原子物理(00004)市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

第七章：原子壳层结构第七章：原子壳层结构Atomic Physics 原子物理学原子物理学结束第1页结束第一节：元素性质周期性改变第一节：元素性质周期性改变门捷列夫发觉元素按原子量次序排列化学性质出现周期性改变，门捷列夫发觉元素按原子量次序排列化学性质出现周期性改变，但有少数不一致。但有少数不一致。周期表中，元素性质随原子序数周期性改变，同一列中不一样元素周期表中，元素性质随原子序数周期性改变，同一列中不一样元素有相同化学性质，化合价等。有相同化学性质，化合价等。另外，元素物理性质也随原子序数周期性改变。另外，元素物理性质也随原子序数周期性改变。第七章：原子壳层结构第七章：原子壳层结构经过调整，完全按化学性质改变排列得到一元素序列，称为原经过调整，完全按化学性质改变排列得到一元素序列，称为原子序数。现在我们知道这个原子序数与原子核电荷数以及核外子序数。现在我们知道这个原子序数与原子核电荷数以及核外电子数相等。电子数相等。第2页结束第一节：元素性质周期性改变第一节：元素性质周期性改变另外，元素物理性质也随原子序数周期性改变。另外，元素物理性质也随原子序数周期性改变。第七章：原子壳层结构第七章：原子壳层结构如：前面在不停研究原子光谱。如：前面在不停研究原子光谱。电离能：电离能：第3页结束第二节：原子电子壳层结构第二节：原子电子壳层结构元素性质取决于原子结构，也就是原子中电子所处状态。元素性质取决于原子结构，也就是原子中电子所处状态。第七章：原子壳层结构第七章：原子壳层结构描述电子状态是以下量子数：描述电子状态是以下量子数：1、主量子数、主量子数 n=1,2,3,4,.反应电子运动区域，和原子总能量主要部分。反应电子运动区域，和原子总能量主要部分。2、轨道角动量量子数、轨道角动量量子数反应电子运动角动量，轨道形状，和圆轨道形状相关原子部反应电子运动角动量，轨道形状，和圆轨道形状相关原子部分能量。分能量。3、电子自旋角动量量子数、电子自旋角动量量子数4、轨道取向量子数、轨道取向量子数5、自旋取向量子数、自旋取向量子数第4页结束第二节：原子电子壳层结构第二节：原子电子壳层结构原子中电子按泡利不相容原理处于不一样状态：原子中电子按泡利不相容原理处于不一样状态：第七章：原子壳层结构第七章：原子壳层结构含有相同主量子数电子组成一个壳层，主壳层下按不一样轨道量含有相同主量子数电子组成一个壳层，主壳层下按不一样轨道量子数组成次壳层。子数组成次壳层。2、轨道角动量量子数、轨道角动量量子数反应电子运动角动量，轨道形状，和圆轨道形状相关原子部分反应电子运动角动量，轨道形状，和圆轨道形状相关原子部分能量。能量。3、电子自旋角动量量子数、电子自旋角动量量子数4、轨道取向量子数、轨道取向量子数5、自旋取向量子数、自旋取向量子数某一次壳层能够容纳电子数：某一次壳层能够容纳电子数：某一主壳层能够容纳电子数：某一主壳层能够容纳电子数：第5页结束第二节：原子电子壳层结构第二节：原子电子壳层结构原子中电子按泡利不相容原理处罚布在不一样状态：原子中电子按泡利不相容原理处罚布在不一样状态：第七章：原子壳层结构第七章：原子壳层结构含有相同主量子数电子组成一个壳层，主壳层下按不一样轨道量含有相同主量子数电子组成一个壳层，主壳层下按不一样轨道量子数组成次壳层。子数组成次壳层。