帶負(fù)電荷的電子，還有帶正電、質(zhì)量大的

3、原子核。第6頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二 氣態(tài)原子被火花、電弧等方法激發(fā)產(chǎn)生光，棱鏡分光色散后，得到幾條不連續(xù)的線狀光譜，稱為原子光譜。記錄氫原子光譜原理示意圖23 kV光闌三棱鏡氫放電管氫原子光譜第7頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二氫原子光譜的特征：不連續(xù)光譜（線狀光譜）其頻率具有一定的規(guī)律第8頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第9頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二丹麥物理學(xué)家（1885-1962）1913年玻爾提出了原子結(jié)構(gòu)的玻爾模型。榮獲1922年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 第10頁(yè)，共1

4、12頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第11頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第12頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第13頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二二、玻爾理論（一）玻爾原子結(jié)構(gòu)模型的基本要點(diǎn)： 電子在某些特定軌道上繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)； 電子在不同軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，其能量不同； 只有當(dāng)電子在能量不同的軌道之間躍遷時(shí)，原子才會(huì)吸收或釋放能量。r1r2r3hv第14頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二定態(tài)氫原子核外電子只能在某些符合量子化條件的圓形軌道上運(yùn)動(dòng)。一般情況，核外電子

5、處于能量最低的狀態(tài)。在該狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)的電子，既不吸收能量，也不放出能量，電子的能量保持不變。這時(shí)原子處于穩(wěn)定狀態(tài)，稱為定態(tài)。量子化條件電子的角動(dòng)量普朗克常量主量子數(shù)n=1，2，3 微觀粒子這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的某些物理量只能取某些不連續(xù)的分立數(shù)值，稱為量子化第15頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二能級(jí) 根據(jù)量子化條件，推導(dǎo)出氫原子軌道半徑為：氫原子軌道能量為： 當(dāng) n 由小變大，氫原子軌道能量由低到高發(fā)生變化。電子離核越遠(yuǎn)，能量越高；離核越近，能量越低。原子軌道的這些不同的能量狀態(tài)稱為能級(jí)，其中能量最低的狀態(tài)稱為基態(tài)（n1），其余能量高于基態(tài)的狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。 規(guī)定電子離核無(wú)窮

6、遠(yuǎn)處的能量為零，所以電子的能量均為負(fù)值。第16頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二躍遷一般情況，原子核外電子處于基態(tài)。當(dāng)原子受到輻射、加熱或通電激發(fā)時(shí)，電子獲得能量躍遷到激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的電子不穩(wěn)定，只有10-810-9s的壽命，自發(fā)躍遷回能量較低的軌道（注意：不一定是基態(tài)），同時(shí)將能量以光的形式釋放出來(lái)。顯然，釋放出的光的頻率決定于躍遷前后兩種原子軌道的能量差。由于原子軌道的能量是不連續(xù)的，所以釋放的光的頻率也是不連續(xù)的，因而我們只能觀察到線狀的原子光譜。普朗克常量6.62610-34Js第17頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二氫 原 子

7、光 譜 與 能 級(jí) 關(guān) 系 第18頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二玻爾理論的成功：解釋了原子可以穩(wěn)定存在的問(wèn)題解釋了氫原子光譜的產(chǎn)生原因和不連續(xù)性第19頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二玻爾理論無(wú)法解釋：多電子原子的原子光譜氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)玻爾理論失敗的根本原因：用描述宏觀物體的經(jīng)典力學(xué)理論來(lái)描述微觀粒子。第20頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第二節(jié) 微觀粒子的特性德布羅意(1892-1987)法國(guó)著名理論物理學(xué)家1929年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)A(yù)言： 若光有波粒二象性，則所有微觀粒子在某些情況下也能呈現(xiàn)波動(dòng)性第2

8、1頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第22頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第23頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二 電子波是電子無(wú)數(shù)次行為的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，是一種統(tǒng)計(jì)波，幾率波。第24頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第25頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第26頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第27頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二微觀粒子的波粒二象性1927年，戴維遜和革末用電子束代替X射線做晶體衍射實(shí)驗(yàn)，得到了

