原子结构与元素周期性

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1、第五章原子结构与元素周期性一、原子与元素（自学）原子序数Z=核内质子数=核电荷数=核外电子数二、原子轨道能级1定态轨道2轨道能级:不同的能力状态离核越近,能量越低正常状态---基态激发态三原子结构的近代概念运用1926年薛定谔建立起量子力学讨论研究原子结构，形成了近代概念。（一）电子的波粒二象性。20世纪初，发现光具有波粒二象性(1)电子具有微粒性。确定体积（直径d=10-15m）和质量（9.1×10-31kg）(2)电子具有波动性。1927年科学家们用电子衍射实验。p131图示电子衍射环纹。与光的衍射图相似。质子、中子等微观粒子也具有波粒二象性。经典力学（宏观物

2、质）在证明微观粒子物质上出现问题。（二）原子轨道1、波函数1926年薜定谔根据波粒二象性的概念提出了一个描述微观离子运动的基本方程——薜定谔波动方程。1.它体现了波粒二象性。2.它体现出了轨道和能量的量子化：欲使此方程有合理的解，有三个初始化条件：nlm，都为整数。nlm为三个量子数，当这三个量一定时，电子运动的能量就确定了，即波函数有确定的解。3.体现出了电子运动的统计性波函数ψ是表示电子运动状态的函数，给定空间坐标后，就可求出波函数。ψ2表示该轨道电子在这点上出现的几率密度。这样就体现了电子运动的统计性。概率密度ρ：电子在原子核外空间某处单位体积内出现的概率薛

3、定锷方程体现了微观粒子运动的三大特征。原子轨道:就指电子运动的波函数，它不是说电子运动有特定的轨道，我们只能说它在某一区域出现的概率大小和该电子的能量。比较原子轨道的角度分布图Y和电子云2的角度分布图Y2可得：相似点：图形基本相似。不同点：（1）原子轨道角度分布图有“+”、“-”之分，而电子云图的角度分布图均为“+”；（2）电子云图要“瘦”些，因Y值一般是小于1的。（四）量子数1、主量子数（n）它表示原子轨道的层数,n=1,2,…n.决定电子能量的主要因素。n越小，能量越低。电子层符号：KLMN……（1）描述电子层离核的远近；(2）描述电子层能量的高低。2

4、、副（角）量子数（l）表示在同一层原子轨道中的不同亚层,每个亚层有不同的形状。数值可取0,1,…n-1，n与l共同决定轨道的能量。副量子数(l):0123(n-1)电子亚层符号:spdf…原子轨道(亚层)球形哑铃形花瓣形（1）在多电子原子中与n一起决定电子亚层的能量，l值越小，亚层能量越低（2）每一个l值决定电子层中的一个亚层（3）每一个l值代表一种电子云或原子轨道的形状3、磁量子数(m)取值：受l限制，取-l,…-2,-1,0,1,2,……+l(即0,±1±2…±l)原子轨道符号：sPz,Px,Pydz2,dx2,dy2,dx2-y2,dxy4、自旋量子数（ms

5、）含义：描述核外电子的自旋状态(绕电子自身的轴旋转运动）取值：±描述一个电子:4个量子数描述一个轨道:3个量子数电子所在的电子层，原子轨道能级，形状，方向及电子自旋的方向与何种量子数相关?n=1l=0s轨道m=0无伸展方向l=1，p轨道，是哑铃型，m=-1,0,+1,有三个方向l=2，花瓣型，m=-2,-1,0,+1,+2,五个方向例：下列各组量子数中，哪组正确1.n=3,L=2,m=-2;2.n=4,L=-1,m=03.n=4,L=1,m=-24.n=3,L=3,m=-3研究表明：在同一原子中，不可能有运动状态完全相同的电子存在。同一原子中每个电子中的四个量子数

6、不可能完全相同每一个轨道只能容纳两个自旋方向相反的电子原子结构的近代概念（原子力学的原子模型）归纳，重点有：（1）电子具有波粒二象性，核外电子运动没有固定的轨道，但具有按照几率分布的统计规律性（2）波函数是描述核外电子运动的数学表达式（3）原子轨道为的空间图象，以角度分布的空间图象，作为原子轨道角度分布的近似描述（4）以

7、

8、2的空间图象——电子云来表示核外空间电子出现的概率密度（5）以四个量子数来确定核外每一个电子的运动状态三、核外电子的分布：（一）基态原子中电子分布原理：根据原子光谱实验的结果和对元素周期系的分析、归纳，总结出核外电子分布的基本原理（两个

9、原理一个规则）1、泡利（Pauli）不相容原理在同一原子中，不可能有四个量子数完全相同的电子存在。即每一个轨道内最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。2、能量最低原理多电子原子处于基态时，核外电子的分布在不违反泡利原理前提下，总是尽先分布在能量较低的轨道，以使原子处于能量最低状态。3、洪特(Hund)规则原子在同一亚层的等价轨道上分布电子时，尽可能单独分布在不同的轨道，而且自旋方向相同（或称自旋平行）。这种分布时，原子的能量较低，体系稳定。N1s22s22p3的轨道表示式（二）多电子原子轨道的能级鲍林（Pauling）近似能级图。1939年,表示各原子轨道之间能量的

10、相对高低顺