原子结构-中国农大考研普通化学.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 原子结构和元素周期系,第一节 核外电子的运动特性,原子,核外电子,原子核,质子,中子,一.,量子化,特征,连续光谱：太阳光谱，白炽灯光谱,不连续光谱（线状光谱）：H 原子光谱,Na 蒸汽灯,光谱,玻尔假设：,1）核外电子不能沿着任意轨道绕核旋转，只能在,有确定半径和能量的特定轨道上旋转，电子,在这些轨道上旋转时并不辐射能量。,2）电子在不同轨道之间跃迁时，要吸收或放出能量，,吸收或放出能量的多少取决于跃迁前后的两个,E,=,E,2,E,1,=,h,=,hc,轨道能量之差，即,玻尔理论的优点：,引入了量子化概念，指出,原子结,构（轨道、能量）量子化,的特征。,缺点：,不能解释多电子原子的光谱,不能解释氢光谱中的精细部分,玻尔理论的成功与失败，给人们,以启迪：,从宏观物体到微观粒子，,物质的性质发生了从量变到质变,的飞跃,，因此，要建立起适合于,微观粒子的力学体系，就必须全,面地了解微观粒子的运动特性。,二.波粒二象性,1.微粒的波动性,=,h,mv,h,P,=,1924,法国，L.de.Broglie提出：实物微粒,都具有波粒二象性。,电子的波动性是电子无数次行为的统计结果.,对大量电子来说,它是大量电子行为的统计结果;,几率波,(统计波),电子的波:,对一个电子来说,它是一个电子大量行为的,统计结果.,电子源,电子源,晶体,晶体,由于微观粒子具有,物理量的量子化和波粒二象性这两个有别于宏观物体的运动特征,，所以经典的牛顿力学完全不能适用于微观世界。旧量子论虽然引入了量子化条件，但依然用确定的轨道对电子的运动状态进行描述，这正是它失败的根本原因。,解薛定谔方程，可以得到很多解，但从物理意义看，这些数学解不一定都是合理的，为了得到电子运动状态的合理解，引入三个参数 n,l,m，它们只能取特定值（整数值）；这三个参数叫量子数。,n,l,m,不是一个具体数值，而是由,r,决定的数学函数式，是,解薛定谔方程合理的解，一个波函数代表一种微观粒子的运动状并对应一定的能量值，以表示原子中电子的运动状态。,(x,y,z),n,l,m,(,r,),二.描述核外电子运动的量子数,1.主量子数,n,取值：1，2，3，,，n,物理意义：决定电子,能量,的主要量子数；电子,出现最大几率区域,离核的远近,；,（,n,越大，电子离核的平均距离越远，能量越高,）,n,1 2 3 4 5 6 7,电子层符号,K L M N O P Q,单电子原子：仅由n 决定,在多电子原子：,n,和,l,共同决定电子,。,轨道能量:,3.磁量子数,m,物理意义：决定原子轨道在空间的伸展方向。,取值:,-,l,0,，,+,l,，共,(2,l,+1),个值；,原子轨道:,n,l,m,都确定的电子运动状态.,s:1个,p,:3个,d,:5个,f,:7个,量子数与原子轨道,简并轨道(等价轨道):,n,相同，,l,相同的原子轨道,能量等同.,n l 轨道 m 轨道数,0 1s 0 1 1,0 2s 0 1,2 1 2p +1,0,-1 3,0 3s 0 1,3 1 3p +1,0,-1 3,2 3d +2,+1,0,-1,-2 5,0 4s 0 1,4 1 4p +1,0,-1 3,4 2 4d +2,+1,0,-1,-2 5,4 3 4f +3,+2,+1,0,-1,-2,-3 7,量子力学认为:,微观粒子在极小空间(如电子在原子),的运动没有固定的轨迹,只有统计的分布,规律,也就是说只能用,概率,而不能用轨迹,来描述它们的运动状态.,电子云：用小黑点的疏密表示电子在核外出现的,几率密度大小,，,得到的图像称电子云。,三.波函数的空间图像,几率密度：电子在核外某处单位体积内出现的,用,n,l,m,(,r,)|,2,表示,。,几率,1.几率密度与电子云,（2）径向分布图,R(,r,)随,r,变化所作的,图像。