9、與 X 射線衍射圖象相似的衍射環(huán)紋圖，確認(rèn)了電子具有波動(dòng)性。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，分子、原子、中子、 粒子等微觀粒子都具有波粒二象性。（a）X射線的衍射圖（b）電子衍射圖第28頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二二、不確定原理在經(jīng)典力學(xué)中，任何時(shí)刻宏觀物體的運(yùn)動(dòng)都同時(shí)具有確定的位置和速率（或動(dòng)量）。而對(duì)具有波粒二象性的電子等微觀粒子，海森堡不確定原理指出：我們無(wú)法同時(shí)準(zhǔn)確的確定電子的位置和動(dòng)量，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：不確定原理表明，電子等微觀粒子與宏觀物體有完全不同的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：電子的位置確定得越準(zhǔn)確（x 越小），則電子的動(dòng)量就確定得越不準(zhǔn)確（px 越大 ）。反之亦然。第29頁(yè)，共

10、112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二二、不確定原理微觀粒子體積、質(zhì)量極為微小，運(yùn)動(dòng)速率極其快速，和觀察所用的工具光子在同一數(shù)量級(jí)別，所以觀察者和觀察儀器對(duì)其影響不能忽略。電子的位置至少要確定到原子大小的范圍（x10-10m）才有意義，則可算出其運(yùn)動(dòng)速率的不確定值：電子運(yùn)動(dòng)速率的不確定值 vx 甚至超過(guò)電子本身的運(yùn)動(dòng)速率 vx 。第30頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二二、不確定原理顯然，不確定原理是微觀粒子運(yùn)動(dòng)本性的真實(shí)反映，是所有描述電子運(yùn)動(dòng)的物理學(xué)理論的基礎(chǔ)。所以，具有明確運(yùn)動(dòng)速率的電子，其空間位置必然具有不確定性，是不可能沿著玻爾假設(shè)的原子核外

11、的圓形軌道作定速運(yùn)動(dòng)。量子物理學(xué)中，引入了幾率函數(shù)描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，它指明了電子在空間某些特定區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的概率。所以描述電子的波是幾率波，是統(tǒng)計(jì)平均的結(jié)果。第31頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第32頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第三節(jié) 氫原子結(jié)構(gòu)一 氫原子的薛定諤方程及其解二、四個(gè)量子數(shù)三、概率密度與電子云四、波函數(shù)和概率密度的圖形第33頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第34頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第35頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第36

12、頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第37頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第38頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二氫原子的某些波函數(shù)、徑向波函數(shù)和角度波函數(shù) 軌道 （r, , ） R(r) Y( ， ) 1s 2s 2px 2py 2pz第39頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二四個(gè)量子數(shù)主量子數(shù) n角量子數(shù) l磁量子數(shù) m自旋角動(dòng)量量子數(shù)si第40頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第41頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第42頁(yè)，共112頁(yè)

13、，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第43頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第44頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第45頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第46頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第47頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第48頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第49頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第50頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第51頁(yè)，共112頁(yè)，20

14、22年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第52頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第53頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第54頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第55頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第56頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第57頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第58頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二自旋量子數(shù)ms 自旋量子數(shù) ms用于描述電子的自旋運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，取值為 +1/2 和 -1/2，常用箭

15、號(hào) 和 表示電子的兩種自旋方向。自旋平行時(shí)兩個(gè)電子自旋方向相同( 和 )，自旋反平行時(shí)兩個(gè)電子自旋方向相反( ) 。 自旋量子數(shù) ms并非在求解薛定諤方程時(shí)引入。第59頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二電子層、亞層、原子軌道與量子數(shù)的關(guān)系n電子層l電子 亞層 m軌道數(shù)1K01s 0 12L 12s2p 0 1,0,+13M0123s3p3d 0 4 N01234s4p4d4f 0 14313 95131657 主量子數(shù)為 n 的電子層中包含 n2 個(gè)原子軌道，可容納 2n2 個(gè)電子第60頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第61頁(yè)，共112頁(yè)，

16、2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二三、概率密度與電子云波函數(shù)(r, ) 的平方2 有著明確的直觀的物理意義：2 代表在核外空間某一點(diǎn)電子出現(xiàn)的概率密度。概率密度是指電子在核外空間某處附近單位微體積內(nèi)出現(xiàn)的概率。以小黑點(diǎn)的疏密表示核外空間各點(diǎn)概率密度分布的圖形稱為電子云，是電子運(yùn)動(dòng)行為統(tǒng)計(jì)結(jié)果的一種形象化描述。小黑點(diǎn)較密集，表示該處電子出現(xiàn)的概率密度(2 )大；反之亦然。第62頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二電子云表示電子在空間某處出現(xiàn)的概率密度的大小第63頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二 電子云圖 等概率密度圖 電子云界面圖第6

