1[1].1_原子結(jié)構(gòu)_原子核外電子排布.ppt

1、Chapter 1 物質(zhì)結(jié)構(gòu) 元素周期律,1.1 原子結(jié)構(gòu) 原子核外電子排布,第一層 第二層 第三層 第四層 第五層 第六層 第七層 K L M N O P Q,能量逐漸升高,核外電子排布規(guī)律,規(guī)律1: 各電子層最多可容納的電子數(shù)為 2n2（n表示電子層序數(shù)）；,規(guī)律2：原子核外電子排布時(shí)，最外層不 超過8個(gè)電子，次外層不超過18 個(gè)，倒數(shù)第三層不超過32個(gè)。,電子層 K L M N O 容納最多電子數(shù) 2 8 18 32 50,光的波粒二象性,光的波動(dòng)性: 光在傳播過程中會(huì)產(chǎn)生干涉、 衍射等現(xiàn)象，具有波的特性； 光的粒子性：光在與實(shí)物作用時(shí)，表現(xiàn)出粒子的特性。,光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，

2、為說明光的 一切行為，只能說光具有波粒二象性。,電子的波粒二象性,1923年德布羅依（de Broglie）在光的波粒二象性的啟發(fā)下，大膽預(yù)言了電子也具有波粒二象性，并推導(dǎo)出德布羅依關(guān)系式： =h/P=h/mv h:普朗克常數(shù)，6.62610-34Js,德布羅意 L. de Broglie 法國物理學(xué)家 獲1929年Nobel物理獎(jiǎng),Heisenberg測不準(zhǔn)原理,具有波粒二象性的微觀粒子，不能同時(shí)測準(zhǔn)其位置和速度（動(dòng)量）。如果微粒的運(yùn)動(dòng)位置測得愈準(zhǔn)確，則相應(yīng)的速度愈不易測準(zhǔn)，反之亦然。,海森堡 Werner Carl Heisenberg 1902-1972 德國物理學(xué)家 獲1932年Nob

3、el物理獎(jiǎng),式中 x 表示位置測不準(zhǔn)量，P 表示動(dòng)量測不準(zhǔn)量， h 為普朗克常數(shù) (6.626 10-34Js)， 為圓周率， m 為質(zhì)量，v 表示速度的測不準(zhǔn)量。,Heisenberg測不準(zhǔn)原理,電子云的概念,假想將核外一個(gè)電子每個(gè)瞬間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)行攝影。并將這樣數(shù)百萬張照片重疊，得到如下的統(tǒng)計(jì)效果圖，形象地稱為電子云圖。 電子云沒有明確的邊界，在離核很遠(yuǎn)的地方，電子仍有出現(xiàn)的可能，但實(shí)際上在離核200300pm以外的區(qū)域，電子出現(xiàn)的概率可以忽略不計(jì)。,四個(gè)量子數(shù),主量子數(shù) n 1，2，3，4 角量子數(shù) l 0，1，2，3，(n-1)，共 n 個(gè)取值 磁量子數(shù) m 0，1，2，l，共2l+

4、1個(gè)取值 自旋量子數(shù) ms ,核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述,主量子數(shù) n,取值 1, 2, 3, 4, n 為正整數(shù)(自然數(shù)) 能量量子化 光譜學(xué)上用 K , L , M , N , 表示 意義 ： 表示電子離核平均距離遠(yuǎn)近及電子能量高低的量子數(shù)。n= 1表示第一層(K層)，能量最低，離核最近。n的數(shù)值大，電子距離原子核遠(yuǎn)，則具有較高的能量。,主量子數(shù) n,角量子數(shù) l,用來描述核外電子運(yùn)動(dòng)所處原子軌道（或電子云）形狀的，也是決定電子能量的次要因素。 對(duì)于確定的主量子數(shù) n ，角量子數(shù) l 可以為 0, 1, 2, 3, 4, ( n-1 )， 共 n 個(gè)取值，光譜學(xué)上依次用 s , p , d ,

5、 f , g , 表示 。 意義 角量子數(shù) l 決定原子軌道的形狀,l 0 1 2 3 4 符號(hào) s p d f g ,角量子數(shù) l,n = 4 時(shí)： l = 0 表示 s 軌道，能量最低，形狀為球形，即4s 軌道； l = 1 表示 p 軌道，形狀為啞鈴形，4p 軌道； l = 2 表示 d 軌道，形狀為花瓣形，4d 軌道； l = 3 表示 f 軌道，能量最高，形狀復(fù)雜, 4f 軌道,磁量子數(shù) m,描述原子軌道（或電子云）在空間伸展方向的量子數(shù)。 M取值：0, 1, 2, 3, l，共有（2l+1）個(gè)數(shù)值 意義 m 決定原子軌道的空間取向 Eg. 若l=3，則m=0, 1, 2, 3 共7