,图10 氢原子原子,轨道,的,径向,波函数图,氢原子的各种,电子云,状态,径向,分布图,原子轨道,的,角度,分布图,Y（,）,3.角度分布图,电子云,的,角度,分布图,氢原子电子云的,径向,波函数图,和氢原子的空间（总）电子云图形,四 氢原子的空间（总）电子云图形,例题：,1.假定有下列电子的各套量子数,指出哪几套,不可能存在,并说明原因.,(1)3,2,2,1/2 (4)2,-1,0,1/2,(2)3,0,-1,1/2 (5)2,-1,0,1/2,(3)2,2,2,2 (6)2,0,-2,1/2,2.以下各“亚层”哪些可能存在?包含多少轨道?,解释之.,(1)2s (2)3f (3)4p (4)5d,第三节 多电子原子的结构,及原子核外电子排布,一.原子的能级,1.单电子、多电子原子的能级,（1）单电子原子的能级,E,1s,E,2s,=E,2p,E,3s,=E,3p,=E,3d,E,1s,E,2s,E,3s,E,2p,E,3p,E,4p,A.,l,相同:,n,愈大，能级愈高；,E,n s,E,n p,E,n d,E,n f,B.,n,相同:,l,愈大，能级愈高；,C.,n,和,l,都不同时:,例：4,s,和 3,d,2.多电子原子的能级,近似,能级图,和电子填充顺序,“7个能级组”,3.屏蔽效应和钻穿效应,1）屏蔽效应：核外电子云抵消了部分核电荷的,作用。,有效核电核 Z,=Z-,Z：原子核的吸引；,：屏蔽系数；,能级交错：,n,值大的亚层能量反而低于,n,值小,的亚层能量。,E,4s,n,p,n,d,n,f,因此，,E,n,s,E,n,p,E,n,d,E,n,f,二.原子核外电子的排布,1.排布原则,1）能量最低原理,核外电子在各原子轨道的排布方式应使,整个原子,的能量处于最低状态；,2）泡利不相容原理,在同一原子中不可能有4个量子数完全相同,的电子；即：在同一原子轨道中最多可容纳两,个自旋相反的电子。,3）洪特规则,电子在能量相同的轨道上分布时，总是尽,可能以自旋相同的方向分占不同的轨道；,2.核外电子的排布,依据：按,能级递增的顺序,将电子依次,（1s,2s 2p,3s 3p,4s 3d 4p,5s 4d 5p,6s 4f 5d 6p,7s 5f 6d)填入各轨道，,再将各轨道按主量子数递增的顺序调整；,电子在核外的排布称电子（层）结构或,电子（层）构型。,1）电子排布式,按电子在原子核外各亚层中分布的情况表示，在亚层右,上角注明电子数；,Al(Z=13),1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,1,Br(Z=35)1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,4s,2,3d,10,4p,5,Br(Z=35)1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,10,4s,2,4p,5,按能级顺序排列：,电子排布式：,Al(Z=13),1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,1,Ne 3s,2,3p,1,Br(Z=35),1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,10,4s,2,4p,5,Ar 3d,10,4s,2,4p,5,Cu(Z=29),Ar 3d,10,4s,1,Ar 3d,9,4s,2,而,不是,在He,+,离子中，3s、3p、3d、4s轨道能量,自低至高排列顺序为,;,在K原子中，顺序为,;,Mn原子中，顺序为,。,价电子构型：在化学反应中参与成键的电子构型，,称价电子构型。