北京中医药大学无机化学复习PDF文件

中药学院关君
基础教学部
(本科用书本科用书) 2012) 2012) 2012年年
原子不可再分
第五章原子结构与元素周期表
第一节原子结构理论的发展
一. 1803. 1803年年，道尔顿原子论二. 1911. 1911年年，卢瑟福的含核模型
三. 1913. 1913年年，玻尔原子结构模型
白光的光谱是(带状光谱)
1.氢原子的光谱实验
原子光谱是(线状光谱)
2. 能量的量子化-----辐射能的吸收或发射是不连续的，
h ：plank 常数n ：主量子数v ：光的频率E = n h v
6.626×10-34 j·s 正整数
(不连续光谱)
(连续光谱)
v ：[ny:][妞]
----波动性
第二节核外电子运动的特征
一. . 量子化量子化量子化特征特征※氢原子光谱实验1. 德布罗意的预言德布罗意的预言：：微观粒子具有波粒二象性。

λ= h/p =h /mv
2. 电子衍射实验
感光屏
镍晶体
电子束
电子枪
二. . 波粒二象性波粒二象性波粒二象性特征特征衍射※电子衍射实验
不能同时确定微观粒子的准确位置和准确动量。

∆x ·∆p ≥ h /(4π)∆x ------位置误差∆p ------动量误差
三. 不确定的特征经典力学量子力学
宏观物体：
微观粒子：粒子性/连续的；
波粒二象性/量子化；小结：能同时确定位置和动量；
不确定原理；（海森堡不确定原理）
F = m a
∆x → 0∆p→ +∞∆p → 0
∆x→ +∞
※(一) 量子数(n , l , m , 1. 名称与取值
①n 主量子数n = 1, 2, 3, 4, … … 正整数
②l 角量子数③m 磁量子数︱m ︱≤ l
④s i 自旋(磁)量子数或-1/2 +1/2
s i )l ＜n 最多取2l +1个值
练习练习：：下列量子数(n,l , m , s i )取值合理的有( )
A. 1, 2, 0, 1/2 C. 4, 2, -3, +1/2
B. 3, 3, 1, -1/2
D. 4, 3, 3, -1/2
E. 4, 3, -2, +1/2√
√
最多取n 个值只有两种取值
l = 0, 1, 2, 3,… … m = 0, ±1, ±2,… …±l ,
是决定轨道能级和电子能量的主要因素
n =1
l =0
1s
n =2l =0l =12s 2p n =3
l =0l =1l =23s 3p 3d n =4
l =0l =1l =2l =34s
4p 4d 4f 轨道能级能量
※思考思考：：有没有1p 2d 3f
l ↑；E ↑。

n ↑；E ↑。

小结：n 与l
l = 0m =0一个s 轨道轨道，，l =1
p x p z p y
d xy l =2m = -1, 0, 1
d x 2-y 2三个等价的p 轨道轨道，，
m = -2, -1, 0, 1, 2
d z 2d yz d xz 五个等价的d 轨道轨道，，
l =3七个等价的f 轨道轨道，，
m = -3, -2, -1, 0, 1, 2,3
※思考思考：：有几个等价的2p 3d
4f
※2l +1 个等价轨道个等价轨道。

3p
小结小结：：描述一个电子的运动状态(n , l , m , s i )：
3. 自旋(
磁)量子数量子数：：s i ：+1/2 -1/2
↑↓
n 轨道的远近l 轨道的形状m 轨道的取向
s i 电子的自旋轨道的能级
s i
轨道运动
→ 自旋运动
电子的运动状态
分子中电子均配对分子中电子均配对，，逆磁性逆磁性；；分子中有单电子分子中有单电子，，顺磁性顺磁性。

④直角坐标系与球坐标系之间的转换
Ψ(x , y , z )
→θ、φ：角坐标
r ：径向坐标径向坐标；；坐标变换
Ψ(r , θ, φ)
2. 原子轨道分布图=径向部分角度部分
原子轨道径向分布图(2D)
※原子轨道角度分布图(3D)
⋅
(分离变量)
Ψ(r , θ, φ)
r , θ, φ
Ψ(r , θ, φ) Y (θ, φ)
R (r )
3. 电子云分布图(概率密度分布图)
=()φθ,,r Ψ2
()r R
2
()
,Y φθ2
径向部分
角度部分
⋅
电子云径向分布图(2D)
※电子云角度分布图(3D)
①电子概率密度径向分布图
②电子云概率密度径向分布图※
R 2–r R 2r 2–r
(又称壳层概率径向分布图)
意义：氢原子的1s 电子云在a 0 处的壳层概率最大处的壳层概率最大。