17、4頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二四、波函數(shù)與概率密度的圖形 波函數(shù)(r, )是一個(gè)描述核外電子空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的三變量函數(shù)，將抽象的數(shù)學(xué)函數(shù)式用直觀的圖形表現(xiàn)出來(lái)，有助于了解原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，了解原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。 (一) 徑向分布圖(二)波函數(shù)的角度分布圖(三)電子云的角度分布圖第65頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二四、波函數(shù)與概率密度的圖形 波函數(shù)(r, )是一個(gè)描述核外電子空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的三變量函數(shù)，將抽象的數(shù)學(xué)函數(shù)式用直觀的圖形表現(xiàn)出來(lái)，有助于了解原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，了解原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。 第66頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，

18、5月20日，22點(diǎn)40分，星期二電子云的徑向分布圖 電子云的徑向分布圖反映電子在核外空間出現(xiàn)的概率密度隨r的變化。 R(r)為(r,)的徑向部分，R2(r)則為電子云的徑向部分?？紤]一個(gè)離核距離為r，厚度為dr的薄球殼，球面面積s為4r2，球殼的體積為4r2dr，電子在球殼內(nèi)出現(xiàn)的概率 dp= |2d =|24r2dr = R2(r)4r2dr 令D(r)=R2(r)4r2，D(r)稱徑向分布函數(shù)。 以D(r)對(duì)r作圖即可得電子云徑向分布圖。 1s電子云的徑向分布圖在r = 52.9pm處有 一極大值，說(shuō)明電子在該球面處出現(xiàn)的 概率最大。 52.9pm也是Bohr理論中基態(tài) 氫原子半徑，但兩者

19、有本質(zhì)上的區(qū)別。 52.9/pm第67頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二氫原子電子云的徑向分布圖形有 nl 個(gè)極大值峰，當(dāng) n 相同時(shí)，l 越小，極大值峰就越多；而它的第一個(gè)峰鉆得越深，離核越近。當(dāng) l 相同時(shí)，n 越大，曲線的最高峰距核越遠(yuǎn)。第68頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二四、波函數(shù)與概率密度的圖形 波函數(shù)(r, )是一個(gè)描述核外電子空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的三變量函數(shù)，將抽象的數(shù)學(xué)函數(shù)式用直觀的圖形表現(xiàn)出來(lái)，有助于了解原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，了解原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。 (一)徑向分布圖(二)波函數(shù)的角度分布圖(三)電子云的角度分布圖第69頁(yè)，共1

20、12頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第70頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第71頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二Pz:第72頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第73頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第74頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第75頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第76頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二四、波函數(shù)與概率密度的圖形 波函數(shù)(r, )是一個(gè)描述核外電子空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的三變

21、量函數(shù)，將抽象的數(shù)學(xué)函數(shù)式用直觀的圖形表現(xiàn)出來(lái)，有助于了解原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，了解原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。 (一)徑向分布圖(二)波函數(shù)的角度分布圖(三)電子云的角度分布圖第77頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二氫原子電子云的角分布圖以氫原子概率密度的角函數(shù) Y 2 (, ) 對(duì)角 , 作圖，所得圖形稱為氫原子電子云的角分布圖。第78頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二氫原子的 s，p，d 軌道的角度分布圖形第79頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二 氫原子電子云的角分布圖第80頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22

22、點(diǎn)40分，星期二 波函數(shù)的角分布圖與電子云的角分布圖比較相似，但有以下兩點(diǎn)區(qū)別： （1）除 s 軌道外，波函數(shù)的角分布圖有正、負(fù)號(hào)之分，而電子云的角分布圖都是正值。 （2）電子云的角分布圖比波函數(shù)的角分布圖要“瘦”一些。第81頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第三節(jié) 多電子原子結(jié)構(gòu)一、屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)二、Pauling 近似能級(jí)圖三、基態(tài)原子核外電子排布 第82頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二多電子原子結(jié)構(gòu)除氫原子和類氫離子外，其他元素原子的核外電子數(shù)都大于 1，稱為多電子原子。多電子原子中，電子的能量除了原子核對(duì)它的作用（包括核電荷數(shù)和

