原子结构和分子结构
原子与分子的结构

原子与分子的结构原子和分子是构成物质的基本单位,它们的结构对物质的性质和行为起着重要的决定性作用。
本文将从原子和分子的组成以及结构的角度来探讨原子与分子的结构。
一、原子的结构原子是物质的最小单位,由原子核和电子组成。
原子核位于原子的中心,由质子和中子组成,而电子则围绕原子核运动。
1. 原子核原子核由质子和中子组成。
质子带正电荷,中子不带电荷。
质子和中子的质量几乎相同,都远大于电子的质量。
2. 电子电子是负电荷的基本粒子,质量很小。
电子围绕原子核以轨道运动,形成电子云。
电子云的轨道可以分为不同能级,每个能级可以容纳一定数量的电子。
二、分子的结构分子是由两个或多个原子通过化学键连接在一起形成的。
分子的结构包括原子的排列方式以及化学键的类型和角度。
1. 原子排列分子中原子的排列方式决定了分子的种类和性质。
不同原子可以通过共价键、离子键或金属键连接在一起形成分子。
2. 化学键化学键是原子之间的相互作用力,包括共价键、离子键和金属键。
- 共价键是通过原子间的电子共享形成的。
共价键可以分为单键、双键、三键等,共享的电子越多,化学键越强。
- 离子键是由带正电荷的离子和带负电荷的离子之间的电荷吸引力形成的。
离子键通常存在于正负离子化合物中。
- 金属键是金属原子间的电子云形成的。
金属键的特点是电子自由移动,使得金属具有良好的导电性和热传导性。
三、原子与分子间的相互作用原子和分子间存在着相互作用,这些相互作用对物质的性质和行为有着重要的影响。
1. 范德华力范德华力是分子间的吸引力,是由于分子之间的瞬时或短时极化而产生的。
范德华力对于非极性分子尤为重要,它影响着分子的状态、相变和溶解度等性质。
2. 氢键氢键是一种特殊的化学键,它是由于分子中氢原子与较电负的原子(如氧、氮、氟)之间的吸引作用形成的。
氢键在生物分子的结构和功能中起着重要的作用。
3. 离子间相互作用离子间相互作用是来自带电离子间的相互吸引力和排斥力。
离子间相互作用决定了离子晶体的结构和性质,也影响了溶液的电导性和溶解度等。
原子结构与分子结构

+1 0 -1
+2 +1 0 -1 -2 +3 +2 +1 0 -1 -2 -3 上页 下页 目录 返回
3
5 7
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
H +
Cl
H Cl
H2O
H O H
NH3 H N H H
(二)、现代价键理论 1927年,海特勒、伦敦解H2分子的薛
定谔方程,共价键的本质才得以解释。 于是,建立了现代价键理论
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1、氢分子的形成 解氢分子的薛定谔方程时得知:两个
氢原子的未成
对电子靠近时
,系统能量 的变化如图:
光谱实验序列
[Ar] 3d 5 4s 1 [Kr] 4d 5 5s 1 [Ar] 3d 10 4s 1
Ag
Au
[Kr] 4d 9 5s 2
[Xe] 4f 145d 9 6s 2
[Kr] 4d 10 5s 1
[Xe] 4f 14 5d10 6s 1
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第二节 化学键与分子结构
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3、 共价键的类型 (1)键
若原子轨道沿键轴(S轴)方向以“头碰头” 方式重叠,如S-S,S-Px,Px-Px重叠, 所形成的共价键称为键,这种键的电子云以 圆柱形沿键轴对称分布。
(2) 键
若原子轨道以“肩并肩”方式重叠,如两个 相互平行的Py一Py,Pz-Pz重叠,所形成的 共价键称为键。 键的电子云垂直于键轴呈镜面反对称分布。
