大學(xué)化學(xué)課件多電子原子結(jié)構(gòu)和元素周期系

4.1.3核外電子分布與周期系核外電子分布的原則（一）Pauli不相容原理在同一個原子中不可能有四個量子數(shù)完全相同的2個電子同時存在。一個原子軌道上最多能容納兩個自旋方向相反的電子。例如：Ca原子的兩個4s電子，一個是（4,0,0,1/2），另一個則是（4,0,0,-1/2）。（二）Hund規(guī)則（Hund’srule）

電子在能量相同的軌道（等價軌道）上排布時，總是盡可能以自旋相同的方向，分占不同的軌道，因為這樣的排布方式總能量最低。另外，當(dāng)?shù)葍r軌道中的電子處于半充滿、全充滿或全空的狀態(tài)時具有額外的穩(wěn)定性。半充滿p3、d5、f7全充滿p6、d10、f14全空p0、d0、f0例如

Cr3d54s1

Cu3d104s1(三)能量最低原理

基態(tài)原子電子排布時，總是先占據(jù)能量最低的軌道。當(dāng)?shù)湍芰寇壍勒紳M后，才排入高能量的軌道，以使整個原子能量最低。多電子原子能級復(fù)雜性的解釋:

（1）屏蔽作用（screeningeffect）：（2）鉆穿效應(yīng)

鉆穿效應(yīng)：外層電子可能鉆到內(nèi)層出現(xiàn)在離核較近的地方，而能量降低。一個峰四個峰三個峰（1）l相同，n越大，電子層數(shù)越多，外層電子受到的屏蔽作用越強，軌道能級愈高：

E1s

＜E2s

＜E3s

＜…E2p

＜E3p

＜E4p

＜…（2）n相同，l不同時，l愈小，D(r)的峰越多，電子鉆穿能力愈強，在核附近出現(xiàn)的可能性越大，能量就愈低：

Ens

＜Enp

＜End

＜Enf＜…2.原子軌道的能級與核外電子分布③n、l均不同，能量變化復(fù)雜。在一定情況下nd軌道的能量可能高于(n+1)s軌道的能量，nf軌道的能量可能高于(n+2)s軌道的能量，這種現(xiàn)象稱為能級交錯。例如

E4s<E3d、E5s<

E4d

E6s<E4f<E5d<E6p，

E7s<E5f<E6d<E7p

軌道近似能級順序

判斷能量的高低，我國著名的化學(xué)家徐光憲院士根據(jù)光譜數(shù)據(jù)總結(jié)了一個經(jīng)驗規(guī)律：對原子的外層電子來說，原子軌道的（n＋0.7l）值越大，能級越高。例如3d軌道（n＋0.7l）值為4.4，而4s軌道為4，所以E4s<E3d能級的高低順序7s5f6d7p6s4f5d6p5s4d5p4s3d4p3s3p2s2p1s軌道能級3）原子的電子分布式和外層電子構(gòu)型（1）按電子層由內(nèi)到外逐層書寫，軌道右上角注明電子數(shù)。注意：不是按照能級的高低秩序來寫。如：H:1S1He:

1S2

Li:1S22S1Be:1S22S2B:1S22S22P1C:1S22S22P2N:1S22S22P3K19號：1S22S22P63S23P64S1

Fe26號：1S22S22P63S23P63d64S2以下是表示鐵原子的3種不同化學(xué)用語。

結(jié)構(gòu)示意圖電子排布式電子排布圖（軌道表示式）鐵原子1s22s22p63s23p63d64s2請你通過比較、歸納，分別說出3種不同化學(xué)用語所能反映的粒子結(jié)構(gòu)信息。

結(jié)構(gòu)示意圖：能直觀地反映核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)和核外的電子層數(shù)及各能層上的電子數(shù)。電子排布式：能直觀地反映核外電子的能層、能級和各能級上的電子數(shù)。軌道表示式：能反映各軌道的能量的高低及各軌道上的電子分布情況，自旋方向。

課堂作業(yè)寫出17Cl、35Br、47Ag的核外電子排布式17Cl:1s22s22p63s23p535Br:1s22s22p63s23p63d104s24p547Ag:1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1（2）對于過渡金屬，原子失電子成為正離子時，通常失去最外層電子，而不是能級最高的電子。如：Fe：1S22S22P63S23P63d64S2Fe2+：1S22S22P63S23P63d6Fe3+：1S22S22P63S23P63d5

（3）原子的外層電子構(gòu)型主族元素：只寫出最外層的電子排布過渡元素：寫出（n-1)dns軌道的電子排布如：P：3s23p3Sc：3d14s2Fe：3d64s2

離子的外層電子構(gòu)型主族元素：

如：Ca2+:3s23p6注意對于過渡金屬離子：如Fe2+：3d6(╳)

應(yīng)該將電子層寫完整：3s23p63d6（4）例外：并不是所有的核外電子排布都滿足以上規(guī)則。根據(jù)光譜實驗的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)Ru,Nb,Rh,Pd,W,Pt及鑭系和錒系的一些元素的核外電子排布并不符合以上規(guī)則。如：41:鈮，Nb:4d45s144：釕，Ru:4d75s145:銠，Rh:4d85s174:鎢，W:5d46s278:鉑，Pt:5d96s1注意：不需要掌握以上內(nèi)容

