藥學(xué)專科自考原子結(jié)構(gòu)

無(wú)機(jī)化學(xué)第七章原子結(jié)構(gòu)第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)第二節(jié)電子結(jié)構(gòu)與元素周期律第七章原子結(jié)構(gòu)2022/10/292長(zhǎng)期以來(lái)，人們?yōu)榱酥牢镔|(zhì)的性質(zhì)的內(nèi)在原因進(jìn)行了不斷地探索，當(dāng)人們逐步揭示物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的奧秘時(shí)，才知道物質(zhì)的性質(zhì)與它內(nèi)部的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。3原子原子核核外電子質(zhì)子（Z）中子(N)(+)(-)(+)原子組成的回顧第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)核內(nèi)質(zhì)子數(shù)＝核電荷數(shù)＝核外電子數(shù)

原子的質(zhì)量數(shù)（A）＝質(zhì)子數(shù)（Z）＋中子數(shù)（N）

（化學(xué)變化前后質(zhì)量守恒）

在物質(zhì)的化學(xué)變化過(guò)程中，原子核并不發(fā)生改變(核反應(yīng)除外)，只是核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了變化。所以研究原子的結(jié)構(gòu)應(yīng)主要研究其核外電子的運(yùn)動(dòng)。如：2H2+O2=2H2O第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)5核外電子的特點(diǎn)(1)質(zhì)量小，

帶負(fù)電荷。(2)運(yùn)動(dòng)范圍?。ㄔ又睆郊s10-10m）。(3)繞核作高速運(yùn)動(dòng)（接近光速），無(wú)確定的軌道。核外電子是怎樣運(yùn)動(dòng)的呢？有何特殊性？第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)2022/10/29例如：氫原子核外一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)

微觀粒子的波動(dòng)性和粒子性，使人們認(rèn)識(shí)到不能用經(jīng)典的牛頓力學(xué)來(lái)描述微粒，只能采用統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)微粒運(yùn)動(dòng)作出幾率的判斷，從而推出核外電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。原子的波動(dòng)力學(xué)模型(1926)電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

電子在這些區(qū)域出現(xiàn)的機(jī)會(huì)大于90%基態(tài)氫原子電子云圖一、電子云的概念以黑點(diǎn)疏密程度來(lái)形象地表示電子在空間幾率密度分布的圖形，稱為電子云圖。第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

要準(zhǔn)確描述電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，需要四個(gè)參數(shù)才能說(shuō)明電子離核的遠(yuǎn)近，能量的高低，運(yùn)動(dòng)的區(qū)域。這四個(gè)參數(shù)常用n、l

、m和ms表示，n,l、m和ms被稱為量子數(shù)。二、核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)主量子數(shù)（n）1234567...正整數(shù)電子層符號(hào)KLMNOPQ電子能量低高離核距離近遠(yuǎn)（一）主量子數(shù)n（電子層）n越大，電子離核平均距離越遠(yuǎn)，能量越高第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)二、核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述（二）角量子數(shù)（l）第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)二、核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述2022/10/2912不同的l，電子云的形狀不同l=0，s軌道l=1，p軌道l=2，d軌道1.l的每個(gè)值可表示一種形狀的原子軌道（或電子云）l

的取值：0，1，2……(n-1)正整數(shù)共n

個(gè)整數(shù)值，且

l<n（二）角量子數(shù)（l）第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)二、核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述132.每個(gè)電子層最多有n個(gè)亞層，l

受n的限制（二）角量子數(shù)（l）n值l取值個(gè)數(shù)l取值符號(hào)n＝1，

10，1sn＝2，

20，1，2s，2pn＝3，

3

0，1，2，3s，3p，3dn＝4，

40，1，2，3，4s，4p，4d，4f第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)二、核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述2022/10/29

3.在多電子原子中，l與n一起共同決定原子軌道的能量（二）角量子數(shù)（l）單電子原子，如氫原子的能量只與n有關(guān)n相同，l不同：E4s=E4p=E4d=E4f

n不同，l相同：E1s<E2s<E3s<E4s多電子原子，n相同，l不同：E4s<E4p<E4d<E4f1606教室所代表的含義是？1603第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)二、核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述2022/10/29磁量子數(shù)意義：描述原子軌道（或電子云）在核外的空間取向。