原子与分子结构

原子与分子结构原子是构成物质的基本单位,它由质子、中子和电子组成。
原子通过化学键形成分子,分子则是化学反应的基本参与者。
在本文中,我们将探讨原子和分子的结构以及它们在物质世界中的重要性。
一、原子的结构原子是非常微小的粒子,由正电荷的质子、无电荷的中子和负电荷的电子组成。
质子和中子聚集在原子核的中心,形成了原子的核心。
电子则以云状轨道绕核心运动。
原子的质量主要由质子和中子决定,而电子的质量非常轻微,可以忽略不计。
每个原子都有一个特定的原子序数,也就是元素周期表中的那个数字,用来表示原子的类型。
例如,氧原子的原子序数是8,表示它有8个质子。
二、分子的结构分子是由两个或更多个原子通过共用电子形成的。
共用电子通过化学键将原子紧密连接在一起。
共用电子的数量决定了可以形成的化学键的类型,如单键、双键或三键。
分子的结构决定了物质的性质。
不同的元素和原子之间的键形成了不同类型的分子,从而导致物质的多样性。
例如,氧气分子(O2)是由两个氧原子通过双键连接而成,而水分子(H2O)则是由两个氢原子和一个氧原子通过共用电子形成的。
三、原子与分子在物质世界中的重要性原子和分子是构成物质的基本单位,在自然界和人造物品中起着重要作用。
1. 自然界中的原子和分子:自然界中,所有物质都是由原子和分子组成的。
不同元素和原子的组合形成了各种物质,如水、盐、氧气等。
原子和分子的结构决定了这些物质的性质和用途,如水的溶解能力、氧气的供氧能力等。
2. 能量转换和化学反应:原子和分子参与了能量的转换和化学反应过程。
在燃烧过程中,燃料中的分子与氧气分子结合,释放出能量并产生二氧化碳和水。
原子和分子的重新排列使得能量从一种形式转化为另一种形式,驱动机械工作和维持生命过程。
3. 材料科学和工程学:在材料科学和工程学中,研究原子和分子的结构和相互作用对于开发新材料和改进现有材料的性能至关重要。
例如,通过了解金属和合金中原子的排列方式,科学家能够设计出更坚硬、耐磨和耐腐蚀的材料。
原子与分子结构

原子与分子结构原子与分子是构成物质的基本单位,它们的结构和性质对于理解物质的性质和化学反应过程至关重要。
本文将探讨原子与分子的结构,并介绍相关的概念和实验方法。
一、原子结构原子是物质的最小单位,由带正电荷的原子核和围绕核运动的带负电荷的电子组成。
原子核由质子和中子组成,而电子则以轨道的形式存在于核外。
下面我们将详细介绍原子的组成部分。
1.原子核原子核是原子的中心部分,质子和中子都存在于原子核中。
质子带有正电荷,质量约为1个质子质量单位。
中子不带电,质量也约为1个质子质量单位。
原子核的质量主要集中在质子和中子上。
2.电子轨道电子以轨道的形式存在于原子核外,轨道可以分为不同的能级。
电子的能级与能量有关,最内层能级的电子能量最低,随着轨道半径的增加,能级逐渐增加。
每个能级可以容纳一定数量的电子,一般为2n^2(n为该能级的编号)。
二、分子结构分子是由两个或多个原子通过化学键结合而成的,是物质存在的基本单位。
分子的结构决定了物质的性质和反应方式。
下面我们将介绍几种常见的分子结构。
1.共价键分子共价键是由两个非金属原子通过共用电子而形成的,它们共享电子对,稳定地结合在一起。
共价键分子可以形成线性、三角形、平面四边形等不同形状,如H2O分子呈V字形。
2.离子化合物离子化合物是由正离子和负离子通过离子键相互结合而成的。
正离子通常是金属原子失去一个或多个电子形成的,负离子则是非金属原子获得一个或多个电子形成的。
常见的离子化合物有NaCl和CaCO3。
3.金属晶体金属晶体是由金属原子通过金属键结合而成的。
金属原子之间形成电子“海”,共享自由电子。
金属晶体具有良好的导电性和延展性,如铜、铁等金属。
