原子轨道的空间取向自旋量子数.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,*,Chapter 1 物质结构 元素周期律,1.1 原子结构 原子核外电子排布,1,核外电子排布,1,第一层 第二层 第三层 第四层 第五层 第六层 第七层,K L M N O P Q,在含有多个电子的原子里，,电子的能量并不相同。能量低,的电子通常在离核近的区域运,动，能量高的电子通常在离和,核远的区域运动。,通常用电子层来表示这种离,核远近的不同区域。,能量逐渐升高,2,核外电子排布规律,规律1:,各电子层最多可容纳的电子数为,2n,2,（n表示电子层序数）；,规律2：,原子核外电子排布时，最外层不,超过,8,个电子，次外层不超过,18,个，倒数第三层不超过,32,个。,电子层 K L M N O,容纳最多电子数 2 8 18 32 50,3,核外电子运动的波粒二象性,2,光的波粒二象性,光的波动性:,光在传播过程中会产生干涉、,衍射等现象，具有波的特性；,光的粒子性：,光在与实物作用时，表现出粒子的特性。,光既具有波动性，又具有粒子性，为说明光的,一切行为，只能说光具有,波粒二象性,。,4,电子的波粒二象性,1923年德布罗依（,de Broglie,）在光的波粒二象性的启发下，大胆预言了电子也具有波粒二象性，并推导出德布罗依关系式：,=h/P=h/mv,h:普朗克常数，6.626,10,-34,J,s,德布罗意,L.de Broglie,法国物理学家,获1929年Nobel物理奖,5,Heisenberg测不准原理,具有波粒二象性的微观粒子，不能同时测准其位置和速度（动量）。如果微粒的运动位置测得愈准确，则相应的速度愈不易测准，反之亦然。,海森堡,Werner Carl Heisenberg,1902-1972,德国物理学家,获1932年Nobel物理奖,6,式中,x 表示,位置测不准量，,P 表示,动量测不准量，,h 为普朗克常数,(,6.626,10,-34,Js,),，为圆周率，,m,为,质量，,v 表示速度的测不准量。,Heisenberg测不准原理,7,电子云的概念,假想将核外一个电子每个瞬间的运动状态，进行摄影。并将这样数百万张照片重叠，得到如下的统计效果图，形象地称为电子云图。,电子云没有明确的边界，在离核很远的地方，电子仍有出现的可能，但实际上在离核200300pm以外的区域，电子出现的概率可以忽略不计。,核外电子运动的运动状态,2,8,四个量子数,主量子数,n,1，2，3，4,角量子数,l,0，1，2，3，(,n,-1)，共,n,个取值,磁量子数,m,0，,1,，,2,，,，,l,，,共2,l,+1,个取值,自旋量子数,m,s,核外电子运动状态的描述,9,主量子数,n,取值 1,2,3,4,n 为正整数(自然数),能量量子化,光谱学上用,K,L,M,N,表示,意义：,表示电子离核平均距离远近及电子能量高低的量子数。,n=1表示第一层(K层)，能量最低，离核最近。n的数值大，电子距离原子核远，则具有较高的能量。,10,主量子数n,1,2,3,4,5,6,7,电子层,一,二,三,四,五,六,七,符号,K,L,M,N,O,P,Q,主量子数,n,11,角量子数,l,用来描述核外电子运动所处原子轨道（或电子云）形状的，也是决定电子能量的次要因素。,对于确定的主量子数,n,，角量子数,l,可以为 0,1,2,3,4,(,n,-1)，共,n,个取值，光谱学上依次用,s,p,d,f,g,表示。,意义,角量子数,l,决定原子轨道的形状,l,0 1 2 3 4 ,符号,s p d f g ,12,角量子数,l,n,=4 时：,l,=0,表示,s,轨道，能量最低，形状为球形，即,4,s,轨道；,l,=1,表示,p,轨道，形状为哑铃形，,4,p,轨道；,l,=2,表示,d,轨道，形状为花瓣形，,4,d,轨道；,l,=3,表示,f,轨道，能量最高，形状复杂,4,f,轨道,13,磁量子数,m,描述原子轨道（或电子云）在空间伸展方向的量子数。,M,取值：,0,1,2,3,l,，共有（,2,l,+1,）个数值,意义,m,决定原子轨道的空间取向,Eg,.,若,l,=3,，则,m,=0,1,2,3,共,7,个值。,14,磁量子数,m,当,l,=0,时，,m=0,，即,s,亚层只有一个伸展方向；,当,l,=1,时，,m=-1,0,+1,，即,p,亚层有,3,个伸展方向，,分别沿直角坐标系的,x,y,z,轴方向伸展，依次称为,p,x,p,y,p,z,;,当,l,=1,时，,m=-2,，,-1,，,0,，,+1,，,-1,，,-2,，即,d,亚层有,5,个伸展方向，依次称为,d,xy,，,d,yz,，,d,xz,，,d,x2,y2,，,d,z2,;,依此类推，轨道,f,亚层有,7,个伸展方向。,15,原子轨道的空间取向,16,自旋量子数,m,s,描述电子自旋方式的量子数，,用,m,s,表。,m,s,称为自旋量子数，取值只有两个，+和。电子的自旋方式只有两种，通常用“,”和 “”表示,顺时针、逆时针,。,17,填充允许的量子数,n,=2,l,=(),m,=1,m,s,=+1/2,n,=2,l,=1,m,=(),m,s,=+1/2,n,=3,l,=0,m,=(),m,s,=+1/2,n,=(),l,=2,m,=0,m,s,=+1/2,n,=2,l,=(),m,=-1,m,s,=+1/2,n,=4,l,=(),m,=0,m,s,=+1/2,n,=4,l,=2,m,=(),m,s,=,1/2,1,0,1,0,3,1,0,0,1,2,18,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,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,请找出不合理的量子数,19,填表,7,3,5,1,轨道个数,3,1,2,0,角量子数,5,4,3,2,主量子数,存在,存在,存在,不存在,存在,是否存在,5f,4p,3d,2d,2s,电子组态,20,近似能级图,近似能级图是按原子轨道的能量高低顺序排列的，能量相近的划为一组，成为能级组，共七个能级组。,能级组的存在，是周期表中化学元素可划分为各个周期及每个周期应有元素数目的根本原因。