原子的壳层结构
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1869 年俄国化学家门捷列夫经过长期的研究发现，元素的性质随着原子量 的递增而发生周期性变化，他把当时已发现的 63 种元素按原子量的递增顺序排 成一行，并将性质相似的元素排在一个列中，编成了元素周期表． 1. 性质与原子量的递增次序有矛盾时，以元素性质为主．如：
K(钾）和 Ar（ 氩 ）； Co( 钴）和 Ni(镍 ）； Te(蹄）和 I(碘）均调换了位置． 2. 预言三种元素的存在，在表中留了空位，预言了它们的性质．
ms ， ms
1 2
，共
2
个．
自旋角动量量子数 s 1 对所有的电子相同，在区别电子态时不考虑． 2
二、原子中电子分布所遵从的基本原理与原子的电子壳层
1. 泡利不相容原理 在一个原子中不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的四个量子数
-1-
§7.1 元素性质的周期性变化
[教学目标] 1. 知道元素周期表的结构和特点. 2. 知道元素性质的周期性变化. [教学重点] 元素周期表的结构和特点． [教学难点] 元素性质的周期性变化． [教学手段] 讲授、多媒体课件 [教学过程]
引言：本章主要介绍元素周期表与原子的电子壳层结构．从已经学过的原子 理论，可以更深刻地理解原子的电子壳层结构以及元素周期表与原子的电子壳层 结构的关系． 一．元素周期表
(4) 竖的称为列或族，有 8 个主族和 8 个副族． (5) 每个周期从金属元素开始到惰性气体为止．表中左下部大半是金属，右 上半部分是非金属．
-3-
二、元素性质的周期性变化 按周期表排列的元素，其化学、物理性质呈现周期性变化，如原子光谱、电
离能、原子体积、体胀系数和压缩系数等． 同族元素具有具有相似
的化学性质和物理性质.左起 第一族为碱金属，化合价为正 1 价，原子光谱都具有双重结 构，电离能最小.第二族为碱 土金属，化合价为正 2 价，原 子光谱有单重和三重结构两 套线系.最右一族为惰性气 体，化学性质不活泼，电离能 最大.
为什么元素性质发生周期 性变化？元素周期表提出后 的 50 余年内.人们不能对元素 的周期性做出满意解释.玻尔 在提出氢原子的量子理论后， 就致力于周期表的解释.他凭 直觉提出原子内的电子是按壳层排列的，同一壳层的电子具有相同的主量子数 n. 他的设想被证实，但他未说明为什么每一壳层只能容纳一定数量的电子.
Ga(镓 ），Sc(钪 ）， Ge(锗）1875－1886 年间被陆续发现．后人又陆续发现了 许多新元素，相继填充到周期表中． 3. 目前，最新统计结果，共发现 114 种元素，1994 年底是 111 种．这 114 种元 素中有 92 种是天然存在的，其于的是人工制造的．这些元素都被人们按照门捷 列夫的方法填在了周期表的适当位置上，构成了Hale Waihona Puke Baidu们现在使用的元素周期表．
直至 1925 年建立了泡利原理，提出电子壳层结构后，元素性质的周期性变 化才得到正确解释．元素性质的周期性是原子中电子结构周期性的反映．
-4-
§7. 2 原子的电子壳层结构
[教学目标] 1. 知道确定电子状态的 4 个量子数. 2. 理解原子中电子分布所遵从的基本原理：Pauli 不相容原理和能量最低原理． 3. 掌握电子填充壳层的顺序. [教学重点] 1. 理解原子中电子分布所遵从的基本原理． 2. 用能量最低原理确定电子填充壳层的顺序． [教学难点] 利用能量最低原理确定电子填充壳层的顺序． [教学手段] 讲授、多媒体课件． [教学过程]
引言：玻尔认为：原子内的电子按一定的壳层排列，每一壳层内的电子都有 相同的主量子数，每一个新的周期是从电子填充新的主壳层开始，元素的物理、 化学性质取决于原子最外层的电子即价电子的数目．
简单地说，原子的电子壳层结构是电子从里向外，一层一层分布，每层容纳 有限个电子． 一、确定电子状态的量子数
一个电子状态由 4 个量子数 (n、l、ml、ms )决定． 1．主量子数 n
确定电子在核外空间运动区域的大小和总能量的主要部分，前者按轨道的描 述也就是轨道的大小．一般说来，n 大，能量 高，轨道半径 大． 2．轨道角量子数 l
l 决定电子轨道的形状（按量子力学理论，代表电子云的形状）和角动量的 大小，同时也与能量有关：
Pl l(l 1) ，n 相同时，l 大，能量 高． 3．轨道磁量子数 ml
-2-
特点： (1) 元素周期表按原子序数递增排列，原子序数＝核外电子数＝核电荷数． (2) 共有七个周期，每个周期元素数目：2、8、8、18、18、32、28． (3) 有过渡族元素和稀土元素．
第四周期的第 21—30 号 、第五周期的第 39—48 号 、第六周期的第 57 号， 72-80 号元素为过渡元素（或称副族元素）；第六周期的第 58—71 号叫镧系元 素（或稀土元素），都具有相似的 3 价金属性质；第七周期的第 90-103 号叫锕 系元素，也具有相似的性质．