下列各元素原子的電子分布式若寫成下列那樣，各違

背了什么原則？寫出正確的電子分布式。

(1)硼:1S22S3

(2)氮:1S22S22Px22Py12Pz0

(3)鈹:1S22P2

（1）違背了Pauli原理。應(yīng)寫成：1S22S22P1

。（2）違背Hund規(guī)則。應(yīng)寫成：1S22S22Px12Py12Pz1

。

（3）違背能量最低原理。應(yīng)寫成：1S22S2

。例1周期數(shù)＝最外電子層的主量子數(shù)3.核外電子分布與周期系

族的劃分

主族、副族、

Ⅷ族、0族、主族族數(shù)＝最外層電子數(shù)

（ns＋

np）0族(n－1)d＋ns＝8、9、101s2ns2np6(n≥2)VIII族副族族數(shù)＝

[ns＋

(n-1)d]電子數(shù)，包括IIIB-VIIB

or=最外層電子數(shù)ns如：IB,IIB元素周期表3d64S2

3d104S1ⅧⅠB根據(jù)下列原子的外層電子分布式，指出各元素所處周期、族2S22P3ⅤA2S22P60族3S23P6根據(jù)某離子的外層電子分布式，指出元素所處周期、族第四周期、

IIIB3S23P63d5＋3價＋1價第四周期、

VIB例2推測核電荷數(shù)為56的元素在周期表中第_____周期第_______族,下列關(guān)于它的性質(zhì)的說法中正確的是A、它可以從硫酸銅溶液中置換出銅單質(zhì)B、它可以從冷水中置換出氫氣C、鋇可以從飽和食鹽水中置換出金屬鈉D、鉀可以從氯化鋇溶液中置換出金屬鋇六二主(B)原子外層電子分布式

ns1~2

S區(qū)P區(qū)d區(qū)ds區(qū)(n-l)dns(n-l)d10ns1~2

ns2np1~6

區(qū)的劃分f區(qū)：鑭系、錒系根據(jù)下列原子的外層電子分布式，指出各元素所處區(qū)2S22P23S1

3d54S13d104S13S23P6根據(jù)某離子的外層電子分布式，指出元素所處區(qū)3S23P63d5＋1價＋2價P區(qū)S區(qū)d區(qū)ds區(qū)S區(qū)d區(qū)例3例4：某元素為金屬，最高氧化數(shù)為+6，原子半徑

是同族中最小的。請寫出：

(1)原子的電子分布式。

(2)原子的外層電子分布式。

(3)+3價離子的外層電子分布式。

(4)該元素所在的周期、族、區(qū)、元素名稱。（1）1S22S22P63S23P63d54S1

（2）3d54S1

（3）3S23P63d3（4）第四周期、ⅥB族、d區(qū)、Cr

例5：已知某元素+2價離子的電子排布式為：

1S22S22P63S23P63d10，該元素在周期表中

所屬的周期是__________；

分區(qū)是

______;

族是________。

ds

第四周期ⅡB族例6在某個多電子原子中，分別用下列各組量子

數(shù)表示相關(guān)電子的運動狀態(tài)，能量最高的

電子是

(1)2，

0，

0，-1/2(2)2，

1，

0，

-1/2(3)3，2，

0，

-1/2(4)3，1，0，

+1/2(3)4.1.4元素性質(zhì)的周期性（1）原子半徑共價半徑：共價單鍵結(jié)合的兩原子核間距離的一半。金屬半徑：金屬單質(zhì)的晶體中相鄰兩個原子核間距離的一半。

vanderWaals半徑：單質(zhì)分子晶體中相鄰分子間兩個非鍵合原子核間距離的一半。原子半徑變化規(guī)律同一周期從左到右：（1）主族元素的原子半徑逐漸減少；（2）過渡元素原子半徑先是緩慢縮小，然后略有增大；（3）內(nèi)過渡元素原子半徑幾乎不變。相鄰元素原子半徑減小的平均幅度是：非過渡元素>過渡元素>內(nèi)過渡元素

~10pm~5pm~1pm（4）同主族從上到下，隨著電子層數(shù)增加使得原子半徑增大。補充：離子半徑的變化規(guī)律（1）電子層結(jié)構(gòu)相同的離子半徑隨核電荷數(shù)的增大而減小。如：F->Na+>Mg2+>Al3+（2）同一元素不同價態(tài)的微粒半徑，價態(tài)越高離子半徑越小。如：Fe>Fe2+>Fe3+

1B

Al

SiGeAs

Sb

Te

2

3

4

5

6

7ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA

0

Po

At非金屬性逐漸增強

金屬性逐漸增強金屬性逐漸增強

非金屬性逐漸增強非金屬區(qū)金屬區(qū)零族元素（1）電離能定義：使基態(tài)的氣態(tài)原子失去一個電子形成+1價氣態(tài)正離子時所需