三、实验方法为了研究原子与分子结构,科学家们开发了一系列实验方法。
下面我们将介绍几种常见的实验方法。
1.质谱仪质谱仪可以用于测量和分析物质中的原子和分子的质量和相对丰度。
它利用原子或分子的质量对电磁场产生的偏转进行检测,从而得到它们的质量信息。
分子与原子及原子的结构

分子与原子及原子的结构分子和原子是构成物质的基本单位,它们之间存在着密切的关系。
在讨论分子和原子之前,首先要了解原子的结构。
原子是物质的基本粒子,由三种亚原子粒子组成,分别是质子、中子和电子。
质子和中子聚集在原子的中心,形成了原子核,而电子绕着原子核旋转。
质子具有正电荷,中子是中性的,而电子具有负电荷。
原子内部的质子数目和电子数目是相等的,因此原子整体呈现出电中性。
质子和中子的质量比较大,约为1.67×10^-27千克,而电子的质量相对较小,约为9.11×10^-31千克。
原子的大小通常以原子半径来衡量,原子半径的大小与原子核外层电子的分布有关。
电子在不同的电子壳层中运动,每个壳层都有其特定的能级。
原子外层的电子接近原子核,原子半径较小,而原子外层电子远离原子核,原子半径较大。
原子分为不同的元素,元素由具有相同质子数的原子组成。
质子数也叫做元素的原子序数,用符号Z表示,它决定了元素的化学属性。
例如,氢元素的原子序数为1,氧元素的原子序数为8当两个原子通过化学键结合在一起时,形成了分子。
分子是由两个或更多个原子通过共用电子形成的化学结构。
分子内部的原子通过化学键连接在一起,而分子之间的相互作用通过各种相互作用力实现。
分子可以是由相同元素的原子组成的,如氧气(O₂)或氮气(N₂),也可以是由不同元素的原子组成的,如水(H₂O)或二氧化碳(CO₂)。
分子的结构可以通过分子式来表示。
分子式是用元素符号和下标表示分子中原子的数量,例如,水的分子式为H₂O,表示一个氧原子和两个氢原子。
分子的结构也可以通过分子模型来表示。
分子模型是通过球和棒等形状的模型来展示分子内原子的位置和相互之间的连接关系。
总之,原子是物质的基本单位,由质子、中子和电子组成。
原子通过形成化学键而结合在一起,形成了分子。
分子可以由相同元素的原子组成,也可以由不同元素的原子组成。
通过了解原子的结构和分子的形成,我们可以更好地理解物质的构成和性质。
原子结构与分子结构

原子结构与分子结构原子结构与分子结构是化学中重要的基础概念。
原子是构成物质的基本单位,而分子则是由两个或多个原子组合而成的物质。
理解原子结构与分子结构对于理解化学反应、物质的性质以及化学实验等都至关重要。
本文将介绍原子结构与分子结构的基础知识,并探讨它们在化学中的重要性。
首先,让我们从原子结构开始。
原子是化学中最小的粒子,由细胞核和绕核电子组成。
细胞核位于原子的中心,它由质子和中子组成。
质子具有正电荷,中子没有电荷。
细胞核质量几乎集中在质子和中子上。
绕核电子围绕着细胞核运动。
电子带有负电荷,质量很小。
原子的质量几乎全部来自质子和中子,而原子的体积主要由电子决定。
原子按照电子数目的不同,可以分为各种元素。
化学元素是由具有相同原子数目的原子组成的物质。
元素以符号表示,比如氢元素的符号是H,氧元素的符号是O。
元素的周期表是根据元素的原子数目和性质编制的表格。
原子结构中的一个重要概念是原子壳层模型。
原子的电子分布在壳层中。
第一个壳层最多可以容纳2个电子,第二个壳层最多可以容纳8个电子,第三个壳层最多可以容纳18个电子。
原子最稳定的状态是壳层填满。
对于大多数元素,原子通过与其他原子形成化学键的方式来达到稳定的电子配置。
这种化学键在分子结构中发挥了重要作用。
我们现在来讨论分子结构。
分子是由两个或多个原子通过化学键结合而成的粒子。
分子中的原子可以来自同一元素(例如O2表示两个氧原子形成的氧分子)或不同元素(例如H2O表示一个氧原子和两个氢原子形成的水分子)。
