大学本科无机化学第八原子结构

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1、第八章原子结构8.1氢原子结构8.2多电子原子结构8.3元素周期律人类对原子的认识19世纪英国科学家Dalton提出了原子学说－物质由原子组成，并不可再分。同一种元素的原子质量、形状和性质完全相同，不同元素的原子则不相同。以后人类通过大量的科学实验证明：原子由原子核和核外电子组成，原子核带正电荷，并位于原子中心，电子带负电，在原子核周围空间高速运动。整个原子是电中性的。原子很小，原子核更小。原子核是由质子（正电荷）和中子组成。元素：具有同质子数的同一类原子总称为元素。同位素：质子数相同，而中子数不同的互为同位素，如8.

2、1氢原子结构氢原子光谱与Bohr理论电子的波粒二象性SchrÖdinger方程与量子数氢原子的基态氢原子的激发态一、氢原子光谱与Bohr理论1光和电磁辐射氢原子光谱氢原子光谱特征:①不连续的,线状的.②有规律n=3,4,5,63Bohr理论(1)核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上运动,且不辐射能量;(2)通常保持能量最低------基态(3)获能量激发------激发态(4)从激发态回到基态释放光能E:轨道的能量ν：光的频率h:Planck常数n=3红（Hα）n=4青（Hβ）n=5蓝紫（Hγ）n=6紫（Hδ）Bal

3、mer线系原子能级RH:Rydberg常数二、电子的波粒二象性1924年：LouisdeBroglie认为：质量为m,运动速度为v的粒子,相应的波长为：1927年，Davisson和Germer应用Ni晶体进行电子衍射实验，证实电子具有波动性。电子射线通过一薄晶片时发生的衍射现象三、SchrÖdinger方程与量子数1SchrÖdinger方程直角坐标(x,y,z)与球坐标的转换()()jq,,,,rΨzyxΨÞ2四个量子数(1)主量子数nn=1,2,3,……(2)角量子数l(3)磁量子数m(4)自旋量子数msa、主量

4、子数n,n为1，2，3，4等正整数。n无穷大时，能量为零，基态时,n=1,能量最低（负值），n越大，能级越高。直观可以认为n为原子外电子排列的层数。E-1/n2b、角量子数l,l为0，1，2，...n-1正整数，共有n个，它表示原子轨道（或波函数）的角度分布，即电子云的形状。例如，当l=0,1,2,3时，原子轨道分别用s,p,d,f表示。当n相同时，不同l的原子轨道称为亚层。l越大，能量越高。例如，主量子数n=2时，l可以为0，1，即原子轨道可以有2s,2p,两个亚层，2p电子的能量高于2s。s轨道p轨道d轨道c、磁

5、量子数ml,表示原子轨道在空间的取向，数值可以是0，1，2，....l，对于某个运动状态，可以有2l+1个磁量子数。例如l＝1，ml可以为0，1三个不同的取向，用px,py,pz表示。l＝2,ml可以为0，1,2,五个不同的取向，用dxy,dyz,dxz,dx2-y2,dz2表示d、自旋量子数ms，电子本身作自旋运动。电子自旋有顺时针和逆时针两个方向，因此，自旋量子数为1/2。n,l,m一定,轨道也确定0123……轨道spdf……例如:n=2,l=0,m=0,2sn=2,l=1,m=0,2pzm=12px

6、m=-12pyn=3,l=2,m=0,3dz2思考题:当n为3时,l,m,分别可以取何值?轨道的名称怎样?四、氢原子的基态1总能量2波函数径向部分是一种球形对称分布角度部分3波函数的物理意义Ψ：描述原子核外电子运动的方式

7、Ψ

8、2：原子核外发现电子的几率密度径向分布函数D(r)空间微体积五、氢原子的激发态12s态:n=2,l=0,m=022p态:n=2,l=1,m=+1,0,-133d态:n=3,l=2,m=0,n=3,l=2,m=0n=3,l=2n=3,l=2n=3,l=2n=3,l=2小结:量子数与电子云的关系(1)

9、n:决定电子云的大小(2)l:描述电子云的形状(3)m:描述电子云的伸展方向8.2多电子原子结构多电子原子轨道能级核外电子排布轨道:与氢原子类似,其电子运动状态可描述为1s,2s,2px,2py,2pz,3s……能量:与氢原子不同,能量不仅与n有关,也与l有关;在外加场的作用下,还与m有关一、多电子原子轨道能级1Pauling近似能级图Cotton原子轨道能级图核外电子填充顺序电子排布顺序：1s2<2s2<2p6<3s2<3p6<4s2<3d10<4p6<5s2<4d10<5p6<6s2<4f14<5d10<6p6<7

10、s2<5f14<6d10<7p6…3屏蔽效应+2e-e-He+2e-He+2-σe-假想He屏蔽效应:由核外电子云抵消一些核电荷的作用。σ的值由Slater规则确定4穿钻效应进入原子内部空间，受到核的较强的吸引作用。核外电子排布（核外电子排布三原则）(1)最低能量原理电子在核外排列应尽先分布在低能级轨道上,使整个原子系统能量最低。