磁量子數(shù)m的取值：m=0,±1,±2,±3,····±l，m與l有關(guān)，給定l，m共有2l+1個(gè)值，︱m︱≤l（三）磁量子數(shù)（m）l=0，m=0，m有一個(gè)值；l=1，m=－1，0，+1，m共有三個(gè)值；l=2,m=–2，–1，0，+1，+2，m共有五個(gè)值l=3,m=-3，–2，–1，0，+1，+2，+3，m共有七個(gè)值判斷：當(dāng)l=1，m=2是否合理？第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)二、核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述2022/10/29每一個(gè)m

值，對(duì)應(yīng)一個(gè)方向。l=0，m=0，一個(gè)取向，1個(gè)s軌道；l=1，m=0,±1，三個(gè)伸展方向，代表px,py和pz3個(gè)p軌道；l=2,m=0,±1,±2五個(gè)伸展方向，5個(gè)d軌道（三）磁量子數(shù)（m）第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)二、核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述2022/10/29磁量子數(shù)(m)與電子的能量無(wú)關(guān)。（三）磁量子數(shù)（m）

m值不影響能量。n、l相同,m不同的原子軌道稱為簡(jiǎn)并軌道。如：2px,2py,2pz能量相同，為簡(jiǎn)并軌道或等價(jià)軌道。n=2，l=1，m=0，m=+1，m=-12px,2py,2pz能量是否相同?第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)二、核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述2022/10/29

意義：表e-自旋方向，與nlm無(wú)關(guān)表示：±1/2；↑↓表示。兩種方向：順時(shí)針：↑逆時(shí)針：↓同一原子軌道內(nèi)最多只能容納兩個(gè)自旋方向相反的電子同向相斥（四）自旋量子數(shù)（ms）第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性二、核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述2022/10/29主量子數(shù)n(層）角量子數(shù)1（亞層）磁量子數(shù)m（軌道伸展方向）ms符號(hào)軌道數(shù)電子數(shù)電子總數(shù)1001s1222002s1281－1，0，+12p363003s12181

－1，0，+13p362

－2,－1,0,+1,+23d5104004s12321–1，0，+14p362–2，–1，0，+1，+24d5103－3–2–10+1+2+34f714量子數(shù)與原子軌道數(shù)的關(guān)系結(jié)論：⑴一個(gè)軌道中只能容納2個(gè)自旋相反的電子；⑵各電子層的軌道數(shù)=n2⑶各電子層電子的最大容量=2n2第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)2022/10/2921主量子數(shù)n：決定電子所在電子層；角量子數(shù)l：確定原子軌道的形狀；磁量子數(shù)m

：確定原子軌道的空間伸展方向；n和l共同決定電子的能量；n,l,m

確定電子所處的軌道；自旋量子數(shù)ms：

確定了電子的自旋狀態(tài)；n,l,m,ms可全面描述核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。課堂小結(jié)例題310+1/2判斷下列各組量子數(shù)合理嗎？(1)n=3,l=3,m=+2,ms=+1/2(2)n=2,l=1,m=+1,ms=–1/2(3)n=2,l=1,m=-1,ms=-1(4)n=4,l=3,m=0,ms=–1/2(5)n=2,l=0,m=+1,ms=+1/2例題（2）（4）合理特別注意n≥l+1l≥︱m︱1.當(dāng)l=2時(shí)，m的取值可為(

)。（m=0,±1,±2）2.當(dāng)n

=

3時(shí)，l的取值可為(

)。（0,1,2）3.n=4的電子層內(nèi)最多可

個(gè)電子亞層，其中d亞層有__個(gè)簡(jiǎn)并軌道4,5思考題2022/10/29261.下列一組量子數(shù)，哪一組是合理的(）。A.n=2，l=2，m=-1B.n=2，l=0，m=+1C.n=3，l=1，m=+1D.n=2，l=3，m=+22.M電子層最多可容納的電子數(shù)為

