第四章 物质结构简介详解
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1、三大原则：
➢ 保里 (Pauli)不相容原理
每个原子轨道最多只能容纳两个电子，且自旋方向必须相反。
➢ 能量最低原理 在不违背保里不相容原理的前提下，电子总是尽可能占据能量
最低的原子轨道，然后才依次进入能量较高的原子轨道。
➢ 洪特 (Hund)规则 ①电子在同一亚层的等价轨道上排布时，总是尽可能分占不同的 轨道，并且自旋方向相同。 ②等价轨道全满 (p6 , d10, f14 )、 半充满 (p3, d5, f7)和全空(p0, d0, f0 )，能量最低，原子结构稳定。
第四章 物质结构简介
一、四个量子数 二、核外电子的排布
1、核外电子排布 2、原子核外电子构型与周期表 三、元素周期律 1、元素周期表的划分 2、原子半径、电离能、电负性的周期变化 四、化学键理论与杂化轨道 1、离子键 2、共价键
五、分子间的作用力
一、四个量子数
<1>主量子数(n)
取值范围：n＝1,2,3,… （只能是正整数）
1） m 决定原子轨道在空间的取向。轨道轨道数目。 2）磁量子数与电子能量无关。
当l=0时: m=0,即只有一种运动状态，s轨道一种。
▪ 当l = 1时:
m= 0, 1 -1, 即有三种运动状态，p轨道三种。
▪ 当l=2时， m =-2,-1,0,1,2, 即有五种运动状态, d轨道五种。
当指明了电子运动的三个量子数n,l,m,电子运动的轨道也就确定了，
多 电 子 原 子 中 轨 道 填 充 顺 序
1、例：写出下列元素的电子排布式：
42 Mo :1s2 2s2 2p63s23p63d104s2 4p6 4d55s1
Kr4d55
1
s
2 4Cr :1 s2 2 s2 2 p63 s23 p63 d5 4 s1
Ar 3
d5
4
1
s
29Cu :1s2 2s2 2p63s23p63d10 4s1
例： 7N的核外电子排布式为：1s22s22p3
2s
N:
1s
2p
洪特规则是一个经验规则，后经量子力学证明，电子按洪 特规则排布可以使体系的能量最低。
作为洪特规则的特例，等价轨道在全充满(p6，d10，f14)、 半充满(p3，d5，f7) 、全空(p0，d0，f0)状态下比较稳定。
原子核外电子的排布方法示意图
<2>角量子数(l)
取值范围：l＝0,1,2,3,...（n-1）
s 轨道 球形
物理意义：表示电子轨道的形状和在多电子原子中
和主量子数一起决定电子的能量。它的取值受n的限
制。
常用符号： s， p， d, f
l : 0, 1, 2, 3…(n-1)
p 轨道 哑铃形
1)l 对应的能级表示亚层，决定原子轨道形状
m 自旋运动 ms
3…… f……
2s 3pz 3dz2
与一套量子数相对应（自然也有1个能量Ei)
练习
1、写出与轨道量子数 n = 4, l = 2, m = 0 的原子轨道名称。
2、下面那些量子数不合理的？
I. n=2, l=1, m=-1； III. n=2, l=2, m=-1； V. n=2, l=0, m=-1；
Schrodinger E
物理意义：描述电子运动的范围，即通常所说的电子层，决定 电子能量的高低。
常用符号：K, L, M, N, O, P, Q
n： 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
1）主量子数确定电子运动的能量。 n值越大电子所具有的能量 越大。
2）电子出现概率最大的离核的平均距离 。
3）代表电子层或能层。在一个原子内，具有相同量子数的电子，几乎在同样 的空间范围运动，故称为主量子数。n相同的电子为一个电子层。
<4>自旋量子数(ms)
自旋量子数不是由氢原子波动方程解出， 而是根据氢原子光谱的精细 结构实验而引入的。因为电子在简并轨道中运动时，如果在磁场的作用 下，也会发生能量的微小变化，致使线状光谱在磁砀中发生分裂
取物值理范意围义：：+表—示—12，电-子—在—原21 子通示轨常道用中符运号动“的↑空”间或自“旋↓方”向表。
所以说，波函数n,l,m和原子轨道是同义词