6、個(gè)值。,磁量子數(shù) m,當(dāng)l=0時(shí)，m=0，即s亞層只有一個(gè)伸展方向； 當(dāng)l=1時(shí)，m=-1,0,+1，即p亞層有3個(gè)伸展方向， 分別沿直角坐標(biāo)系的x,y,z軸方向伸展，依次稱為 px,py,pz; 當(dāng)l=1時(shí)，m=-2，-1，0，+1，-1，-2，即d亞層有5 個(gè)伸展方向，依次稱為dxy，dyz，dxz，d x2y2，dz2; 依此類推，軌道f亞層有7個(gè)伸展方向。,原子軌道的空間取向,自旋量子數(shù) ms,描述電子自旋方式的量子數(shù)，用 ms 表。 ms稱為自旋量子數(shù)，取值只有兩個(gè)，+ 和 。電子的自旋方式只有兩種，通常用 “ ” 和 “ ”表示順時(shí)針、逆時(shí)針。,填充允許的量子數(shù),n =2 l =(

7、 ) m =1 ms=+1/2 n =2 l =1 m =( ) ms=+1/2 n =3 l =0 m =( ) ms=+1/2 n =( ) l =2 m =0 ms=+1/2 n =2 l =( ) m = -1 ms=+1/2 n =4 l =( ) m =0 ms=+1/2 n = 4 l = 2 m =( ) ms=1/2,1 0,1 0 3 1 0 0, 1, 2,n = 2, l = 1, m = 0 n = 2, l = 2, m = -1 n = 3, l = 0, m = 0 n = 3, l = 1, m = 1 n = 2, l = 0, m = -1 n = 2,

8、l = 3, m = 2,合理 l = 1 合理 合理 m = 0或l=1 l=0,1; m=0, 1 或n3,請(qǐng)找出不合理的量子數(shù),填表,近似能級(jí)圖,近似能級(jí)圖是按原子軌道的能量高低順序排列的，能量相近的劃為一組，成為能級(jí)組，共七個(gè)能級(jí)組。 能級(jí)組的存在，是周期表中化學(xué)元素可劃分為各個(gè)周期及每個(gè)周期應(yīng)有元素?cái)?shù)目的根本原因。 對(duì)于4、5、6、7能級(jí)組，在一個(gè)能級(jí)中包含不同電子層的能級(jí)現(xiàn)象稱為能級(jí)交錯(cuò),多電子原子中的能級(jí)圖,能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象,l 相同，n 越大，能量越高 Eg. E1sE2sE3sE4s; E2pE3pE4pE5p. n 相同，l 越大，能量越高 同一主層中各亞層能級(jí)產(chǎn)生差別的現(xiàn)象叫

9、做能級(jí)分裂. Eg. E2sE2p; EnsEnpEnd n、l 都不同，比較原子能量使用 (n+0.7l)：(n+0.7l) 越小，能量越低；比較離子能量使用(n+0.4l) .,近似能級(jí)圖,能級(jí)交錯(cuò)：指電子層數(shù)較大的某些軌道的能量反而低于電子層數(shù)較小的某些軌道能量的現(xiàn)象。Eg. 4s反而比3d的能量小，填充電子時(shí)應(yīng)先充滿4s而后才填入3d軌道。 1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,4f,5d,6p, 7s,5f,近似能級(jí)圖,n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 電子層 K L M N O P Q,屏蔽效應(yīng),因電子之間的相互排斥而使核對(duì)外層電子的吸引

10、被減弱的作用稱為屏蔽效應(yīng)（或屏蔽作用）。 多電子原子中，電子運(yùn)動(dòng)的能量用“中心勢場模型”近似處理：每個(gè)電子都在核和其余電子所構(gòu)成的平均勢場中運(yùn)動(dòng)，其余電子對(duì)該選定的電子的排斥作用看作相當(dāng)于個(gè)電子電荷是從原子中心產(chǎn)生的，相當(dāng)于核電荷數(shù)減少了個(gè) zz z: 有效核電荷； z: 核電荷數(shù); : 屏蔽常數(shù) 屏蔽常數(shù)與其余電子的多少及它們所處軌道，以及選定電子所在軌道有關(guān)。,內(nèi)層電子對(duì)外層電子的屏蔽作用較大，外層電子對(duì)較內(nèi)層電子近似看作不屏蔽, =0。 n越小，屏蔽作用越大 K L M N （1）同一軌道組的電子之間=0.35,1s組為0.30； （2）被屏蔽電子為ns，np時(shí)，(n-1)軌道組的每個(gè)電