。3.在多電子原子中，具有下列各組量子數(shù)的電子中能量最高的是(

)。

3，2，+1，+1/2

B.3，0，0，-1/2C.3，1，0，-1/2

D.3，1，-1，-1/2練習(xí)C18A（一）屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)三、多電子原子軌道能級(jí)第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

在多電子原子中，一個(gè)電子不僅受到原子核的引力，還受其它電子的斥力。例如：鋰原子其第二層的一個(gè)電子，除了受原子核對(duì)它的引力外，還受第一層兩個(gè)電子對(duì)它的排斥力作用，勢(shì)必減弱了核對(duì)外層電子的吸引力，這兩個(gè)內(nèi)層電子的排斥作用可以考慮成對(duì)核電荷Z的抵消或屏蔽，使核有效電荷數(shù)Z*減小。1.屏蔽效應(yīng)屏蔽效應(yīng)：其它電子對(duì)于被研究電子的排斥，導(dǎo)致有效核電荷降低的作用稱為屏蔽效應(yīng)結(jié)果：因屏蔽作用存在使某e-的能量↑。l值相同時(shí),軌道能級(jí)只由n值決定,例:E(1s)<E(2s)<E(3s)<E(4s)（一）屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)1.屏蔽效應(yīng)2022/10/29

n相同，l越小的電子在核附近出現(xiàn)的概率越大，受到核電荷吸引力越大，其能量越低。如4s電子出現(xiàn)在離核較近處，受其它電子的屏蔽作用比3d要小得多。這種外層電子鉆到內(nèi)層空間而靠近原子核的現(xiàn)象，通常稱為鉆穿效應(yīng)，這種效應(yīng)可能導(dǎo)致能級(jí)交錯(cuò)。三、多電子原子軌道能級(jí)（一）屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)2.鉆穿效應(yīng)導(dǎo)致E4s<E3d

等現(xiàn)象n值相同時(shí)，軌道能級(jí)則由l值決定,例:

E(4s)<E(4p)<E(4d)<E(4f).（二）鮑林原子軌道近似能級(jí)圖◆n值相同時(shí)，軌道能級(jí)則由l值決定,例:

E(4s)<E(4p)<E(4d)<E(4f).◆l值相同時(shí),軌道能級(jí)只由n值決定,例:E(1s)<E(2s)<E(3s)<E(4s)◆

n和l都不同時(shí)，出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò).例：E4s＜E3d能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象只出現(xiàn)在個(gè)別元素中三、多電子原子軌道能級(jí)軌道能量由n和l決定第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

多電子原子的原子軌道能級(jí)次序由n和角量子數(shù)l決定，下面是鮑林近似能級(jí)圖從低到高的順序：1s

第一能級(jí)組2s2p

第二能級(jí)組3s3p

第三能級(jí)組4s3d4p

第四能級(jí)組7s5f6d7p……

第七能級(jí)組6s4f5d6p

第六能級(jí)組5s4d5p

第五能級(jí)組特點(diǎn)：⑴n相同，l相同的簡(jiǎn)并軌道能量相同（3個(gè)p，5個(gè)d，7個(gè)f）⑶l相同，n越大能量越高。例：E2P<E3P<E4P⑷n相同，l越大能量越高。例：E4s<E4p<E4d<E4f

⑸n和l同時(shí)變動(dòng)時(shí)，發(fā)生能級(jí)交錯(cuò),E4s<E3d三、多電子原子軌道能級(jí)第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)2022/10/2932四、基態(tài)原子中電子分布原理電子填入能級(jí)的先后順序（一）能量最低原理原子軌道的能級(jí)由低到高的順序：1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d電子在原子軌道中的分布：應(yīng)盡可能使整個(gè)原子的能量最低。第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)2022/10/29言下之意，每一個(gè)原子軌道中最多只能容納2個(gè)自旋相反的電子。每個(gè)電子層中，原子軌道總數(shù)為n2，電子總數(shù)為2n2.（二）保利不相容原理在同一原子中不可能存在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的兩個(gè)電子,即同一原子中無(wú)四個(gè)量子數(shù)完全相同的電子?！谝还?jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)四、基態(tài)原子中電子分布原理2022/10/29↑↓↑↓↑↑1s2s2p6C↑↓↑↓↑↑↑1s2s2p7N↑↓↑↓↑↓↑↑1s2s2p8O（三）洪特規(guī)則在n和l相同的簡(jiǎn)并軌道中，電子盡可能以自旋相同的方式分占不同的簡(jiǎn)并軌道。第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)四、基態(tài)原子中電子分布原理洪德規(guī)則特例（全、半、空規(guī)則）全充滿半充滿全空（三）洪特規(guī)則p0，d0，f0p3，d5，f7p6，d10，f1424Cr1s22s22p63s23p63d54s11s22s22p63s23p63d44s2

