7原子结构和元素周期表 7.1原子结构模型 卢瑟福的原子模型 波尔模型 波尔在氢原子光谱和普朗克量子论的基础上提出了如下假设 (1)在原子中,电子只能沿着一定能量的轨道运动,这些轨道称为稳定轨道。电子运动时所处 的能量状态称为能级。轨道不同,能级也不同。 (2)当电子从某一轨道跃迁到另一轨道时,才能有能量的吸收或放出。 但波尔理论只能解释H原子光谱,不能解释多原子光谱,也不能解释H原子光谱的精细结 构 实际上,微观粒子具有波粒二象性:A=hmV 73核外电子运动状态的近代描述 、波函数与原子轨道(v);几率密度和电子云(v2) 系列与x、y、z有关的波函数,描述电子运动状态(即几率分布,而不是固定轨迹) 其图像即原子轨道,有“+”-”号。每一个v对应能量E 用统计的方法推算出电子在空间各处出现的几率,即几率密度。 如H原子 ψP 离核越远,密度越小 、四个量子数 、主量子数(n) 原子核外电子是分层排布的,即核外具有电子层一能层。离核越远,能级越高。 n:表示电子层离核的远近,即表示核外电子所处能级的高低 n=1234567一电子层 K L M O P C一符号 2、角量子数(1)(副量子数) l:确定了原子轨道的形状。 0123 (n-1)一亚层
1 7 原子结构和元素周期表 7.1 原子结构模型 一、卢瑟福的原子模型 二、波尔模型 波尔在氢原子光谱和普朗克量子论的基础上提出了如下假设： （1）在原子中，电子只能沿着一定能量的轨道运动，这些轨道称为稳定轨道。电子运动时所处 的能量状态称为能级。轨道不同，能级也不同。 （2）当电子从某一轨道跃迁到另一轨道时，才能有能量的吸收或放出。 但波尔理论只能解释 H 原子光谱，不能解释多原子光谱，也不能解释 H 原子光谱的精细结 构。 实际上，微观粒子具有波粒二象性：λ= h/mV 7.3 核外电子运动状态的近代描述 一、波函数与原子轨道（ψ）；几率密度和电子云（|ψ|2） 一系列与 x、y、z 有关的波函数，描述电子运动状态（即几率分布，而不是固定轨迹）。 其图像即原子轨道，有“+”“-”号。每一个 ψ 对应能量 E。 用统计的方法推算出电子在空间各处出现的几率，即几率密度。 如 H 原子： 二、四个量子数 1、主量子数（n） 原子核外电子是分层排布的，即核外具有电子层—能层。离核越远，能级越高。 n：表示电子层离核的远近，即表示核外电子所处能级的高低。 n = 1 2 3 4 5 6 7 —电子层 K L M N O P Q —符号 2、角量子数（l）（副量子数） l：确定了原子轨道的形状。 l = 0 1 2 3 …… （n-1） —亚层 s p d f …… —符号
n相同,I越大,能量越大,即在多电子原子中,角量子数与主量子数一起决定电子的能级 每一个1值表示一种形状的电子云(p103) l=0 亚层 d亚层 圆球形 哑铃形 花瓣形 n,的关系 主量子数(n)1 电子层符号 L 角量子数(1)0010120123 电子亚层符号1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f 3、磁量子数(m) m:表示原子轨道在空间的伸展方向。 m=0,±1,±2 ,,:即1亚层轨道共有(2H+1)个方向的亚层轨道数 1=0s亚层 m=0 个方向:s 1=1p亚层m=0,+1,-1 个方向 1=2d亚层m=0,±1,±2五个方向:dxy,dxz,dyz,dx2-y2,dz2 伸展方向不同,能量完全相同。称等价轨道或简并轨道。 4、自旋量子数(ms) ms:描述电子自身的运动特征 个原子中不可能有两个运动状态完全相同的电子,每个轨道(n、l、m相同)只能容纳两个电 子,这两个电子有不同的自旋方式,取值(+1/2、-1/2),符号“↑”、“”表示 主量子数(n)1 3 电子层符号K 角量子数(1)00 0 0、±1 0、±10、±1 磁量子数(m)000、±100、±1 00、±1 亚层轨道数 3 3 (21+1) 电子层轨道数 9 16 74原子中核外电子的排布 核外电子的排布规律
2 n 相同，l 越大，能量越大，即在多电子原子中，角量子数与主量子数一起决定电子的能级。 每一个 l 值表示一种形状的电子云（p103）： l = 0 l = 1 l = 2 s 亚层 p 亚层 d 亚层 圆球形 哑铃形 花瓣形 n，l 的关系： 主量子数（n） 1 2 3 4 电子层符号 K L M N 角量子数（l） 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3 电子亚层符号 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 3、磁量子数（m） m：表示原子轨道在空间的伸展方向。 m = 0，±1，±2，……，±l；即 l 亚层轨道共有（2l+1）个方向的亚层轨道数。 l = 0 s 亚层 m = 0 一个方向：s l = 1 p 亚层 m = 0，+1，-1 三个方向：px，py，pz l = 2 d 亚层 m = 0，±1，±2 五个方向：dxy，dxz，dyz，dx2 -y 2，dz2 伸展方向不同，能量完全相同。称等价轨道或简并轨道。 4、自旋量子数(mS) mS：描述电子自身的运动特征。 一个原子中不可能有两个运动状态完全相同的电子，每个轨道（n、l、m 相同）只能容纳两个电 子，这两个电子有不同的自旋方式，取值（ +1/2、-1/2），符号“↑”、“↓”表示。 主量子数（n） 1 2 3 4 电子层符号 K L M N 角量子数（l） 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3 电子亚层符号 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 磁量子数（m） 0 0 0、±1 0 0、±1 0、±1 ±2 0 0、±1 0、±1 ±2 0、±1 ±2、±3 亚层轨道数 （2l+1） 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 电子层轨道数 （n 2） 1 4 9 16 7.4 原子中核外电子的排布 一、核外电子的排布规律