即使没有外磁场，电子也会在自己轨道磁场中取向，此时即使没有外磁场，电子也会在自己轨道磁场中取向，此时一个电子量子状态描述参数为：一个电子量子状态描述参数为：某一次壳层能够容纳电子数：某一次壳层能够容纳电子数：某一主壳层能够容纳电子数：某一主壳层能够容纳电子数：一个主壳层电子数也是：一个主壳层电子数也是：第6页结束第二节：原子电子壳层结构第二节：原子电子壳层结构第七章：原子壳层结构第七章：原子壳层结构但各周期元素个数与上面数字不完全一致，分别为：但各周期元素个数与上面数字不完全一致，分别为：2，8，8，18，18，32元素周期性与原子外电子组态相关，在周期性以及其与上述壳层数元素周期性与原子外电子组态相关，在周期性以及其与上述壳层数字差异背后，是电子填充原子壳层规律起作用。字差异背后，是电子填充原子壳层规律起作用。第7页结束第三节：原子基态电子组态第三节：原子基态电子组态第七章：原子壳层结构第七章：原子壳层结构原子电子数等于原子序数，每一个原子就核外部分来说，原子电子数等于原子序数，每一个原子就核外部分来说，是前一原子加一个电子而成。是前一原子加一个电子而成。原子基态是原子能量最低状态：它全部电子都处于原子基态是原子能量最低状态：它全部电子都处于各自可各自可能能最低能量状态，按周期表逐一增加电子尽可能填补最低最低能量状态，按周期表逐一增加电子尽可能填补最低能量状态。能量状态。第一周期：氢、氦第一周期：氢、氦电子填充：电子填充：1s 1s填满第一壳层，所以第一周期只有两个原子。填满第一壳层，所以第一周期只有两个原子。基态原子态分别为：基态原子态分别为：2S1/2、1S0第8页结束第三节：原子基态电子组态第三节：原子基态电子组态第七章：原子壳层结构第七章：原子壳层结构第二周期：第二周期：锂（锂（3）、铍、硼、碳、氮、氧、氟、氖（）、铍、硼、碳、氮、氧、氟、氖（10）电子填充：电子填充：1s 1s基态原子态分别为：基态原子态分别为：2S1/2、1S0第一周期：氢、氦第一周期：氢、氦电子填充：电子填充：1s 1s，2s2s，2p 2p 2p 2p 2p 2p基态原子态分别为：锂基态原子态分别为：锂 2S1/2、铍、铍1S0，硼，硼2S1/2，氖，氖1S0锂锂轻易失去一个电子，成为一个完整结构；轻易失去一个电子，成为一个完整结构；氟氟轻易得到一个电子成为轻易得到一个电子成为完整结构；完整结构；氖氖有完整壳层结构，稳定。有完整壳层结构，稳定。每一个次壳层填满后，原子就会处于每一个次壳层填满后，原子就会处于 1S0，原子，原子 轨道角动量，自旋角轨道角动量，自旋角动量，总角动量都等于零。动量，总角动量都等于零。第9页结束第三节：原子基态电子组态第三节：原子基态电子组态第七章：原子壳层结构第七章：原子壳层结构第二周期：第二周期：锂（锂（3）、铍、硼、碳、氮、氧、氟、氖（）、铍、硼、碳、氮、氧、氟、氖（10）电子填充：电子填充：1s 1s第一周期：氢、氦第一周期：氢、氦电子填充：电子填充：1s2，2s2,2p6，3s,3s,3p3p3p3p3p3p基态原子态分别为：基态原子态分别为：钠钠 2S1/2、镁、镁 1S0，氩，氩1S0钠钠轻易失去一个电子，成为一个完整结构；轻易失去一个电子，成为一个完整结构；氯氯轻易得到一个电子成为轻易得到一个电子成为完整结构；完整结构；氩氩有完整壳层结构，稳定。有完整壳层结构，稳定。第三周期：第三周期：钠（钠（11）、镁、铝、硅、磷、硫、氯）、镁、铝、硅、磷、硫、氯、氩（氩（18）电子填充：电子填充：1s 1s，2s2s，2p 2p 2p 2p 2p 2p钠钠、氯、氩氯、氩等与元素周期表中对应有类似壳层结构原子有相同性质。等与元素周期表中对应有类似壳层结构原子有相同性质。第10页结束第三节：原子基态电子组态第三节：原子基态电子组态第七章：原子壳层结构第七章：原子壳层结构第二周期：第二周期：锂（锂（3）、铍、硼、碳、氮、氧、氟、氖（）、铍、硼、碳、氮、氧、氟、氖（10）电子填充：电子填充：1s 1s第一周期：氢、氦第一周期：氢、氦电子填充：电子填充：1s2，2s2,2p6，3s,3s,3p3p3p3p3p3p第三周期：第三周期：钠（钠（11）、镁、铝、硅、磷、硫、氯）、镁、铝、硅、磷、硫、氯、氩（氩（18）电子填充：电子填充：1s 1s，2s2s，2p 2p 2p 2p 2p 2p从上面能够看到，第从上面能够看到，第3周期电子并没有将第周期电子并没有将第3主壳层填满，还有主壳层填满，还有3d次壳层次壳层空着。