原子结构06 无机化学课件.ppt

浙江省化学夏令营 讲课人： 浙江大学化学系贾之慎教授 E-mail:jzsjj60@ 第三章 原子结构与元素周期律 3-1 原子核外电子的运动状态 3-2 核外电子的排布 3-3 原子的电子层结构和元素周期表 3-4 元素基本性质的周期性 氢原子光谱示意图 1913年，瑞典物理学家里德堡(J.R.Rydberg)仔细测定了氢原子光谱可见光区各谱线的频率，找出了能概括谱线之间普遍关系的公式，里德堡公式： (7-6) 式中n1、n2为正整数，且n2 n1，R? = 3.289 ? 1015s?1，称里德堡常量。 氢在可见光区(波长? = 400?700 nm)有4条颜色不同的亮线，与里德堡公式相吻合。计算见P7-5。 电子衍射实验示意图 海森堡测不准原理（1927，海森堡，德国物理学家） 普郎克常数 薛定谔（Schr?dinger）方程 (1)主量子数(n) 在同一原子内，具有相同主量子数的电子，可看作构成一个核外电子“层”。 n可取的数为1，2，3，4，… ，目前只到7，分别表示为K,L,M,N,O,P,Q n值愈大，电子离核愈远，能量愈高。由于n只能取正整数，所以电子的能量是量子化的。对氢原子来说，其电子的能量可用下式表示： 角量子数 (l ) 具有相同l值的可视为处于同一“亚层”。 l可取的数为0，1，2，… (n –1) ， 共可取n个，在光谱学中分别用符号s，p，d，f，…表示，相应为s亚层和p亚层、s电子和p电子之称。 l决定原子轨道的形状。在多电子原子中，当n相同时，不同的角量子数l（即不同的电子云形状）也影响电子的能量大小。 (3)磁量子数(m) m值反映原子轨道在空间的伸展方向。 m可取的数值为0，?1，?2，?3，…?l，共可取2l +1个值。 例：当l = 0时，按量子化条件m只能取0，即s电子云在空间只有球状对称的一种取向，表明s亚层只有一个轨道； 当l =1时，m依次可取?1，0，+1三个值，表示p电子云在空间有互成直角的三个伸展方向，分别以px、py、pz表示，即p亚层有三个轨道 (4)自旋量子数 (ms) 用高分辨率的光谱仪在无外磁场的情况下,可观察到氢原子光谱有分裂现象，说明电子运动应该有两种不同的状态。 为了解释这一现象而提出第四个量子数——自旋角动量量子数， ms 原因：电子除绕核运动外，自身还做自旋运动。用自旋角动量量子数ms = +1/2或ms = ?1/2分别表示电子的两种不同的自旋运动状态。通常图示用箭头?、?符号表示。 To Sum: 主量子数n和角量子数l决定核外电子的能量； 角量子数l还决定电子云的形状； 磁量子数m决定电子云的空间取向； 自旋量子数ms决定电子运动的自旋状态。 根据四个量子数可以确定核外电子的运动状态。 3-2 多电子原子的核外电子排布 多电子原子的能级 多电子原子电子排布规则 相近能级分组与特征电子构型 氢原子和类氢原子核外只有一个电子，它只受到核的吸引作用，其波动方程可精确求解，其原子轨道的能量只取决于主量子数n，在主量子数n相同的同一电子层内，各亚层的能量相等。如E2s=E2p，E3s=E3p=E3d,等等。 在多电子原子中，电子不仅受核的吸引，电子与电子之间还存在相互排斥作用，相应的波动方程就不能精确求解，电子的能量不仅取决于主量子数n，还与轨道角动量量子数l有关。 核外电子排布规则 屏蔽效应和钻穿效应 核外电子排布的一般规则 能量最低原理 洪特规则 电子排布式与电子构型 7N的核外电子排布 电子结构式（电子排布式、电子构型): 1s22s22p3 轨道排布式: 核外电子的排布实例 A 11Na 1S22S22P63S1 19K 1S22S22P63S23P64S1 不是3d1 钾和钠具有相似性质，填布符合元素周期系的规律 由于内层填满后都一样，故常仅填最外层价电子，如K [Ar]4S1 (外层电子排布式) 核外电子的排布实例 B 24Cr 3d54S1 而非 3d44S2 29Cu 3d10 4S1而非 3d9 4S2 因为 全满、全空、半满时能量最低。 按主量子数填写能级顺序。(3d4s非4s3d) 外层电子排布式按周期表中位置填写，且填完整 Cr 3d54S1 而非