物质结构与性质之原子结构与元素性质

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1、原子结构与元素性质能层：　　原子核外的电子是分层排布的,每一层都可以叫做能层,这样就可以分为K.L.M.N.O.P.Q这7个能层,每个能层最多能排2n2个电子(但是没有这么元素,目前最多的是N层有32个),每个能层又可以为多个能级,掌握电子层排布对了解性质十分重要。能级的概念　　由波尔的理论发展而来的现代量子物理学认为原子的可能状态是不连续的，因此各状态对应能量也是不连续的。这些能量值就是能级。　　能级高中知识①基态　　在正常状态下，原子处于最低能级，电子在离核最近的轨道上运动的定态称为基态．②激发态　　原子吸收能量后从基态跃迁到较高能级，电子在较远的轨道上运动的定态

2、称为激发态．③一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为：　　Ｎ＝n(n-1)/2辐射出的光的频率(即光子的能量)由hν＝Ｅ初－Ｅ终　决定。构造原理　　随电荷数递增，大多数元素的电中性基态原子的电子按如下顺序填入核外电子运动轨道，叫做构造原理（aufbauprinciple）。　　注：aubfbau是德文“构造”。所谓“随电荷递增电子填入轨道”，是一种象形的说法，是一种思维模式，事实上单独地考察某一个多电子原子的电子在原子核外排布是并没有先后填入的次序。原子核外电子排布的原理　　处于稳定状态的原子，核外电子将尽可能地按能量最低原理排布，另外，由于电子

3、不可能都挤在一起，它们还要遵守保里不相容原理和洪特规则，一般而言，在这三条规则的指导下，可以推导出元素原子的核外电子排布情况，在中学阶段要求的前36号元素里，没有例外的情况发生。最低能量原理　　电子在原子核外排布时，要尽可能使电子的能量最低。怎样才能使电子的能量最低呢？比方说，我们站在地面上，不会觉得有什么危险；如果我们站在20层楼的顶上，再往下看时我们心理感到害怕。这是因为物体在越高处具有的势能越高，物体总有从高处往低处的一种趋势，就像自由落体一样，我们从来没有见过物体会自动从地面上升到空中，物体要从地面到空中，必须要有外加力的作用。电子本身就是一种物质，也具有同样

4、的性质，即它在一般情况下总想处于一种较为安全（或稳定）的一种状态（基态），也就是能量最低时的状态。当有外加作用时，电子也是可以吸收能量到能量较高的状态（激发态），但是它总有时时刻刻想回到基态的趋势。一般来说，离核较近的电子具有较低的能量，随着电子层数的增加，电子的能量越来越大；同一层中，各亚层的能量是按s、p、d、f的次序增高的。这两种作用的总结果可以得出电子在原子核外排布时遵守下列次序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p……　　规则E：np＞（n－1）d＞（n－2）f＞ns保里不相容原理　　我们已经知道，一个电子的运动状态要从4个方面来进行描述，即它所处

5、的电子层、电子亚层、电子云的伸展方向以及电子的自旋方向。在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全相同的两个电子存在，这就是保里不相容原理所告诉大家的。根据这个规则，如果两个电子处于同一轨道，那么，这两个电子的自旋方向必定相反。也就是说，每一个轨道中只能容纳两个自旋方向相反的电子。这一点好像我们坐电梯，每个人相当于一个电子，每一个电梯相当于一个轨道，假设电梯足够小，每一个电梯最多只能同时供两个人乘坐，而且乘坐时必须一个人头朝上，另一个人倒立着（为了充分利用空间）。根据保里不相容原理，我们得知：s亚层只有1个轨道，可以容纳两个自旋相反的电子；p亚层有3个轨道，总共可以容纳

6、6个电子；d亚层有5个轨道，总共可以容纳10个电子。我们还得知：第一电子层（K层）中只有1s亚层，最多容纳两个电子；第二电子层（L层）中包括2s和2p两个亚层，总共可以容纳8个电子；第3电子层（M层）中包括3s、3p、3d三个亚层，总共可以容纳18个电子……第n层总共可以容纳2n2个电子。洪特规则　　从光谱实验结果总结出来的洪特规则有两方面的含义：一是电子在原子核外排布时，将尽可能分占不同的轨道，且自旋平行；洪特规则的第二个含义是对于同一个电子亚层，当电子排布处于　　全满（s2、p6、d10、f14）　　半满（s1、p3、d5、f7）　　全空（s0、p0、d0、f0）

7、时比较稳定。这类似于我们坐电梯的情况中，要么电梯是空的，要么电梯里都有一个人，要么电梯里都挤满了两个人，大家都觉得比较均等，谁也不抱怨谁；如果有的电梯里挤满了两个人，而有的电梯里只有一个人，或有的电梯里有一个人，而有的电梯里没有人，则必然有人产生抱怨情绪，我们称之为不稳定状态。基态：　　在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫基态。这是电子的稳定状态。激发态：　　原子或分子吸收一定的能量后，电子被激发到较高能级但尚未电离的状态。激发态一般是指电子激发态，气体受热时分子平动能增加，液体和固体受热时分子振动能增加，但没有