原子结构和元素周期律

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1、第1章原子结构和元素周期律1.1人类对原子的认识1.历史的回顾Dalton原子学说(1803年)Thomson“西瓜式”模型(1904年)Rutherford核式模型(1911年)Bohr电子分层排布模型(1913年)量子力学模型(1926年)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。2.微观粒子的波粒二象性3.不确定原理与微观粒子运动的统计规律1927年，Heisenberg不确定原理Δx—微观粒子位置的测量偏差Δp—微观粒子的动量偏差微观粒子的运动不遵循经典力学的规律。微观粒子的波动性与粒子行为的统

2、计性规律联系在一起，表现为：微观粒子的波动性是大量微粒运动表现出来的性质，即是具有统计意义的概率波。1.2核外电子的运动状态电子是质量极轻、体积极小、带负电荷的微粒，它在原子这样大小的空间（直径约为10-10m）内做高速运动。它的运动和普通宠观物体不同，它具有自己的特殊规律。1.2.1电子云的概念概率密度现已经证明电子在核外空间所处的位置及其运动速度不能同时准确地确定，也就是不能描绘出它的运动轨迹。在量子力学中采用统计的方法，即对一个电子多次的行为或许多电子的一次行为进行总的研究，可以统计出电子在核外空间某单位体积中出现机会的多少，这个机会在数学上称为概

3、率密度。电子云例如氢原子核外有一个电子，这个电子在核外好像是毫无规则地运动，但是对电子的运动状态统计而言，电子在核外空间的运动是有规律的，在一个球形区域里经常出现，如一团带负电荷的云雾，笼罩在原子核的周围，人们称之为电子云。1.2.2四个量子数1.主量子数（电子层）主量子数表示电子离核的平均距离（电子层），n越大，电子离核平均距离越远。主量子数n的取值：1、2、3….（正整数）n是决定电子能量的主要量子数。n值又代表电子层数，不同的电子层用不同的符号表示：电子层能量高低顺序：K

4、子层：１　２　３　４　５…KLMNO…2.角量子数l(又称副量子数)角量子数l是用来描述不同亚层的量子数和原子轨道形状。每个l值代表一个亚层第一电子层只有一个亚层，n=1l=0第二电子层有两个亚层，n=2l=0、1以此类推。亚层用光谱符号s，p，d，f等表示。l的取值受n的制约，可以取从0到n-1的正整数n=1l=0原子轨道形状sn=2l=0、1原子轨道形状s、pn=3l=0、1、2原子轨道形状s、p、dn=4l=0、1、2原子轨道形状s、p、d、fn=nl=0、1、2…n-1角量子数l亚层符号原子轨道的角度分布图：原子轨道的角度分布图：3.磁量子数m是

5、用来描述原子轨道在空间的伸展方向磁量子数(m)的取值:l=0m=0（1个空间伸展方向）l=lm=+l、0、-l（3个空间伸展方向）l=2m=+2、+l、0、-l、-2（5个空间伸展方向）l=lm＝0，±1，±2，…，±l（2l+1个）4.自旋量子数ms电子自旋现象的实验装置自旋量子数:描述电子自旋运动的量子数称为自旋量子数取值为+1/2和-1/2，符号用“↑”和“↓”表示。由于自旋量子数只有2个取值，因此每个原子轨道最多能容纳2个电子。主量子数、角量子数、磁量子数、自旋量子数的关系s轨道(l=0,m=0):m一种取值,空间一种取向,一条s轨道.p轨道(l

6、=1,m=+1,0,-1)m三种取值,三种取向,三条等价(简并)p轨道.d轨道(l=2,m=+2,+1,0,-1,-2)m五种取值,空间五种取向,五条等价d轨道.f轨道(l=3,m=+3,+2,+1,0,-1,-2,-3)m七种取值,空间七种取向,七条等价f轨道.小结：n：决定电子云的大小l：决定电子云的形状m：决定电子云的伸展方向一个原子轨道可由n,l,m3个量子数确定。一个电子的运动状态必须用n,l,m,ms4个量子数描述。1.Pauling近似能级图1.2.3核外电子排布E1s＜E2s＜E3s＜E4s……Ens＜Enp＜End＜Enf……“能级分裂

7、”E4s＜E3d＜E4p……“能级交错”。l相同的能级的能量随n增大而升高。n相同的能级的能量随l增大而升高。徐光宪的能级高低的近似原则：n+0.7l例如：第四能级组4s<3d<4pn+0.7l4.04.44.7第六能级组6s<4f<5d<6pn+0.7l6.06.16.46.72.屏蔽效应+2e-e-He+2e-He+2-σe-假想He由核外电子云抵消一些核电荷的作用。屏蔽效应：σ为屏蔽常数，可用Slater经验规则算得Z－σ=Z*，Z*——有效核电荷数电子进入原子内部空间，受到核的较强的吸引作用。3.钻穿效应n相同时，l愈小的电子，钻穿效应愈明显：n

8、s＞np＞nd＞nf，Ens＜Enp＜End＜Enf。钠原子的电子云径向分布图4