分子的化学键可以是共价键、离子键或金属键。
共价键是原子间的电子共享。
原子通过共享电子来达到稳定的电子配置。
当两个原子共享一个电子对时,形成单共价键。
当两个原子共享两个电子对时,形成双共价键。
共价键非常稳定,原因是原子通过共用电子来填满最外层壳层。
共价键决定了分子的形状和化学性质。
离子键是通过离子间的电荷吸引力形成的。
一个离子失去一个或多个电子变为正离子,一个离子获得一个或多个电子变为负离子。
原子结构与分子结构

原子结构与分子结构原子结构是描述原子内部组成和排布的方式。
原子由质子、中子和电子组成。
质子和中子位于原子的核心,形成原子的核,而电子则以能级的方式围绕核心运动。
原子的质子数决定了其元素的种类,而中子数可以有所不同,决定了同一元素的同位素。
电子数决定了原子的化学性质。
原子核的质子和中子是由夸克组成的。
质子由两个上夸克和一个下夸克组成,而中子则由一个上夸克和两个下夸克组成。
夸克是被称为基本粒子的质子和中子的构成部分,它具有电荷、质量和颜色。
质子和中子之间的相互作用是由强相互作用力驱动的,而电子通过电磁力与核相互作用。
原子的电子围绕核心运动,形成不同的轨道或能级。
这些能级通过主量子数、角量子数和磁量子数进行描述和标记。
主量子数决定了电子距离原子核的离心距离,角量子数确定了电子的角动量和形状,而磁量子数则决定了电子在空间中具体的方向。
分子是由两个或更多原子通过化学键的相互作用而形成的。
当原子之间发生共价键形成时,它们会共享电子,以形成一个稳定结构。
共价键可以是单一、双重或三重的,取决于原子之间的电子共享程度。
分子的形状和性质主要由原子的种类、连接方式和电子分布所决定。
分子结构描述了分子中原子的排列方式和键的类型。
分子的排列方式可以是线性的、平面的或者三维的,取决于原子之间的相互作用。
分子的键类型可以是共价键、离子键、金属键或氢键。
共价键是最常见的键类型,它是通过电子共享形成的。
离子键是由正负离子之间的静电吸引力形成的,金属键是由金属原子之间的电子云共享形成的,而氢键则是由带有δ+和δ-部分的分子中的氢原子与负电性较强的原子之间的弱相互作用。
分子的结构对其化学性质和反应性起着重要的作用。
不同原子的组合和连接方式可以决定分子的稳定性、极性、酸碱性和溶解性等特征。
分子的结构可以通过各种实验技术和计算方法来确定,例如X射线衍射、核磁共振和光谱技术等。
总之,原子结构和分子结构分别描述了原子内部和原子之间的组成和排布方式。
原子结构和分子结构(精)

原子结构和分子结构原子是由质子、中子等组成的原子核与核外电子所构成的。
有与胆汁和化合物的化学性质主要决定与核外电子运动的状态,因此,在化学中研究原子结构主要在于解决核外电子运动的规律。
我们对于核外电子排布,只要掌握一般排布规律,按电子在核外各亚层中分布情况表示即按 ,5,7,6,5,4,6,5,4,5,4,4,3,3,2,2,114221014261026262622f s p d fs p d s p s p s p s s 例如:原子序数为18的Ar 的电子排布为6262233221p s p s s 。
又如:原子序数为24的Cr 的电子排布为51626223433221d s p s p s s 而不是42626223433221d s p s p s s 根据光谱实验得到的结果,可归纳为一个规律:等价轨道在全充满、半充满或全空的状态是比较稳定的,也即下列电子结构是比较稳定的:半充满753f d p 或或; 全充满14106fd p 或或 全 空000f d p 或或 几种杂化轨道示意图:图一:sp 轨道杂化过程示意图(sp 过程.jpg)图二:sp 杂化轨道及2BeCl 分子的构型示意图(sp.jpg)图三:2sp 杂化轨道及3BF 分子的构型示意图图四:3sp 杂化轨道及4CH 分子的构型示意图分子间力(又称范德华力)是指除了原子间较强的作用力之外的在分子之间存在的一种较弱的相互作用力。