23、離核距離）外，還必須考慮電子相互之間的排斥作用。而這些電子間的相互排斥可歸結(jié)為屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)。一、屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)二、鮑林近似能級(jí)圖三、基態(tài)原子核外電子排布第83頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二一、屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)(一) 屏蔽效應(yīng)多電子原子中，電子在受到原子核吸引的同時(shí)，還受到其他電子的排斥。二者作用相反，因而其他電子的存在，減小了原子核對(duì)電子的吸引。我們可將其他所有電子對(duì)某個(gè)指定電子的排斥作用歸結(jié)為對(duì)核電荷的抵消作用，此稱為屏蔽效應(yīng)。顯然，其他電子抵消的核電荷越多，剩余的核電荷就越小，屏蔽效應(yīng)越明顯。為其他電子抵消后剩余的核電荷，稱為有效核電荷。表示其他電

24、子對(duì)指定電子的抵消作用，既與指定電子的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，又與其他電子的運(yùn)動(dòng)有關(guān)?？捎晒庾V實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求得。第84頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二一、屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)(二) 鉆穿效應(yīng)多電子原子中，每個(gè)電子既被其他電子所屏蔽，同時(shí)也對(duì)其他的電子起屏蔽作用。顯然，電子離核越近，受到的原子核對(duì)其吸引越大，而受其他電子的屏蔽越小。反過(guò)來(lái)，它卻可以對(duì)其他電子起屏蔽作用，使那些電子的能量升高。顯然，電子的能量和電子在原子核外的概率分布有密切關(guān)系。這種由于電子在核附近處出現(xiàn)的概率不同，因而其能量不同的現(xiàn)象稱為鉆穿效應(yīng)。第85頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二一、屏蔽

25、效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)(二) 鉆穿效應(yīng) 從電子云的徑向分布圖知道，鉆穿效應(yīng)將導(dǎo)致兩個(gè)結(jié)果：1. 在同一電子層( n 相同)，l 越小，電子在原子核附近出現(xiàn)的概率越大，其能量也越低。 E(ns) E(np) E(nd) 第86頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二一、屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)(二) 鉆穿效應(yīng) 從電子云的徑向分布圖知道，鉆穿效應(yīng)將導(dǎo)致兩個(gè)結(jié)果：2. 當(dāng) n 和 l 都不相同時(shí)，某些原子軌道可能發(fā)生能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象。 E(4s) E(3d)第87頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二二、鮑林近似能級(jí)圖 剛才我們通過(guò)一系列分析得到以下結(jié)論：美國(guó)鮑林則根據(jù)光譜實(shí)

26、驗(yàn)的結(jié)果，總結(jié)出和上述一致的多電子原子的原子軌道的近似能級(jí)高低順序。E(3d) E(4d) E(5d) E(ns) E(np) E(nd) E(4s) E(3d)第88頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二二、鮑林近似能級(jí)圖電子按原子軌道的能量高低順序填充第89頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二 徐光憲的能級(jí)分組規(guī)則 能 級(jí)1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p1.02.02.73.03.74.04.44.75.05.45.76.06.16.46.7能級(jí)組 1 2 3 4 5 6 我國(guó)化學(xué)家徐光憲先生提出了多電子原子的原子軌

27、道能級(jí)分別的定量依據(jù)，將（n0.7 l ）整數(shù)相同的軌道劃分為一個(gè)能級(jí)組。 根據(jù)徐光憲能級(jí)分組規(guī)則得到的能級(jí)組劃分次序，與 Pauling 近似能級(jí)圖是一致的。第90頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二三、基態(tài)原子核外電子排布 基態(tài)原子其核外電子排布遵守以下規(guī)則：1. 泡利不相容原理：在一個(gè)原子中，不能有兩個(gè)或兩個(gè)以上的電子處在完全相同的量子態(tài)，即它們的四個(gè)量子數(shù)不可能完全相同。所以，一個(gè)原子軌道(由 n, l, m 決定)最多只能容納兩個(gè)電子，其自旋方向相反(即 Si 不同) ；2. 能量最低原理：在不違背泡利不相容原理的前提下，核外電子總是優(yōu)先排布在能量較低的軌道上

