原子物理7資料

教學(xué)內(nèi)容

1.原子性質(zhì)的周期性變化2.原子的電子殼層結(jié)構(gòu)3.原子基態(tài)的電子組態(tài)4.原子基態(tài)光譜項(xiàng)的確定第七章原子的殼層結(jié)構(gòu)要求:

1.了解元素周期表的結(jié)構(gòu)，掌握玻爾對(duì)元素周期表的物理解釋。2.掌握電子填充原子殼層的原則：泡利原理和能量最小原理，理解并掌握原子的電子殼層結(jié)構(gòu)，能正確寫出原子基態(tài)的電子組態(tài)，并求出其基態(tài)的原子態(tài)符號(hào)。1.玻爾對(duì)元素周期表的解釋2.電子填充殼層的原則重點(diǎn):

1869年俄國化學(xué)家門捷列夫經(jīng)過長期的研究發(fā)現(xiàn)元素的性質(zhì)隨著原子量的遞增而發(fā)生周期性變化，他把當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的63種元素按原子量的遞增順序排成一行，并將性質(zhì)相似的元素排在一個(gè)列中，編成了元素周期表。

性質(zhì)與原子量的遞增次序有矛盾時(shí)，以元素性質(zhì)為主．如：

K(鉀19）和Ar（氬18）；Co(鈷27）和Ni(鎳28）；Te(碲52）和I(碘53）均調(diào)換了位置§7-1元素性質(zhì)的周期性變化

Ga(鎵），Sc(鈧），Ge(鍺）1875－1886年間被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)。后人又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多新元素，相繼填充到周期表中。

預(yù)言三種元素的存在，在表中留了空位，預(yù)言了它們的性質(zhì)：目前，最新統(tǒng)計(jì)結(jié)果，共發(fā)現(xiàn)118種元素，1994年底是111種。這114種元素中有92種是天然存在的，其于的是人工制造的。這些元素都被人們按照門捷列夫的方法填在了周期表的適當(dāng)位置上，構(gòu)成了我們現(xiàn)在使用的元素周期表。一、核外電子的排列和元素周期表的關(guān)系1、玻爾—索末非理論提供了核外電子的排列的基礎(chǔ)。2、泡利不相容原理，能量最小原理解決了電子在各能級(jí)上面排列的次序問題，從而揭示了周期性重復(fù)的本質(zhì)。二、同族元素1、排在同一豎列的元素具有相似的化學(xué)性質(zhì)稱為同族元素。2、光譜周期性變化同族元素有相仿的光譜線結(jié)構(gòu)。3、元素電離能周期性的變化Z2101836最大4、“原子體積”，體漲系數(shù)，壓縮系數(shù)的周期性變化5、周期的排列按化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)排定的元素周期表共有7個(gè)周期第1周期有2種元素第2周期和第3周期有8種元素第4周期和第5周期有18種元素第6周期有32種元素第7周期有17種元素（未滿）各周期的原子數(shù)依次排列為§2原子的電子殼層結(jié)構(gòu)一、量子態(tài)的表征1、元素的的性質(zhì)決定于原子的結(jié)構(gòu)，也就是原子中電子所處的狀態(tài)。（1）主量子數(shù)主量子數(shù)n，可取n=1,2,3,4,…

決定原子中電子能量的主要部分。代表電子運(yùn)動(dòng)區(qū)域的大?。ㄜ壍赖拇笮。?）軌道角動(dòng)量量子數(shù)代表軌道的形狀，確定軌道角動(dòng)量的值。和電子的能量有關(guān)。l012345678記號(hào)

spdfghiklnl表示電子態(tài)（3）軌道方向量子數(shù)決定電子軌道角動(dòng)量在外磁場方向的分量。（4）自旋方向量子數(shù)確定電子自旋角動(dòng)量在外磁場方向的分量。即軌道在空間的取向代表電子自旋的取向5、電子自旋量子數(shù)對(duì)所有電子都是相等的

二、電子的殼層分布1、泡利(W.Pauli)不相容原理

在同一原子中，不可能有兩個(gè)或兩個(gè)以上的電子具有完全相同的四個(gè)量子數(shù)（即處于完全相同的狀態(tài)）?！霸觾?nèi)電子按一定殼層排列”（1）主殼層n=1234567…符號(hào)KLMNOPQ…相同的主量子數(shù)為一個(gè)殼層

（2）次（支）殼層（軌道角量子數(shù)相等）l=01234567…

符號(hào)spdfghik…2、各殼層所可能有的最多電子數(shù)

利用泡利不相容原理可以確定主殼層和次殼層中最多可容納的電子數(shù)。（1）次殼層所可能有的最多電子數(shù)

次殼層有相同的當(dāng)l給定，ml的可取值為0,±1,±2,…,±共個(gè)