,对于4、5、6、7能级组，在一个能级中包含不同电子层的能级现象称为能级交错,21,多电子原子中的能级图,能级交错现象,22,l,相同，,n,越大，能量越高,Eg,.E,1s,E,2s,E,3s,E,4s,;E,2p,E,3p,E,4p,E,5p.,n,相同，,l,越大，能量越高,同一主层中各亚层能级产生差别的现象叫做,能级分裂,.,Eg,.E,2s,E,2p,;,E,ns,E,np,L M N,（1）同一轨道组的电子之间,=0.35,1s组为0.30；,（2）被屏蔽电子为ns，np时，(n-1)轨道组的每个电子的=0.85，小于(n-1)轨道组的每个电子的=1.00，被屏蔽电子为nd,nf时位于它左边的各轨道组的每个电子的=1.00。,屏蔽效应,28,在原子核附近出现的概率较大的电子，可更多地避免其余电子的屏蔽，受到核的较强的吸引而更靠近核，这种进入原子内部空间的作用叫做,钻穿效应。,与屏蔽效应相反，外层电子有钻穿效应。外层角量子数小的能级上的电子，如4s电子能钻到近核内层空间运动，这样它受到其他电子的屏蔽作用就小，受核引力就强，因而电子能量降低，造成E（4s）E(3d)。,钻穿能力：ns np nd nf,能级分裂结果：E,ns,E,np,E,nd,3p 3d,30,核外电子排布原理,能量最低原理,泡利不相容原理,洪特规则,31,能量最低原理,按照近似能级图，核外电子总是尽先排布在能量最低的轨道上，当能量最低的轨道排满后，电子才依次排布在能量较高的轨道上。,电子先填充能量低的轨道，后填充能量高的轨道。尽可能保持体系的能量最低。,E,1s,E,2s,E,3s,E,4s,E,3s,E,3p,E,3d,32,能量最低原理,n=1,2,3,4,5,6,7,电子层 K L M N O P Q,33,在一个原子中，不可能存在四个量子数完全相同的两个电子。一个原子轨道最多只能容纳两个电子，而且这两个电子的自旋方式必须相反。,电子层的最大容量：2,n,2,泡利,Wolfgang Pauli,1900-1958,奥地利裔美国物理学家,获1945年Nobel物理奖,泡利不相容原理,34,“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。”,洪特,Friderich Hermann Hund,1896-1997,德国物理学家,洪特规则,35,电子分布到能量相同的等价（,简并,，即,n,相同,）,轨道时，总是尽先以自旋相同（自旋平行,）,的方向，单独占据能量相同的轨道，即总是以自旋相同的方式分占尽可能多的轨道。各轨道保持一致，则体系的能量低。,洪特规则,6,C：1s,2,2s,2,2p,2,1s,2s,2p,x,2p,y,2p,z,1s,2s,2p,x,2p,y,2p,z,7,N：1s,2,2s,2,2p,3,36,作为 Hund 规则的特例，简并轨道在全充满(p,6,，d,10,，f,14,)、半充满(p,3,，d,5,，f,7,)和全空(p,0,，d,0,，f,0,)时是比较稳定的。,重要的特例:,洪特规则补充,37,基态原子的电子排布,能级交错现象：电子进入轨道的能级顺序,1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p,电子由最低能量的1s轨道依次填入，每个轨道最多只能填入2个电子。,元素电子填到最后能级组注意,洪特规则特例,主量子数相同的按,角量子数大小,顺序书写,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,5,4s,1,主量子数整理,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,4s,1,3d,5,由洪特规则特例,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,4s,2,3d,4,能量最低排布,24,Cr,38,核外电子排布表达方式,39,Eg.1 分别写出原子序数为13、19、27、33元素的原子的电子排布式。,Al:1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,1,K:1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,4s,1,Co:1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,7,4s,2,As:1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,10,4s,2,4p,3,40,Eg.2 以(1)为例，完成下列(2)至(6)题:,(1)Na(z=11)1s,2,2s,2,2p,6,3s,1,(2)_ 1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,3,(3)Ca(z=20)_,(4)_(z=24)3d,5,4s,1,(5)_ Ar3d,10,4s,1,P(z=15),Ar,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,4s,2,Cr,Cu(z=29),41,判断题,对于Sc来说，下列哪一个电子排布正确：,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,4s,2,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,4s,2,3d,1,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,1,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,4s,3,以上均不正确,42,综合题,已知某元素在氪前，当此元素的原子失去3个电子后，在它的角量子数为2的轨道内，电子恰为半充满，试推断该元素为何元素？,43,解答,氪原子序数36，核外电子排布：,Ar3d,10,4s,2,4p,6,角量子数为2的轨道(l=2):,n3，d 轨道,最外层电子排布应为：,3d,x,4s,y,失去的3个电子可能包括：,4s 上的2个电子和3d 上的1个电子,失去电子的3d 轨道内电子恰为半充满：,中性元素的3d电子数为6,则该元素核外电子排布：,Ar3d,6,4s,2,原子序数为：,26,该元素为,铁,(,Fe,)。,44,45,