分子间力可分为色散力、诱导力和取向力三种。
一般来说,分子量越大,分子所含的电子数越多,分子间的色散力越大。
分子的极性强度越大,分子变形性大,分子间距离小,诱导力就大。
分子的极性越强,分子间的取向力越大。
在非极性分子之间只存在色散力;在极性分子和非极性分子间存在着色散力和诱导力;在极性分子之间,存在着色散力、诱导力和取向力。
对于类型相同的分子,其分子间力常随着分子量的增大而变大。
分子间力阅读阿,物质的熔点、沸点和硬度就越高。
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第四章原子结构和分子结构第一节原子结构自然界的物质种类繁多,性质各异。
不同物质在性质上的差异是由于物质内部结构不同而引起的。
在化学反应中,原子核不变,起变化的只是核外电子。
要了解物质的性质及其变化规律,有必要先了解原子结构,特别是核外电子的运动状态。
一、核外电子运动的特征我们知道,地球沿着固定轨道围绕太阳运动,地球的卫星(月球或人造卫星)也以固定的轨道绕地球运转。
这些宏观物体运动的共同规律是有固定的轨道,人们可以在任何时间内同时准确地测出它们的运动速度和所在位置。
电子是一种极微小的粒子,质量为9.1×10-31 kg,在核外的运动速度快(接近光速)。
因此电子的运动和宏观物体的运动不同。
和光一样,电子的运动具有微粒性和波动性的双重性质。
对于质量为m,运动速度为v的电子,其动量为:P=mv其相应的波长为:λ=h/P=h/mv (4-1)式(4-1)中,左边是电子的波长λ,它表明电子波动性的特征,右边是电子的动量P (或mv),它表明电子的微粒性特征,两者通过普朗克常数h联系起来。
实验证明,对于具有波动性的微粒来说,不能同时准确地确定它在空间的位置和动量(运动速度)。
也就是说电子的位置测得愈准时,它的动量(运动速度)就愈测不准,反之亦然。
但是用统计的方法,可以知道电子在原子中某一区域内出现的几率。
图4-1氢原子五次瞬间照像图4-2若干张氢原子瞬间照片叠印电子在原子核外空间各区域出现的几率是不同的。
在一定时间内,在某些地方电子出现的几率较大。
而在另一些地方出现的几率较小。
对于氢原子来说,核外只有一个电子。
为了在一瞬间找到电子在氢原子核外的确切位置,假定我们用高速照相机先给某个氢原子拍五张照片,得到图4-1所示的五种图象,⊕代表原子核,小黑点表示电子。
如果给这个氢原子照几万张照片,叠加这些照片(图4-2)进行分析,发现原子核外的一个电子在核外空间各处都有出现的可能,但在各处出现的几率不同。
如果用小黑点的疏密来表示电子在核外各处的几率密度(单位体积中出现的几率)大小,黑点密的地方,是电子出现几率密度大的地方;疏的地方,是电子出现几率密度小的地方,如图4-3所示。
像这样用小黑点的疏密形象地描述电子在原子核外空间的几率密度分布图象叫做电子云。
所以电子云是电子在核外运动具有统计性的一种形象表示法。
图4-3氢原子的电子云图4-4氢原子电子云界面图从图4-3中可见,氢原子的电子云是球形的,离核越近的地方其电子云密度越大。
但是由于离原子核越近,球壳的总体积越小,因此在这一区域内黑点的总数并不多。
而是在半径为53pm 附近的球壳中电子出现的几率最大,这是氢原子最稳定状态。
为了方便,通常用电子云的界面表示原子中电子云的分布情况。
所谓界面,是指电子在这个界面内出现的几率很大(95%以上),而在界面外出现的几率很小(5%以下)。
二、核外电子的运动状态电子在原子中的运动状态,可n,l,m,ms四个量子数来描述。
