北京化工大学北方学院无机化学课件 .ppt

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1、第五章原子结构和元素周期性主要内容原子结构的近代概念2.原子中的电子分布3.元素周期系与核外电子分布的关系4.元素原子性质的周期性变化基本要求了解微观粒子的波粒二象性。2.了解波函数与原子轨道、几率密度与电子云的概念。3.掌握四个量子数的意义。4.掌握原子核外电子分布原理及其分布。5.掌握元素周期系与核外电子分布的关系。6.掌握元素性质的周期性变化的内在规律。5.1原子和元素P1275.1.1原子的组成和元素(自学）5.2原子结构的近代慨念P1305.2.1电子的波粒二象性德布罗依粒子性：电子的体积(d约为10-15

2、m)和质量(9.1091×10-31kg)波动性：衍射现象1927年，Davissson（戴维斯）应用Ni晶体进行电子衍射实验，证实电子具有波动性。P131图5.3电子源光栅5.2.2概率P130测不准原理(WernerHeisenberg,1926)微观粒子，不能同时准确测量其位置和动量测不准关系式：x－粒子的位置测不准量P－动量的测不准量每一个电子的行为是难以预料的，但是众多电子的行为却有统计规律。人们将电子波动性称为德布罗依几率波。核外空间某些区域电子出现的机会多，概率大。核外空间某些区域电子出现的机会少，

3、概率小。概率密度——电子在原子核外某处单位体积内出现的概率。概率：有的教材上称几率，我们可以简单地理解为可能性的大小。5.2.3原子轨道P1311.波函数薛定谔波动方程：描述微观粒子运动状态的基本方程ErwinSchrodinger奥地利物理学家波函数Ψ(X、Y、Z)是描述氢原子核外电子运动状态的数学表达式。E:轨道能量（动能与势能总和）x,y,z为微粒的空间坐标m:电子质量V:电子的势能h:普朗克常数(6.63*10-34J·S)薛定谔波动方程的解不是一个具体的数值，而是一系列的ψ==f（x、y、z）的函数式。波函

4、数Ψ１s、Ψ２s、Ψ２p.....Ψi相应的能量值E１s、E２s、E２p.....Ei一个ψ表述了核外电子的一种可能的运动状态的数学表达式。而波函数ψ的空间图象可以理解为电子可能出现的空间。人们延用了波尔原子轨道的慨念。将这种ψ表述了核外电子的一种可能的运动状态的ψ，称为原子轨道。这样，波函数就成了原子轨道的近意词。ψ==原子轨函≌原子轨道薛定谔波动方程的解1.直角坐标(x,y,z)与球坐标(r,θ,φ)的转换5.2.4电子云P1321.概率密度ψ：表述核外电子的一种可能的运动状态的数学表达式。

5、Ψ

6、2：表示电子在原

7、子内核外某处出现的概率密度在光学上:光强度==光子数目/体积即：光密度概率密度：p∝

8、Ψ

9、2因此我们可以用

10、Ψ

11、2表示电子在核外某处出现的慨率密度。2.电子云用小黑点的疏密来表示电子在核外某处出现概率大小的空间图象。原子轨道电子云有正、负为正胖瘦

12、Ψ

13、2的角度分布图

14、Ψ

15、2的角度分布图Ψ的角度分布图5.2.5量子数P143用ψ（γ、θ、φ）描述核外电子的运动状态，既不方便又难以理解。因此，在量子化学上借助4个量子数来进行描述。１.主量子数(n)2.副量子数(角量子数l)①表示原子轨道主层中的亚层轨道以及电子云的形状。

16、同一电子层,l值越小,该电子亚层能级越低。3.磁量子数(m)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=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(简并)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(简并)f轨道.多电子原子轨道：与氢原子类似，其电子运动状态可描述为：1s,2s2px,2py,2pz,3s…能量：与氢原子

17、不同,能量不仅与主量子数n有关,也与副量子数l有关，在外加场的作用下,还与磁量子数m有关。5.3原子中电子的分布P1355.3.1基态原子中电子的分布原理多电子原子核外电子的分布遵从以下四条原理：1.能量最低原理：基态原子，电子尽可能地分布在能级较低的轨道上，使原子处于能级最低状态。泡利不相容原理同一条原子轨道，最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。自旋量子数(ms)的取值1/2与-1/2(顺时针、反时针）4.全满半满规则：当等价(n-1）d轨道中的电子填充数仅差一个电子即可全充满或半充满的情况下，一个电子由ns轨道跃

18、迁入(n-1）d轨道。使(n-1）d轨道满足全充满或半充满状态。使原子保持在低能级状态，是核外电子分布的最基本原则。在同一亚层的等价轨道中,电子尽可能地单独分布在不同的轨道上,且自旋方向相同。3.洪德规则:①l相同，n值越大，E(energy)越大E1s