對(duì)每一個(gè)l值，電子可能有個(gè)不同的狀態(tài)。當(dāng)n,l,ml

給定，ms的可取值為±1/2共2個(gè).（2）主殼層所可能有的最多電子數(shù)當(dāng)n一定時(shí)共n個(gè)值次殼層所可能有的最多電子數(shù)（3）磁場的強(qiáng)弱不影響每個(gè)殼層的電子的分布強(qiáng)磁場都對(duì)外磁場量子化。弱磁場原子中的磁場總是存在的,因軌道運(yùn)動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生磁場。原子殼層和次殼層中最多可能容納的電子數(shù)

ln9826(7i)22(7h)18(7g)14(7f)10(7d)6(7p)2(7s)7Q7222(6h)18(6g)14(6f)10(6d)6(6p)2(6s)6P5018(5g)14(5f)10(5d)6(5p)2(5s)5O3214(4f)10(4d)6(4p)2(4s)4N1810(3d)6(3p)2(3s)3M86(2p)2(2s)2L22(1s)1KNn6

i5

h4

g3

f2

d1

p0

sKKKKKKLLLLLMM2He3Li10Ne11Na17Cl8O元素周期表各周期元素?cái)?shù)依次是2、8、8、18、18、32、17（未滿）。同各殼層的電子數(shù)又不完全相同。但兩者之間有相似的地方。一、能量最小原理1、在正常情況下，原子中電子總是盡可能先占據(jù)能量最低的能級(jí)，只有當(dāng)能量最低的能級(jí)被占滿了以后，電子才依次填入能量較高的能級(jí)。能量最低時(shí)，體系最穩(wěn)定。2、能級(jí)交錯(cuò)n小l大的狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的能量反而比n大l小的狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的能級(jí)更高。原因是原子實(shí)的極化和軌道的貫穿?！?-3原子基態(tài)的電子組態(tài)2s4f4f5d5d6s6s5p5p4d4d5s5s4p4p3d3d4s4s3p3p3s3s2p2p2sn=6n=5n=4n=3n=2能級(jí)交錯(cuò)情況Z~20Z~90456

周周周

期期期

原子系統(tǒng)處于正常態(tài)時(shí)，每個(gè)電子總是盡先占據(jù)能量最低的能級(jí)。3、填充的次序越大能級(jí)越高對(duì)3d和4s的說明3d是一個(gè)圓形軌道,4s是一個(gè)短半軸很小的橢圓軌道。1、每周期元素電子排列的特點(diǎn)（基態(tài)）（1）第一周期K殼層只能容納2個(gè)電子，所以只有兩種元素。氫的核外只有一個(gè)電子電子組態(tài)1s原子態(tài)為氦的核外有兩個(gè)電子電子組態(tài)1s1s原子態(tài)為（2）第二周期鋰原子序數(shù)是3電子組態(tài)鈹原子序數(shù)是4電子組態(tài)n=2的l=0的s殼層已填滿原子態(tài)原子態(tài)電子的組態(tài)決定原子態(tài)二、電子的殼層排列和元素周期表之間的關(guān)系每一個(gè)次殼層填滿而無多余電子時(shí)原子態(tài)必定是說明此時(shí)的軌道總的角動(dòng)量，和自旋角動(dòng)量都等于零因此總的角動(dòng)量也等于零。所以在推斷任何原子態(tài)時(shí)，完滿殼層和完滿次殼層的總的角動(dòng)量都為零。原子態(tài)氖原子序數(shù)是10電子組態(tài)從硼開始添充2p電子硼，碳，氧，氟，氖分別有1，2，3，4，5，6個(gè)p電子（3）第三周期第三周期八種元素，從鈉到氬鈉的電子組態(tài)原子態(tài)氬的電子組態(tài)原子態(tài)第三周期八種元素填完以后，M殼層的3d殼層還空著。（4）第4周期

18種元素鉀——氪鉀的第19個(gè)電子不進(jìn)入3d態(tài)而是填補(bǔ)在4s態(tài)原因是能級(jí)的交錯(cuò)，4s的能量低于3d鎂的電子組態(tài)原子態(tài)原子態(tài)氪的電子組態(tài)鉀的電子組態(tài)原子態(tài)等電子體系光譜的比較研究鉀原子和具有和鉀原子相等電子數(shù)的離子光譜鈣，鈧，鈦，釩，鉻，錳離子都是19個(gè)電子的體系，其結(jié)構(gòu)相似是由原子核和18個(gè)電子組成的原子實(shí)加一個(gè)單電子組成，單電子在原子實(shí)的場中運(yùn)動(dòng)。如果不考慮精細(xì)結(jié)構(gòu)是有效電荷數(shù)對(duì)中性原子數(shù)值在1~Z之間根據(jù)和Z的關(guān)系可分析能級(jí)的交錯(cuò)。（5）第五周期18種元素銣