为是么就这么结束第空着。为是么就这么结束第3周期，下一个电子将填哪一电子态呢？周期，下一个电子将填哪一电子态呢？第11页结束第三节：原子基态电子组态第三节：原子基态电子组态第七章：原子壳层结构第七章：原子壳层结构第二周期：第二周期：锂（锂（3）、铍、硼、碳、氮、氧、氟、氖（）、铍、硼、碳、氮、氧、氟、氖（10）电子填充：电子填充：1s 1s第一周期：氢、氦第一周期：氢、氦电子填充：电子填充：1s2，2s2,2p6，3s,3s,3p3p3p3p3p3p第三周期：第三周期：钠（钠（11）、镁、铝、硅、磷、硫、氯）、镁、铝、硅、磷、硫、氯、氩（氩（18）电子填充：电子填充：1s 1s，2s2s，2p 2p 2p 2p 2p 2p第四面期：第四面期：钾（钾（19）、钙、钪、钛、钒、铬、锰）、钙、钪、钛、钒、铬、锰、铁钴镍铁钴镍铜铜锌稼锗砷硒溴氪锌稼锗砷硒溴氪（36）钾第钾第19个电子并没有填充个电子并没有填充3d态，而是填充态，而是填充4s态。这是因为态。这是因为4s态态比比3d态有更低能量。这种情况能够用轨道贯通来解释。态有更低能量。这种情况能够用轨道贯通来解释。4s态轨道有比态轨道有比 3d态更大轨道偏心率，发生轨道贯通与原子实激态更大轨道偏心率，发生轨道贯通与原子实激化使其能量更低。化使其能量更低。第12页结束第三节：原子基态电子组态第三节：原子基态电子组态第七章：原子壳层结构第七章：原子壳层结构第二周期：第二周期：锂（锂（3）、铍、硼、碳、氮、氧、氟、氖（）、铍、硼、碳、氮、氧、氟、氖（10）电子填充：电子填充：1s 1s第一周期：氢、氦第一周期：氢、氦电子填充：电子填充：1s2，2s2,2p6，3s,3s,3p3p3p3p3p3p第三周期：第三周期：钠（钠（11）、镁、铝、硅、磷、硫、氯）、镁、铝、硅、磷、硫、氯、氩（氩（18）电子填充：电子填充：1s 1s，2s2s，2p 2p 2p 2p 2p 2p第四面期：第四面期：钾（钾（19）、钙、钪、钛、钒、铬、锰）、钙、钪、钛、钒、铬、锰、铁钴镍铁钴镍铜铜锌稼锗砷硒溴氪锌稼锗砷硒溴氪（36）钾第钾第19个电子并没有填充个电子并没有填充3d态，而是填充态，而是填充4s态。这是因为态。这是因为4s态态比比3d态有更低能量。这种情况能够用轨道贯通来解释。态有更低能量。这种情况能够用轨道贯通来解释。4s态轨道有比态轨道有比 3d态更大轨道偏心率，发生轨道贯通与原子实激态更大轨道偏心率，发生轨道贯通与原子实激化使其能量更低。化使其能量更低。第13页结束第三节：原子基态电子组态第三节：原子基态电子组态第七章：原子壳层结构第七章：原子壳层结构等电子体系等电子体系光谱比较研究说明了光谱比较研究说明了4s态比态比3d态有更低能量：态有更低能量：第14页结束第三节：原子基态电子组态第三节：原子基态电子组态第七章：原子壳层结构第七章：原子壳层结构钾钙填补钾钙填补4s态后态后，从钪（，从钪（21）到镍）到镍（28）填补）填补3d态。这些元素是这个周态。这些元素是这个周期过分元素。期过分元素。到铜到铜(29)，新电子不是简单填补某一空余电子态，而是，新电子不是简单填补某一空余电子态，而是重组重组，取得低能状态：，取得低能状态：电子填充：电子填充：1s2，2s2,2p6，3s2,3p6，4s2,3d 3d 3d 3d 3d 3d 3d 3d电子填充：电子填充：1s2，2s2,2p6，3s2,3p6，4s,3d 3d 3d 3d 3d 3d 3d 3d 3d 3d填满填满3d态，留下一个态，留下一个4s态，成为一价元素。