11、子的=0.85，小于(n-1)軌道組的每個(gè)電子的=1.00，被屏蔽電子為nd,nf時(shí)位于它左邊的各軌道組的每個(gè)電子的=1.00。,屏蔽效應(yīng),在原子核附近出現(xiàn)的概率較大的電子，可更多地避免其余電子的屏蔽，受到核的較強(qiáng)的吸引而更靠近核，這種進(jìn)入原子內(nèi)部空間的作用叫做鉆穿效應(yīng)。 與屏蔽效應(yīng)相反，外層電子有鉆穿效應(yīng)。外層角量子數(shù)小的能級(jí)上的電子，如4s電子能鉆到近核內(nèi)層空間運(yùn)動(dòng)，這樣它受到其他電子的屏蔽作用就小，受核引力就強(qiáng)，因而電子能量降低，造成E（4s）E(3d) 。 鉆穿能力： ns np nd nf 能級(jí)分裂結(jié)果： Ens Enp End Enf,鉆穿效應(yīng),鉆穿效應(yīng),鉆穿效應(yīng)：3s 3p 3d

12、,核外電子排布原理,能量最低原理,泡利不相容原理,洪特規(guī)則,能量最低原理,按照近似能級(jí)圖，核外電子總是盡先排布在能量最低的軌道上，當(dāng)能量最低的軌道排滿后，電子才依次排布在能量較高的軌道上。電子先填充能量低的軌道，后填充能量高的軌道。盡可能保持體系的能量最低。 E1s E2s E3s E4s E3s E3p E3d,能量最低原理,n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 電子層 K L M N O P Q,在一個(gè)原子中，不可能存在四個(gè)量子數(shù)完全相同的兩個(gè)電子。一個(gè)原子軌道最多只能容納兩個(gè)電子，而且這兩個(gè)電子的自旋方式必須相反。 電子層的最大容量：2n2,泡利 Wolfgang Pauli 19

13、00-1958 奧地利裔美國物理學(xué)家 獲1945年Nobel物理獎(jiǎng),泡利不相容原理,“電子在能量相同的軌道上分布時(shí)，總是盡可能以自旋相同的方向分占不同的軌道。” 洪特 Friderich Hermann Hund 1896-1997 德國物理學(xué)家,洪特規(guī)則,電子分布到能量相同的等價(jià)（簡并，即n 相同）軌道時(shí)，總是盡先以自旋相同（自旋平行）的方向，單獨(dú)占據(jù)能量相同的軌道，即總是以自旋相同的方式分占盡可能多的軌道。各軌道保持一致，則體系的能量低。,洪特規(guī)則,6C：1s22s22p2,7N：1s22s22p3,作為 Hund 規(guī)則的特例，簡并軌道在全充滿(p6，d10，f14)、半充滿(p3，d5，

14、f7)和全空(p0，d0，f0)時(shí)是比較穩(wěn)定的。 重要的特例:,洪特規(guī)則補(bǔ)充,基態(tài)原子的電子排布,能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象：電子進(jìn)入軌道的能級(jí)順序 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p 電子由最低能量的1s軌道依次填入，每個(gè)軌道最多只能填入2個(gè)電子。 元素電子填到最后能級(jí)組注意洪特規(guī)則特例 主量子數(shù)相同的按角量子數(shù)大小順序書寫,1s22s22p63s23p63d54s1,主量子數(shù)整理,1s22s22p63s23p64s13d5,由洪特規(guī)則特例,1s22s22p63s23p64s23d4,能量最低排布,24Cr,核外電子排布表達(dá)方式,Eg.1 分別寫出原子序數(shù)為13、19、27、33

15、元素的原子的電子排布式。,Al: 1s22s22p63s23p1 K: 1s22s22p63s23p64s1 Co: 1s22s22p63s23p63d74s2 As: 1s22s22p63s23p63d104s24p3,Eg.2 以(1)為例，完成下列(2)至(6)題: (1) Na (z=11) 1s22s22p63s1 (2) _ 1s22s22p63s23p3 (3) Ca (z=20) _ (4) _ (z=24) 3d54s1 (5) _ Ar3d104s1,P (z=15),Ar,1s22s22p63s23p64s2,Cr,Cu (z=29),判斷題,對(duì)于Sc來說，下列哪一個(gè)電子排布正確： 1s22s22p63s23p64s2 1s22s22p63s23p64s23d1 1s22s22p63s23p63d1 1s22s22p63s23p64s3 以上均不正確,綜合題