√×第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)四、基態(tài)原子中電子分布原理2022/10/29核外電子排布表達(dá)方式電子的排布在亞層(能級(jí))符號(hào)的右上角用數(shù)字注明排布的電子數(shù)，例如3s2、2p4、3d5等第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)四、基態(tài)原子中電子分布原理原子中電子的排布Cu(29)

電子填充式為：1s22s22p63s23p64s23d9

考慮洪德規(guī)則特例：1s22s22p63s23p64s13d10

所以其電子排布式為：1s22s22p63s23p63d104s1例：Ti22原子的電子分布式：

1s22s22p63s23p64s23d2

書寫：1s22s22p63s23p63d24s2例：Mn25原子的電子分布式：

1s22s22p63s23p64s23d5書寫：1s22s22p63s23p63d54s2例：Cr24原子的電子分布式：

1s22s22p63s23p64s13d5書寫：1s22s22p63s23p63d54s1（一）核外電子運(yùn)動(dòng)的描述

1.電子云

2.四個(gè)量子數(shù)（二）核外電子的分布原理

1.原子核外電子分布三原則

能量最低原理、保利不相容原理、洪特規(guī)則2.核外電子排布的表示式歸納小結(jié):練習(xí)下圖中能正確表示基態(tài)硅（14Si）原子的是ABCD√17Cl：1s2,2s22p6,3s23p518Ar：1s2,2s22p6,3s23p620Ca：1s2,2s22p6,3s23p6,4s221Sc：1s2,2s22p6,3s23p63d1,4s2寫出下列基態(tài)原子的電子排布式17Cl18Ar20Ca21Sc練習(xí)2022/10/29排序已知電子具有下列各套量子數(shù)，請(qǐng)排列它們的能量高低順序：

(1)3,2,+1,+1/2(2)2,1,+1,-1/2(3)2,1,0,+1/2(4)3,1,-1,-1/2(5)3,1,0,+1/2(6)2,0,0,-1/2判斷依據(jù)：電子能量由所在軌道的n和l決定(1)>(5)＝(4)>(2)＝(3)>(6)填充允許的量子數(shù)n=2l=()m=1ms=+1/2n=2l=1m=()ms=+1/2n=3l=0m=()ms=+1/2n=()l=2m=0ms=+1/2n=2l=()m=-1ms=+1/2n=4l=()m=0ms=+1/2n=4l=2m=()ms=1/210,±103100,1,2判斷下列量子數(shù)是否合理，若不合理，請(qǐng)寫出合理的量子數(shù)n=2,l=1,m=0n=2,l=2,m=-1n=3,l=0,m=0n=3,l=1,m=1n=2,l=0,m=-1n=2,l=3,m=2合理l=1合理合理m=0或l=1l=0,1;m=0,1