1、泡利不相容原理 同一原子中不可能有四个量子数完全相同的电子,即每个轨道最多只能容纳两个自旋方向相 反的电子 例1:Nals2s2p3s 电子在轨道的分布: 围[[1 2、能量最低原理(pl08图7-8) 在不违背相容原理的前提下,电子的排布方式应使得系统的能量最低 3、洪特规则 同一亚层的等价轨道上,电子将尽可能占据不同的轨道,且自旋方向相同。 例2:N71s2s32p3 电子在轨道上的分布: ④④①①⑩ 1s22s22p 电子在轨道上的分布: ④④④①① 1s22s22p4 特例:等价轨道(伸展方向不同,能量完全相同。称等价轨道或简并轨道。)在全充满、半充 满或全空的状态下是比较稳定的 例4:Cr24根据前两个原理,应为:1s2s2p3s23p3d+4s2(p114) 二、周期系中各元素原子的电子层结构(pl10、11 、原子电子层结构与元素周期表的关系 、元素的外层电子构型 为书写方便:Cr24[Ar]3d54sCu29[Ar]3d104s [Ar]3d54s:核外电子分布 Ar]:原子实,指原子内层电子分布与相应的希有气体原子的电子排布相同。 3d54sl:价电子构型。反应元素原子电子层结构的特征,从中可看出:元素原子结构、性质、 价电子 价电子:原子参加化学反应时,能提供成键的电子。 4s:最外层电子构型。 2、族与价电子构型
3 1、泡利不相容原理 同一原子中不可能有四个量子数完全相同的电子，即每个轨道最多只能容纳两个自旋方向相 反的电子。 例 1：Na11 1s22s22p63s1 电子在轨道的分布： 2、能量最低原理（p108 图 7-8） 在不违背相容原理的前提下，电子的排布方式应使得系统的能量最低。 3、洪特规则 同一亚层的等价轨道上，电子将尽可能占据不同的轨道，且自旋方向相同。 例 2：N7 1s22s22p3 电子在轨道上的分布： 例 3：O8 1s22s22p4 电子在轨道上的分布： 特例：等价轨道(伸展方向不同，能量完全相同。称等价轨道或简并轨道。)在全充满、半充 满或全空的状态下是比较稳定的。 例 4：Cr24 根据前两个原理，应为：1s22s22p63s23p63d44s2 (p114) 二、周期系中各元素原子的电子层结构（p110、111） 三、原子电子层结构与元素周期表的关系 1、元素的外层电子构型 为书写方便： Cr24 [Ar]3d54s1 Cu29 [Ar]3d104s1 [Ar]3d54s1：核外电子分布 [Ar]：原子实，指原子内层电子分布与相应的希有气体原子的电子排布相同。 3d54s1：价电子构型。反应元素原子电子层结构的特征，从中可看出：元素原子结构、性质、 价电子。 价电子：原子参加化学反应时，能提供成键的电子。 4s1：最外层电子构型。 2、族与价电子构型
价电子构型 ⅡA 个电子填入ns或np ⅢB (n-1)dns- ⅣB(m1)ms2IBⅦB:副族元素,最后一个 VB(n-1)d'ns2电子填入(n1)d或(n2)f ⅥB n-1)d'ns' 镧系、锕系 Ⅷ(B)(n-1)dl0ns2 Ⅷ(B)d-10s12 (Pd无ns电子) I B (n-1)dns ⅣA nsn ⅥA nsnp ⅦA 0(ⅧA)|ns2或nsnp 根据周期、族和原子结构特征的关系可将周期表中的元素划分为四个区域: 价电子构型 s区:IA、ⅢA,ns, d区:过渡元素:ⅢB-Ⅷ(B),(n-1)d-l0ns1-2 IB、ⅡB,ds区:(n-1)d0ns2 p区:ⅢAⅧA,nsnp326 f区:镧系,锕系 3原子的电子层结构和元素周期系的关系(pl17
4 族 价电子构型 ⅠA ns1 ⅠA-ⅦA：主族元素，最后 ⅡA ns2 一个电子填入 ns 或 np ⅢB (n-1)d1ns2 ⅣB (n-1)d2ns2 ⅠB-ⅦB：副族元素，最后一个 ⅤB (n-1)d3ns2 电子填入（n-1）d 或（n-2）f ⅥB (n-1)d5ns1 镧系、锕系 ⅦB (n-1)d5ns2 Ⅷ（B） (n-1)d6-10ns1-2 Ⅷ(B):d6-10s 1-2 （Pd 无 ns 电子） ⅠB (n-1)d10ns1 ⅡB (n-1)d10ns 2 ⅢA ns2np1 ⅣA ns2np2 ⅤA ns2np3 ⅥA ns2np4 ⅦA ns2np5 0（ⅧA） ns2 或 ns2np6 根据周期、族和原子结构特征的关系可将周期表中的元素划分为四个区域： 价电子构型 s 区：ⅠA、ⅡA，ns1，ns2 d 区：过渡元素： ⅢB -Ⅷ（B），（n-1）d 1-10ns1-2 ⅠB、ⅡB，ds 区：（n-1）d 10ns1-2 p 区：ⅢA-ⅧA，ns2np1-6 f 区：镧系，锕系 3.原子的电子层结构和元素周期系的关系(p117)