壳层概率= = 概率密度概率密度概率密度××壳层体积
例3：氢原子的1s 壳层概率径向分布图径向分布图：：
D (r )= R 2·Y 2πr 2·dr 4·= R 2π41·= R
2· r 2·dr πr 2·dr 4
·= R 2· r 2
= Ψ2πr 2·dr
4·dr r
(
)41,Y =πφθD(r)-----r ：氢原子的1s 壳层概率径向分布图径向分布图：：
D(r)-----r R 2r 2-----r r 2R 2-----r ψ2-----r
r
2s
r r 1
r 2
钻穿
钻穿
z
1s
2s
3s
1s
z
y
z
y
(二) 原子轨道能级的规律：
E 4s E 4p E 4d E 4f (1) 一般的一般的，，n ↑ ，E ↑
E 1s E 2s ；E 4s ＜E 3d ；E 5s ＜E 4d ；能级分裂能级交错
E 3d E 4p
E 6s ＜E 4f ＜E 5d ；＜＜＜＜(∵n ↑ , 被屏蔽↑, E ↑)
＜(2) n 相同时, l ↓ ，E ↓ (∵n 相同, l ↓ ，钻穿↑, E ↓)
E 7s ＜E 5f ＜E 6d
(3) 反常的反常的，
，
(三) Pauling 原子轨道近似能级图
能级组
基态原子空轨道的能级
1s,2s2p,3s 3p, 4s3d4p, 5s 4d 5p,6s 4f 5d 6p, 7s 5f 6d 7p
(3) Hund 规则----电子尽可能分占各等价轨道,
且自旋方向相同。

7N ：例2：1s 2电子层结构式电子层轨道式
2p 32s
21s 2p
2s 1s 2p
2s 5B ：例1：1s 2s 2p 2 2 1
1s
2s 2p 电子层结构式电子层轨道式
1s 2s 2p 5B ：
5B ：
•Hund 规则特例原子较稳定。

---等价轨道处于全充满、半充满状态时状态时，，
14s
53d 63p 23s 62p 22s 21s 43d 63p 23s 62p 22s 21s Cr ：24例3：24s 半充满
全充满14s
53d [Ar]Cu ：29
例4：24s 93d [Ar]14s
103d [Ar]例5：29Cu 2+：[Ar]93d p 6，d 10，f 14
p 3，d 5，f 7原子芯(实)[选取惰性原子]
②核外电子的排布最终以光谱实验为准核外电子的排布最终以光谱实验为准。

44Ru: [Kr]4d 65s
244Ru: [Kr]4d 75s
1核外电子排布规则光谱实验13s
32p 22s 21s 42p 2
2s 21s ①Hund 规则特例从d 开始开始，，差1个电子时个电子时。

O ：8例：例：23V ：24s
33d 53d 0
4s [Ar][Ar]例：44Ru:注意:
三. 元素周期系
(一) 元素性质周期性变化的原因：
(二)元素周期表的划分价电子结构的周期性变化：1.周期的划分：
周期数= 电子层数一共7个周期：3个短；3个长；1个不完全
15P
例：第三周期3
3p 23s 62p 22s 21s = 能级组数
从ns 开始，
到nsnp 结束。

周期周期；
；族；区19K 练习练习：：第四周期63p 23s 62p 22s 21s 14s
主族的族数= 价电子数2. 族的划分族的划分：：
ⅤA
⑴主族主族：：15P 例：ⅠA 11Na 例：(最外层)
= (ns + np ) 的总电子数
nsnp ---主族的价电子结构⑵副族副族：：---副族的价电子结构(n -1)dns 副族的族数= 价电子数= [(n -1)d + ns ] 的总电子数例：ⅢB ( ⅢB-ⅦB )[次外层的d + 最外层]21
Sc 3d 14s 21s 22s 22p 63s 23p 31s 22s 22p 63s 23p 6注1:若(n -1)d 未充满未充满，，
且价电子数=3～7 时，1s 22s 22p 63s 1注3:若(n -1)d 全充满全充满，，
副族的族数= ns 电子数注2:若(n -1)d 未充满未充满，，
副族的族数= Ⅷ(ⅠB —ⅧB )
共16个族个族：：(ⅠA —ⅧA )8个主族; 8个副族例：ⅠB 29
Cu 3d 104s 11s 22s 22p 63s 23p 6且价电子数= 8～10 时，例：ⅧB
27Co 3d 74s 21s 22s 22p 63s 23p 6(ⅠB-ⅡB )3p 0( 次外层没有d 轨道)
3. 区的划分
依据最后一个电子所填充的轨道
依据最后一个电子所填充的轨道。

1) s
区
:
最后一个电子填在ns
上。

2) p
区
: ------------------------
np 3)
d 区: -----------------------(n -1)d
4) ds
区:
-----------------------(n -1)d ，且且(n -1)
d
全充满
全充满。

5) f 区: ------------------------ f
s
区
p
区
d
区ds 区例：3Li
1s 22s 1例：13Al
1s 22s 22p 63s 23p 1例：26Fe
3d 64s 21s 22s 22p 63s 23p 6例：29Cu 3d 104s 11s 22s 22p 63s 23p 6
已知某元素原子序数为24，写出该元素原子的电子层结构式，并指出该元素位于元素周期表的？区；第？周期；第？族；？元素。

例：24X
答：第四周期ⅥB d 区Cr 元素
14s 53d [Ar]练习练习：：②Z = 29 ①Z = 17③Z = 47
解：
1.核外电子运动状态的特征
本章总结
5. 元素周期表的划分2. 核外电子运动状态的量子数描述
3. 核外电子运动状态的图形描述
4. 核外电子的排布。