例1 当n＝2，l=0时，m的取值只能是m=0，写出其所表示的 原子轨道
2,0,•0 称S轨道
符号：2s
S轨道的形状呈球形对称
例2 当n＝1，l=1时，m的取值可以是-1、0、+1，表示有三个 简并(能量相同的)•原子轨道:
2,1,•0 ； 2,1,•-1 ；2,1,•1。称为P轨道 符号为：2Px，2Py，2Pz ，P轨道的形状呈8字形对称
Ar 3
d10
d
2)在多电子原子中l和主量子数一起决定电子
轨
的能级。 s＜p＜d＜f＜g…
道
的
两
如： 当n=2,l=0 的状态就为2s电子；
种
处在n=2,l=1 的状态为2p电子。
形
状
<3>磁量子数(m)
取值范围：m = 0, ±1, ±2 ……±l
物理意义：表示电子轨道在空间的伸展方向
磁量子数m 取值受角量子数的限制。 m = （2l+1 ）或者0, ±1, ±2, ±3…,…l。
在一个原子中，不可能存在四个量子数完全相同的电子，因此电 子的运动状态可以用四个量子数来描述(n,l,m,ms)
n, l, m 一定, 轨道也确定
0 轨道 s 例如: n =2,
n =3, n =3,
核外电子运动
1
2
p
d
l =0, m =0,
l =1, Fra Baidu bibliotek =0,
l =2, m =0,
n 轨道运动 l
II. n=3, l=0, m=0； IV. n=2, l=1, m=0； VI. n=2, l=3, m=2.
3、某原子中有5个电子，分别具有如下所列的量子数，其
中对应于能量最高的电子的量子数是 A. n=2,l=1,m=1.m2=-1/2 B. n=2,l=1,m=0,ms=-1/2 C. n=3,l=1,m=1,ms=1/2 D. n=3,l=2,m=-2,ms=-1/2 4、请写出Cl原子的最外层电子的量子数。
➢ 电子云分布图： －－－综合了角度部分和径向部分
ns电子云空 间分布图
氢原子基态Bohr半径处
52.9 pm
氢原子的几种 径向分布图：
❖ 峰表示几率出现大的半径位置 ❖ 峰的个数：n - l ❖ n越大，离核越远；n 相同，平
均距离相近
ns电子云空 间分布图
np电子云空 间分布图
二、核外电子排布
➢ 保里 (Pauli)不相容原理
每个原子轨道最多只能容纳两个电子，且自旋方向必须相反。
➢ 能量最低原理 在不违背保里不相容原理的前提下，电子总是尽可能占据能量
最低的原子轨道，然后才依次进入能量较高的原子轨道。
➢ 洪特 (Hund)规则 ①电子在同一亚层的等价轨道上排布时，总是尽可能分占不同的 轨道，并且自旋方向相同。 ②等价轨道全满 (p6 , d10, f14 )、 半充满 (p3, d5, f7)和全空(p0, d0, f0 )，能量最低，原子结构稳定。
第四章 物质结构简介
一、四个量子数 二、核外电子的排布
1、核外电子排布 2、原子核外电子构型与周期表 三、元素周期律 1、元素周期表的划分 2、原子半径、电离能、电负性的周期变化 四、化学键理论与杂化轨道 1、离子键 2、共价键
五、分子间的作用力
一、四个量子数
<1>主量子数(n)
取值范围：n＝1,2,3,… （只能是正整数）
1） m 决定原子轨道在空间的取向。轨道轨道数目。 2）磁量子数与电子能量无关。
当l=0时: m=0,即只有一种运动状态，s轨道一种。
▪ 当l = 1时:
m= 0, 1 -1, 即有三种运动状态，p轨道三种。
▪ 当l=2时， m =-2,-1,0,1,2, 即有五种运动状态, d轨道五种。
当指明了电子运动的三个量子数n,l,m,电子运动的轨道也就确定了，
多 电 子 原 子 中 轨 道 填 充 顺 序
1、例：写出下列元素的电子排布式：
42 Mo :1s2 2s2 2p63s23p63d104s2 4p6 4d55s1
Kr4d55
1
s
2 4Cr :1 s2 2 s2 2 p63 s23 p63 d5 4 s1
Ar 3
d5
4
1
s
29Cu :1s2 2s2 2p63s23p63d10 4s1
例： 7N的核外电子排布式为：1s22s22p3
2s
N:
1s
2p
洪特规则是一个经验规则，后经量子力学证明，电子按洪 特规则排布可以使体系的能量最低。