,主族元素：价电子构型为最外层电子构型；,副族元素：价电子构型为，,A 最外层,n,s和次外层(,n,-1)d电子构型,B 最外层,n,s 和次外层(,n,-1)d,及倒数第三,层(n-2)f,电子构型；,Al 的价电子构型为,3s,2,3p,1,，价电子数为3,Cr 的价电子构型为,3d,5,4s,1,，价电子数为6,Ce 的价电子构型为,4f,1,5d,1,6s,2,，价电子数为4,例如：,2）轨道表示式,1s,2s,2p,3s,3p,3d,4s,Mn：,轨道表示式：,Ar,3d,4s,3）量子数表示,作业：,写出下列离子的电子排布式：,Zn,2+,Ag,+,Pb,2+,Fe,3+,Ti,2+,依据：电子排布式,第四节 元素周期表与元素周期律,一.元素周期表,1.周期：横行,周期 能级组 能级组内各亚层 元素数,电子填充顺序,第一周期 I 1s,12 2,第二周期 II 2s,12,2p,16 8,第三周期 III 3s,12,3p,16 8,第四周期 IV 4s,12,3d,110,4p,16 18,第五周期 V 5s,12,4d,110,5p,16 18,第六周期 VI 6s,12,4f,114,5d,110,6p,16 32,第七周期 VII 7s,12,5f,114,6d,17 未完,结论：,最外层主量子数=电子层数=周期数,2 族：纵行，分主族和副族,主族：最后一个电子填入 ns 或 np 亚层上。,共8个主族，表示为 I,A,VIII,A,。,凡,包含短周期元素的纵行,副族：最后一个电子填入（n-1)d或(n-2)f 亚层上的为,副族元素。,共8个主族，表示为 I,B,VIII,B,。,仅,包含长周期元素的纵行,结论：,主族元素：,最外层电子数=族序数,副族元素：,IB,IIB：最外层电子数=族序数,IIIBVIIB：最外层+(n-1)d电子数=族序数,VIIIB：ns+(n-1)d=8,9,10,镧系元素,锕系元素,长周期,短周期,主族,副族,3 元素的分区,s区元素：最后一个电子填充在 ns 轨道上。IA,族,IIA族,p区元素：最后一个电子填充在 np 轨道上。IIIAVIIIA族,d区元素：最后一个电子填充在(n-1)d 轨道上。IIIBVIIIB族,ds区元素：价电子(n-1)d,10,ns,1-2,。IB,IIB族,f区元素：最后一个电子填充在(n-1)f 轨道上。镧系，锕系元素,例题1：,Se是人体必需的营养元素。写出原子核外电子,排布式，并说明它在周期表中的位置。(,34,Se),解：,Ar3d,10,4s,2,4p,4,第四周期，VIA,例题,2,：,说明下列元素的周期和族，并说明原因。,24,Cr,30,Zn,二.元素的基本性质及其周期性,1.有效核电荷,有效核电荷、原子半径、电负性、,电离能、电子亲和能,是针对电子间的屏蔽作用提出的,Z*=Z-,同一周期：左,右，主族:,Z*,显著,总趋势,：,同一族：上,下，,Z*,但：副族元素左,右，,Z*,增加不显著,且中间略降低(铬 铜),但Z*增加不显著,2.原子半径,共价半径、金属半径、范德华半径,相邻原子的平均核间距,决定于：,有效核电荷,电子层,同一周期：左,右，主族:,r,明显,同一族：上,下，,r,过渡元素左,右减小不明显,副族：增加不明显,（镧系收缩）,“稀有气体”,特殊：Cu Zn,3.,电离能,第一电离能：基态的气体原子失去最外层的,第一个电子成为气态+1价离子,所需的能量为第一电离能,I,1,I,2,I,3,E,O,E,C l,E,F,同周期:,同主族:,特殊:,5.电负性,元素的原子在分子中吸引电子能力的相对大小,同一周期：左,右,同一族：上,下,可衡量金属性和非金属性的强弱,电负性,总结,微观粒子的波粒二象性 量子化,波函数及四个量子数,几率波,原子轨道的能级及电子的排布,元素性质的周期性变化规律,原子轨道的空间分布图,重点,核外电子排布,确定元素在周期表中的位置,元素性质的周期性变化规律,四个量子数的取值,难点,及n，l，m的物理意义,电子的空间运动状态,多电子原子的能级，,屏蔽与钻穿效应,