28、；3. 洪德規(guī)則：電子在簡(jiǎn)并軌道( n, l 相同)上排布時(shí)，總是以自旋方向相同的方式分占盡可能多的原子軌道。作為特例，簡(jiǎn)并軌道在全充滿、半充滿和全空時(shí)比較穩(wěn)定。p6, d10, f14p3, d5, f7p0, d0, f0第91頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二泡利不相容原理n123l001012m00-1010-101-2-1012符 號(hào)1s2s2px2py2pz3s3px3py3pz3dxy3dxz3dyz3dx2-y23dz2軌道數(shù)113135149N28182l1第92頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二例題：寫出下列的電子排布式原

29、子序數(shù)24的Cr： 1s22s22p63s23p63d54s1或Ar 3d54s1原子序數(shù)29的Cu： 1s22s22p63s23p63d104s1或Ar 3d104s1第93頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二 第五節(jié) 元素周期表(periodic table of elements)一、周期的劃分二、族的劃分三、元素的分區(qū)第94頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二元素周期表d 區(qū)：(n-1)d1-9ns1-2f 區(qū)：(n-2)f1-14 (n-1)d0-2ns2第一過(guò)渡系第二過(guò)渡系第三過(guò)渡系按電子層結(jié)構(gòu)劃分按周期劃分釔和鑭系又稱為希土元素錒系

30、全部是放射性元素第95頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二元素周期表第96頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二1.周期與能級(jí)組的關(guān)系 周期能級(jí)組能級(jí)組內(nèi)原子軌道元 素?cái)?shù) 目電子最大容量11s2222s 2p8833s 3p8844s 3d 4p181855s 4d 5p181866s 4f 5d 6p32327 7s 5f 6d 7p 5g23(未完)未滿 能量相近的原子軌道電子層結(jié)構(gòu)與元素周期律第97頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二2.原子的電子層結(jié)構(gòu)與族的關(guān)系 主族：族數(shù)和最高氧化值等于原子最外電子層的電子數(shù)； 副

31、族：最高氧化值等于族數(shù)。B B 族元素的族數(shù)等于元素原子的最外層的 s 電子與次外層的 d 電子數(shù)之和。第98頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二3.原子的外層電子構(gòu)型與元素的分區(qū) 對(duì)元素的性質(zhì)有比較明顯影響的電子；ns1-2ns2np1-6(n-1)d1-9ns1-2(n-1)d10ns1-2(n-2)f1-14(n-1)d0-2ns1-2第99頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二第六節(jié) 元素性質(zhì)的周期性一、原子半經(jīng)二、元素的電離能三、元素的電子親和能四、元素的電負(fù)性第100頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二原子半徑原

32、子半徑是指分子或晶體中相鄰?fù)N原子的核間距的一半。原子半徑分為共價(jià)半徑、金屬半徑和范德華半徑。同種元素的原子以共價(jià)單鍵結(jié)合成分子或晶體時(shí)，相鄰兩個(gè)原子核間距的一半稱為共價(jià)半徑。在金屬單質(zhì)晶體中，相鄰兩個(gè)原子核間距的一半稱為金屬半徑。在稀有氣體的單原子分子晶體中，相鄰兩個(gè)原子核間距的一半稱為范德華半徑。第101頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二共價(jià)半徑 同種元素的共價(jià)分子中原子核間距的一半。 共價(jià)半徑第102頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二范德瓦半徑范德華半徑 當(dāng)兩個(gè)原子只靠范德華力(分子間作用力) 互相吸引時(shí)，它們核間距的一半稱為范德華半徑。 金屬半徑金屬半徑 金屬晶體中相鄰原子核間距的一半。第103頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二原子半徑第104頁(yè)，共112頁(yè)，2022年，5月20日，22點(diǎn)40分，星期二原子半徑的周期性變化 原子半徑的大小主要取決于原子的有效核電荷和核外電子層結(jié)構(gòu)。同一周期：從左右， Z*， 對(duì)核外電子的吸引力 ，r；同一主族：從上下，電子層，原子半徑明顯；同一副族： 元素的原子半徑從上到下遞變不是很明顯；第一過(guò)渡系到第二過(guò)渡系