(一)主量子数n主量子数n是用来描述原子中电子出现几率最大区域离核的远近,或者说它是决定电子层数的。
主量子数的n的取值为1,2,3…等正整数。
例如,n=1代表电子离核的平均距离最近的一层,即第一电子层;n=2代表电子离核的平均距离比第一层稍远的一层,即第二电子层。
余此类推。
可见n愈大电子离核的平均距离愈远。
在光谱学上常用大写拉丁字母K,L,M,N,O,P,Q代表电子层数。
主量子数(n) 1 2 3 4 5 6 7 电子层符号K L M N O P Q主量子数n是决定电子能量高低的主要因素。
对单电子原子来说,n值愈大,电子的能量愈高。
但是对多电子原子来说,核外电子的能量除了同主量子数n有关以外还同原子轨道(或电子云)的形状有关。
因此,n值愈大,电子的能量愈高这名话,只有在原子轨道(或电子云)的形状相同的条件下,才是正确的。
(二)副量子数l副量子数又称角量子数。
当n给定时,l可取值为0,1,2,3…(n-1)。
在每一个主量子数n中,有n个副量子数,其最大值为n-1。
例如n=1时,只有一个副量子数,l=0,n =2时,有两个副量子数,l=0,l=1。
余此类推。
按光谱学上的习惯l还可以用s,p,d,f等符号表示。
l 0 1 2 3 光谱符号s p d F副量子数l的一个重要物理意义是表示原子轨道(或电子云)的形状。
L=0时(称s轨道),其原子轨道(或电子云)呈球形分布(图4-5);l=1时(称p轨道),其原子轨道(或电子云)呈哑铃形分布(图4-6);…图4-5 s电子云图4-6 p电子副量子数l的另一个物理意义是表示同一电子层中具有不同状态的亚层。
例如,n=3时,l可取值为0,1,2。
即在第三层电子层上有三个亚层,分别为s,p,d亚层。
为了区别不同电子层上的亚层,在亚层符号前面冠以电子层数。
例如,2s是第二电子层上的亚层,3p是第三电子层上的p亚层。
表4-1列出了主量子数n,副量子数l及相应电子层、亚层之间的关系。
表4-1 主量子数n,副量子数l及其相应电子层亚层之间的关系前已述及,对于单电子体系的氢原子来说,各种状态的电子能量只与n有关。
但是对于多电子原子来说,由于原子中各电子之间的相互作用,因而当n相同,l不同时,各种状态的电子能量也不同,l愈大,能量愈高。
即同一电子层上的不同亚层其能量不同,这些亚层又称为能级。
因此副量子数l的第三个物理意义是:它同多电子原子中电子的能量有关,是决定多电子原子中电子能量的次要因素。
(三)磁量子数m磁量子数m决定原子轨道(或电子云)在空间的伸展方向。
当l给定时,m的取值为从-l到+l之间的一切整数(包括0在内),即0,±1,±2,±3,…±l,共有2l+1个取值。
即原子轨道(或电子云)在空间有2l+1个伸展方向。
原子轨道(或电子云)在空间的每一个伸展方向称做一个轨道。
例如,l=0时,s电子云呈球形对称分布,没有方向性。
m只能有一个值,即m=0,说明s亚层只有一个轨道为s轨道。
当l=1时,m可有-1,0,+1三个取值,说明p电子云在空间有三种取向,即p亚层中有三个以x,y,z轴为对称轴的px,py,pz 轨道。
当l=2时,m可有五个取值,即d电子云在空间有五种取向,d亚层中有五个不同伸展方向的d轨道(图4-7)。
图4-7 s,p,d电子云在空间的分布n,l相同,m 不同的各轨道具有相同的能量,把能量相同的轨道称为等价轨道。
(四)自旋量子数ms原子中的电子除绕核作高速运动外,还绕自己的轴作自旋运动。
电子的自旋运动用自旋量子数ms表示。
ms 的取值有两个,+1/2和-1/2。
说明电子的自旋只有两个方向,即顺时针方向和逆时针方向。
通常用“↑”和“↓”表示。
综上所述,原子中每个电子的运动状态可以用n,l,m,ms四个量子数来描述。
