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1、2009年南宁二中高中化学奥林匹克竞赛辅导资料第一讲原子结构与元素周期律【知识梳理】一、核外电子的运动状态1、微观粒子的二重性（1）光的波动性（2）光的微粒性2、原子核外电子的运动（1）早期模型：玻尔模型：①电子在一定的轨道上运动、不损失能量。②不同轨道上的电子具有不同能量（2）近代描述—电子云①薛定颚方程的解即原子轨道——电子运动状态。量子数是解方程的量子条件（三个）n、l、m，原子核外的电子运动状态用四个量数描述：n、l、m、ms。实际上，每个原子轨道可以用3个整数来描述，这三个整数的名称、表示符号及取
2、值范围如下：主量子数n，n=1,2,3,4,5,……（只能取正整数），表示符号：K,L,M,N,O,……角量子数l，l=0,1,2,3,……,n－1。（取值受n的限制），表示符号：s,p,d,f,……磁量子数m，m=0,±1,±2,……,±l。（取值受l的限制）当三个量子数都具有确定值时，就对应一个确定的原子轨道。如2p就是一个确定的轨道。主量子数n与电子层对应，n=1时对应第一层，n=2时对应第二层，依次类推。轨道的能量主要由主量子数n决定，n越小轨道能量越低。角量子数l和轨道形状有关，它也影响原子轨道的
3、能量。n和l一定时，所有的原子轨道称为一个亚层，如n=2，l=1就是2p亚层，该亚层有3个2p轨道。n确定时，l值越小亚层的能量约低。磁量子数m与原子轨道在空间的伸展方向有关，如2p亚层，l=1，m=0，±1有3个不同的值，因此2p有3种不同的空间伸展方向，一般将3个2p轨道写成2px,2py,2pz。实验表明，电子自身还具有自旋运动。电子的自旋运动用一个量子数ms表示，ms称为自旋磁量子数。对一个电子来说，其ms可取两个不同的数值1/2或－1/2。习惯上,一般将ms取1/2的电子称为自旋向上，表示为+；将
4、ms取－1/2的电子称为自旋向下，表示为－。实验证明，同一个原子轨道中的电子不能具有相同的自旋磁量子数ms，也就是说，每个原子轨道只能占两个电子，且它们的自旋不同。②核外电子可能的空间状态——电子云的形状。s电子云（球形）p电子云，亚铃形，有三个方向pxpypz。d电子云有五个方向dxydxzdyzdx2-y2dz2（称五个简并轨道，即能量相同的轨道）f电子云有七个方向。3、核外电子的排布（1）多电子原子的能级鲍林的轨道能级图能级交错能级分裂鲍林根据光谱实验的结果，提出了多电子原子中原子轨道的近似能级图，见
5、下图，要注意的是图中的能级顺序是指价电子层填入电子时各能级能量的相对高低。多电子原子的近似能级图有如下几个特点：（a）近似能级图是按原子轨道的能量高低排列的，而不是按原子轨道离核远近排列的。它把能量相近的能级划为一组，称为能级组，共分成七个能级组。能级组之间的能量差比较大。徐光宪教授提出用n+0.7l计算各能级相对高低值，并将第一位数相同的能级组成相应的能级组，如4s、3d和4p的n+0.7l计算值相应为4.0、4.4和4.7，它们组成第四能级组。（b）主量子数n相同、角量子数l不同的能级，它们的能量随l的
6、增大而升高，即发生“能级分裂”现象。例如E＜E＜E。（c）“能级交错”现象。例如E＜E＜E，E＜E＜E＜E。（2）排布规则：①能量最低原理：原子中的电子按照能量由低到高的顺序排布到原子轨道上，遵循能量最低原理。例如，氢原子只有一个电子，排布在能量最低的1s轨道上，表示为1s1，这里右上角的数字表示电子的数目。根据能量最低原理，电子在原子轨道上排布的先后顺序与原子轨道的能量高低有关，人们发现绝大多数原子的电子排布遵循下图的能量高低顺序，这张图被称为构造原理。1s2s3s4s5s6s7s2p3p3d4p4d4f
7、f5p5d5ff5g6p6d6ff7p7d7ff按照n+0.7l的大小顺序排列¯¯1s2s2p3s3p②泡利原理：(Pauliexclusionprinciple)一个原子轨道上最多能排布几个电子的呢？物理学家泡利指出一个原子轨道上最多排布两个电子，且这两个电子必须具有不同的自旋。按照能量最低原理和泡利不相容原理，硼原子B的电子排布是1s22s22p1。其轨道表示式如图：③洪特规则：氮原子的电子排布是1s22s22p3，那么2p轨道上的3个电子在3个2p轨道如何排布呢？洪特在研究了大量原子光谱的实验后总结出
8、了一个规律，即电子在能量相同的轨道上排布时，尽量分占不同的轨道且自旋平行，这样的排布方式使原子的能量最低。可见，洪特规则是能量最低原理的一个特例。因此，氮原子的3个2p电子在3个在2p轨道上的排布为：2p。经验的补充规则：等价轨道全充满、半充满、全空的状态比较稳定。如24号元素Cr和29号元素Cu的电子排布式分别写为：Cr：1s22s22p63s23p63d54s1Cu：1s22s22p63s23p63d104s