态，成为一价元素。铜后面锌填补剩下铜后面锌填补剩下4s态。态。从稼到氪剩下从稼到氪剩下6个元素填补个元素填补4p态。它们同第态。它们同第2、3周期中填补周期中填补p态电子元态电子元素有相仿性质。惰性气体氪是满次壳层元素，结束第四面期。素有相仿性质。惰性气体氪是满次壳层元素，结束第四面期。第15页结束第三节：原子基态电子组态第三节：原子基态电子组态第七章：原子壳层结构第七章：原子壳层结构第二周期：第二周期：锂（锂（3）、铍、硼、碳、氮、氧、氟、氖（）、铍、硼、碳、氮、氧、氟、氖（10）电子填充：电子填充：1s 1s第一周期：氢、氦第一周期：氢、氦电子填充：电子填充：1s2，2s2,2p6，3s,3s,3p3p3p3p3p3p第三周期：第三周期：钠（钠（11）、镁、铝、硅、磷、硫、氯）、镁、铝、硅、磷、硫、氯、氩（氩（18）电子填充：电子填充：1s 1s，2s2s，2p 2p 2p 2p 2p 2p第五周期：第五周期：铷（铷（37）、锶）、锶，钇锆铌钼鍀钌铑钯银镉铟锡锑碘氙钇锆铌钼鍀钌铑钯银镉铟锡锑碘氙（54）第四面期：第四面期：钾（钾（19）、钙、）、钙、钪钛钒铬锰铁钴镍钪钛钒铬锰铁钴镍 铜锌稼锗砷硒溴氪铜锌稼锗砷硒溴氪（36）电子填充：电子填充：1s2，2s2,2p6，3s2,3p6，4s2,3d8，4p6第四面期结束时第四面期结束时4d、4f还空着，下一元素还空着，下一元素铷铷因为相同理由不填因为相同理由不填4d，而填而填5s,从钇（从钇（39）到钯（）到钯（46）填）填 补补4d态，这些是过分元素态，这些是过分元素，与第四面期铜类似，第，与第四面期铜类似，第47个元素银填满个元素银填满4d后剩下一个电子填后剩下一个电子填5s。随即镉填。随即镉填5s。之后，从铟（。之后，从铟（49）到氙）到氙（54）填）填5p态，与其它周期填态，与其它周期填p态元素有类似性质。态元素有类似性质。第16页结束第三节：原子基态电子组态第三节：原子基态电子组态第七章：原子壳层结构第七章：原子壳层结构第二周期：第二周期：锂（锂（3）、铍、硼、碳、氮、氧、氟、氖）、铍、硼、碳、氮、氧、氟、氖（10）电子填充：电子填充：1s 1s第一周期：氢、氦第一周期：氢、氦电子填充：电子填充：1s2，2s2,2p6，3s2,3p6第三周期：第三周期：钠（钠（11）、镁、铝、硅、磷、硫、氯）、镁、铝、硅、磷、硫、氯、氩（氩（18）电子填充：电子填充：1s2，2s2,2p6第五周期：第五周期：铷（铷（37）、锶钇）、锶钇、锆铌钼鍀钌铑钯银镉铟锡锑碘氙、锆铌钼鍀钌铑钯银镉铟锡锑碘氙（54）第四面期：第四面期：钾（钾（19）、钙、钪、钛、钒、铬、锰）、钙、钪、钛、钒、铬、锰、铁钴镍铜、铁钴镍铜锌稼锗砷硒溴氪锌稼锗砷硒溴氪（36）电子填充：电子填充：1s2，2s2,2p6，3s2,3p6，4s2，4p6,3d10第六周期：第六周期：铯（铯（37）、钡镧系（）、钡镧系（57-71）铪钽钨铼锇铱（）铪钽钨铼锇铱（54）第七周期：第七周期：鈁（鈁（87）镭锕系（镭锕系（89-103）、钡镧系（）、钡镧系（57-71）铪钽钨）铪钽钨铼锇铱（铼锇铱（54）第17页结束第三节：原子基态电子组态第三节：原子基态电子组态第七章：原子壳层结构第七章：原子壳层结构原子填补电子上述次序，不是填充后内部电子能级次序。已填充原子填补电子上述次序，不是填充后内部电子能级次序。已填充后，能级次序仍是按主次量子数决定表后，能级次序仍是按主次量子数决定表2，P205。第18页结束第三节：原子基态电子组态第三节：原子基态电子组态第七章：原子壳层结构第七章：原子壳层结构第19页结束目录第七章：原子壳层结构第七章：原子壳层结构第20页