作为洪特规则的特例，等价轨道在全充满(p6，d10，f14)、 半充满(p3，d5，f7) 、全空(p0，d0，f0)状态下比较稳定。
原子核外电子的排布方法示意图
<2>角量子数(l)
取值范围：l＝0,1,2,3,...（n-1）
s 轨道 球形
物理意义：表示电子轨道的形状和在多电子原子中
和主量子数一起决定电子的能量。它的取值受n的限
制。
常用符号： s， p， d, f
l : 0, 1, 2, 3…(n-1)
p 轨道 哑铃形
1)l 对应的能级表示亚层，决定原子轨道形状
m 自旋运动 ms
3…… f……
2s 3pz 3dz2
与一套量子数相对应（自然也有1个能量Ei)
练习
1、写出与轨道量子数 n = 4, l = 2, m = 0 的原子轨道名称。
2、下面那些量子数不合理的？
I. n=2, l=1, m=-1； III. n=2, l=2, m=-1； V. n=2, l=0, m=-1；
Schrodinger E
物理意义：描述电子运动的范围，即通常所说的电子层，决定 电子能量的高低。
常用符号：K, L, M, N, O, P, Q
n： 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
1）主量子数确定电子运动的能量。 n值越大电子所具有的能量 越大。
2）电子出现概率最大的离核的平均距离 。
3）代表电子层或能层。在一个原子内，具有相同量子数的电子，几乎在同样 的空间范围运动，故称为主量子数。n相同的电子为一个电子层。
<4>自旋量子数(ms)
自旋量子数不是由氢原子波动方程解出， 而是根据氢原子光谱的精细 结构实验而引入的。因为电子在简并轨道中运动时，如果在磁场的作用 下，也会发生能量的微小变化，致使线状光谱在磁砀中发生分裂
取物值理范意围义：：+表—示—12，电-子—在—原21 子通示轨常道用中符运号动“的↑空”间或自“旋↓方”向表。
所以说，波函数n,l,m和原子轨道是同义词
例1 当n＝2，l=0时，m的取值只能是m=0，写出其所表示的 原子轨道
2,0,•0 称S轨道
符号：2s
S轨道的形状呈球形对称
例2 当n＝1，l=1时，m的取值可以是-1、0、+1，表示有三个 简并(能量相同的)•原子轨道:
2,1,•0 ； 2,1,•-1 ；2,1,•1。称为P轨道 符号为：2Px，2Py，2Pz ，P轨道的形状呈8字形对称
Ar 3
d10
d
2)在多电子原子中l和主量子数一起决定电子
轨
的能级。 s＜p＜d＜f＜g…
道
的
两
如： 当n=2,l=0 的状态就为2s电子；
种
处在n=2,l=1 的状态为2p电子。
形
状
<3>磁量子数(m)
取值范围：m = 0, ±1, ±2 ……±l
物理意义：表示电子轨道在空间的伸展方向
磁量子数m 取值受角量子数的限制。 m = （2l+1 ）或者0, ±1, ±2, ±3…,…l。
在一个原子中，不可能存在四个量子数完全相同的电子，因此电 子的运动状态可以用四个量子数来描述(n,l,m,ms)
n, l, m 一定, 轨道也确定
0 轨道 s 例如: n =2,
n =3, n =3,
核外电子运动
1
2
p
d
l =0, m =0,
l =1, Fra Baidu bibliotek =0,
l =2, m =0,
n 轨道运动 l
II. n=3, l=0, m=0； IV. n=2, l=1, m=0； VI. n=2, l=3, m=2.
3、某原子中有5个电子，分别具有如下所列的量子数，其
中对应于能量最高的电子的量子数是 A. n=2,l=1,m=1.m2=-1/2 B. n=2,l=1,m=0,ms=-1/2 C. n=3,l=1,m=1,ms=1/2 D. n=3,l=2,m=-2,ms=-1/2 4、请写出Cl原子的最外层电子的量子数。
➢ 电子云分布图： －－－综合了角度部分和径向部分
ns电子云空 间分布图
氢原子基态Bohr半径处
52.9 pm
氢原子的几种 径向分布图：
❖ 峰表示几率出现大的半径位置 ❖ 峰的个数：n - l ❖ n越大，离核越远；n 相同，平
均距离相近
ns电子云空 间分布图
np电子云空 间分布图
二、核外电子排布