主量子数n决定电子出现几率最大的区域离核的远近(或电子层),并且是决定电子能量的主要因素;副量子数l决定原子轨道(或电子云)的形状,同时也影响电子的能量;磁量子数m 决定原子轨道(或电子云)在空间的伸展方向;自旋量子数ms决定电子自旋的方向。
因此四个量子数确定之后,电子在核外空间的运动状态也就确定了。
三、核外电子的排布规律(一)最低能量原理所谓最低能量原理是,原子核外的电子,总是尽先占有能量最低的原子轨道,只有当能量较低的原子轨道被占满后,电子才依次进入能量较高的轨道,以使原子处于能量最低的稳定状态。
原子轨道能量的高低为:1.当n相同,l不同时,轨道的能量次序不s<p<d<f。
例如,E3S<E3P<E3d。
2.当n不同,l相同时,n愈大,各相应的轨道能量愈高。
例如,E2S<E3S<E4S。
3.当n和l都不相同时,轨道能量有交错现象。
即(n-1)d轨道能量大于ns轨道的能量,(n-1)f轨道的能量大于np轨道的能量。
在同一周期中,各元素随着原子序数递增核外电子的填充次序为ns,(n-2)f,(n-1)d,np。
核外电子填充次序如图4-8所示。
图4-8 电子填充的次序(二)鲍里(Pauli)不相容原理鲍里不相容原理的内容是:在同一原子中没有四个量子数完全相同的电子,或者说在同一原子中没有运动状态完全相同的电子。
例如,氦原子的1s轨道中有两个电子,描述其中一个原子中没有运动状态的一组量子数(n,l,m,ms)为1,0,0,+1/2,另一个电子的一组量子数必然是1,0,0,-1/2,即两个电子的其他状态相同但自旋方向相反。
根据鲍里不相容原理可以得出这样的结论,在每一个原子轨道中,最多只能容纳自旋方向相反的两个电子。
于是,不难推算出各电子层最多容纳的电子数为2n2个。
例如,n=2时,电子可以处于四个量子数不同组合的8种状态,即n=2时,最多可容纳8个电子,见下表。
N 2 2 2 2 2 2 2 2 L 0 0 1 1 1 1 1 1 M 0 0 0 0 +1 +1 -1 -1 ms +1/2 -1/2 +1/2 -1/2 +1/2 -1/2 +1/2 -1/2在等价轨道中,电子尽可能分占不同的轨道,且自旋方向相同,这就叫洪特规则。
洪特规则实际上是最低能量原理的补充。
因为两个电子同占一个轨道时,电子间的排斥作用会使体系能量升高,只有分占等价轨道,才有利于降低体系的能量。
例如,碳原子核外有6个电子,除了有2个电子分布在1s轨道,2个电子分布在2s轨道外,另外2个电子不是占1个2p轨道,而是以自旋相同的方向分占能量相同,但伸展方向不同的两个2p轨道。
碳原子核外6个电子的排布情况如下:作为洪特规则的特例,等价轨道全充满,半充满或全空的状态是比较稳定的。
全充满、半充满和全空的结构分别表示如下:用洪特规则可以解释为什么Cr原子的外层电子排布为3d54s1而不是3d44s2,Cu原子的外层电子排布为3d104s1而不是3d94s2。
应该指出,核外电子排布的原理是从大量事实中概括出来的一般规律,绝大多数原子核外电子的实际排布与这些原理是一致的。
但是随着原子序数的增大,核外电子排布变得复杂,用核外电子排布的原理不能满意地解释某些实验的事实。
在学习中,我们首先应该尊重事实,不要拿原理去适应事实。
也不能因为原理不完善而全盘否定原理。
科学的任务是承认矛盾,不断地发展这些原理,使之更加趋于完善。
四、元素的电负性元素的原子在分子中吸引电子的能力叫元素的电负性。
元素的电负性愈大,表示该元素原子吸引电子的能力愈大,生成阴离子的倾向愈大。
反之,吸引电子的能力愈小,生成阳离子的倾向愈大。
表4-2列出了元素的电负性数值。
元素的电负性是相对值,没有单位。
通常规定氟的电负性为4.0(或锂为1.0),计算出其他元素的电负性数值。
从表4-2可以看出,元素的电负性具有明显的周期性。
电负性的周期性变化和元素的金属性、非金属性的周期性变化是一致的。