或n>3元素周期表的結(jié)構(gòu)橫向?yàn)橹芷?，?個(gè)，縱向?yàn)樽?，?8列周期：每一周期開(kāi)始，核外都出現(xiàn)新的電子層；元素原子的電子層數(shù)等于該元素所在的周期數(shù)第二節(jié)電子結(jié)構(gòu)與元素周期表一、元素周期性與電子層結(jié)構(gòu)的關(guān)系（一）原子的電子層結(jié)構(gòu)和周期族：原子的電子層結(jié)構(gòu)排布導(dǎo)致同一族各元素的最外層電子構(gòu)型相同，性質(zhì)相似元素周期律的發(fā)現(xiàn)使得幾百年來(lái)大量零散的化學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化，形成一個(gè)有內(nèi)在聯(lián)系的統(tǒng)一體系。2022/10/29Inorganic&AnalyticalChemistry第二節(jié)電子結(jié)構(gòu)與元素周期表一、元素周期性與電子層結(jié)構(gòu)的關(guān)系1.周期數(shù)=電子層數(shù)注意：1s22s22p63s23p63d104s2（一）原子的電子層結(jié)構(gòu)和周期周期數(shù)=最外電子層的主量子數(shù)（或能級(jí)組數(shù)）例：Na1s22s22p63s1

第三周期每一能級(jí)組對(duì)應(yīng)于一個(gè)周期2022/10/29周期的劃分和軌道能級(jí)組的關(guān)系周期數(shù)原子

序數(shù)元素?cái)?shù)目最高能級(jí)組最大電子容量11~221s第一能級(jí)組223~1082s,2p第二能級(jí)組8311~1883s,3p第三能級(jí)組8419~36184s,3d,4p第四能級(jí)組18537~54185s,4d,5p第五能級(jí)組18655~86326s,4f,4d,6p第六能級(jí)組32787~109237s,5f,5d,7p第七能級(jí)組32每個(gè)周期所包含的元素?cái)?shù)目，等于相應(yīng)能級(jí)組中原子軌道所能容納的電子總數(shù)(二)原子的電子結(jié)構(gòu)和族1-2列為IA和IIA主族元素，13-17列為IIIA-VIIA主族元素，18列為零族元素3-10列為IIIB-VIIIB副族元素，11-12列為IB-IIB副族元素1.7個(gè)主族：主族元素族數(shù)=最外(價(jià))層電子數(shù)例：Na1s22s22p63s1

ⅠA

例：Cl1s22s22p63s23p5

Ⅶ

A2.1個(gè)零族：外層電子數(shù)之和為8或2。第二節(jié)電子結(jié)構(gòu)與元素周期表一、元素周期性與電子層結(jié)構(gòu)的關(guān)系3.7個(gè)副族，1個(gè)Ⅷ族①ⅠB、ⅡB元素的族數(shù)=最外層電子數(shù)例：Ag(4d105s1)

ⅠBZn(3d104s2)

ⅡB②ⅢB～ⅦB族元素的族數(shù)=最外層電子數(shù)+次外層電子數(shù)例：Ti（3d24s2）其和為4∴是ⅣB族元素③Ⅷ族元素（包括三個(gè)縱行）：最外層電子數(shù)與次外層電子數(shù)之和為8～10(二)原子的電子結(jié)構(gòu)和族主族,ⅠB,ⅡB:族號(hào)=最外層電子數(shù)ⅢB~ⅦB:族號(hào)=最外層電子數(shù)+(n-1)d電子數(shù)Ⅷ(包括三列)：(n-1)d6~8ns2零族：

ns2np6一、元素周期性與電子層結(jié)構(gòu)的關(guān)系(二)原子的電子結(jié)構(gòu)和族2022/10/29(三)原子的外層電子構(gòu)型和元素的分區(qū)①s區(qū)元素：ⅠA、ⅡA②p區(qū)元素：ⅢA～ⅦA、零族元素電子構(gòu)型特點(diǎn)：ns2np1～6一、元素周期性與電子層結(jié)構(gòu)的關(guān)系最后一個(gè)電子填充在s能級(jí)上的元素元素周期表左側(cè)，包括IA,IIA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：ns1~2

化學(xué)性質(zhì)：易失電子成離子，活潑金屬③d區(qū)元素：ⅢB～ⅦB、Ⅷ電子構(gòu)型特點(diǎn)：(n-1)d1～8ns1～2④ds區(qū)元素：ⅠB、ⅡB

電子構(gòu)型特點(diǎn)：(n-1)d10ns1～2⑤f區(qū)元素：(n－2)f1－14(n－1)d0－2ns2(三)原子的外層電