-5-
表示轨道角动量在外场方向的投影（按量子力学理论，代表电子云的伸展方
向）： Lz
ml
h 2
，
ml 0 、 1、 2 、 3 …… l ，共 2l 1 个．
4．自旋磁量子数
自旋角动量： Ps
s(s 1) 3 2
表示自旋角动量在外场方向的投影： S z
第七章 原子的壳层结构
(Chapter 7 The lamella Structure of Atom) [教学内容] §7.1 原子性质的周期性变化． §7.2 原子的电子壳层结构． §7.3 原子基态的电子组态． [教学目标] 1. 了解元素周期表的结构，掌握玻尔对元素周期表的物理解释． 2. 掌握电子填充原子壳层的原则：泡利原理和能量最小原理． 3. 理解并掌握原子的电子壳层结构，能正确写出原子基态的电子组 态，并求出其基态的原子态符号． 4. 掌握莫色勒定律，并以此解释电子填充壳层时出现能级交错的原 因． [教学重点] 1. 玻尔对元素周期表的解释. 2. 电子填充壳层的原则. 3. 莫色勒定律. [教学难点] 1. 原子基态电子填充壳层的顺序. 2. 莫色勒定律．
K(钾）和 Ar（ 氩 ）； Co( 钴）和 Ni(镍 ）； Te(蹄）和 I(碘）均调换了位置． 2. 预言三种元素的存在，在表中留了空位，预言了它们的性质．
ms ， ms
1 2
，共
2
个．
自旋角动量量子数 s 1 对所有的电子相同，在区别电子态时不考虑． 2
二、原子中电子分布所遵从的基本原理与原子的电子壳层
1. 泡利不相容原理 在一个原子中不可能有两个或两个以上的电子具有完全相同的四个量子数
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§7.1 元素性质的周期性变化
[教学目标] 1. 知道元素周期表的结构和特点. 2. 知道元素性质的周期性变化. [教学重点] 元素周期表的结构和特点． [教学难点] 元素性质的周期性变化． [教学手段] 讲授、多媒体课件 [教学过程]
引言：本章主要介绍元素周期表与原子的电子壳层结构．从已经学过的原子 理论，可以更深刻地理解原子的电子壳层结构以及元素周期表与原子的电子壳层 结构的关系． 一．元素周期表
(4) 竖的称为列或族，有 8 个主族和 8 个副族． (5) 每个周期从金属元素开始到惰性气体为止．表中左下部大半是金属，右 上半部分是非金属．
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二、元素性质的周期性变化 按周期表排列的元素，其化学、物理性质呈现周期性变化，如原子光谱、电
离能、原子体积、体胀系数和压缩系数等． 同族元素具有具有相似
的化学性质和物理性质.左起 第一族为碱金属，化合价为正 1 价，原子光谱都具有双重结 构，电离能最小.第二族为碱 土金属，化合价为正 2 价，原 子光谱有单重和三重结构两 套线系.最右一族为惰性气 体，化学性质不活泼，电离能 最大.
为什么元素性质发生周期 性变化？元素周期表提出后 的 50 余年内.人们不能对元素 的周期性做出满意解释.玻尔 在提出氢原子的量子理论后， 就致力于周期表的解释.他凭 直觉提出原子内的电子是按壳层排列的，同一壳层的电子具有相同的主量子数 n. 他的设想被证实，但他未说明为什么每一壳层只能容纳一定数量的电子.
Ga(镓 ），Sc(钪 ）， Ge(锗）1875－1886 年间被陆续发现．后人又陆续发现了 许多新元素，相继填充到周期表中． 3. 目前，最新统计结果，共发现 114 种元素，1994 年底是 111 种．这 114 种元 素中有 92 种是天然存在的，其于的是人工制造的．这些元素都被人们按照门捷 列夫的方法填在了周期表的适当位置上，构成了Hale Waihona Puke Baidu们现在使用的元素周期表．
直至 1925 年建立了泡利原理，提出电子壳层结构后，元素性质的周期性变 化才得到正确解释．元素性质的周期性是原子中电子结构周期性的反映．
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§7. 2 原子的电子壳层结构
[教学目标] 1. 知道确定电子状态的 4 个量子数. 2. 理解原子中电子分布所遵从的基本原理：Pauli 不相容原理和能量最低原理． 3. 掌握电子填充壳层的顺序. [教学重点] 1. 理解原子中电子分布所遵从的基本原理． 2. 用能量最低原理确定电子填充壳层的顺序． [教学难点] 利用能量最低原理确定电子填充壳层的顺序． [教学手段] 讲授、多媒体课件． [教学过程]
引言：玻尔认为：原子内的电子按一定的壳层排列，每一壳层内的电子都有 相同的主量子数，每一个新的周期是从电子填充新的主壳层开始，元素的物理、 化学性质取决于原子最外层的电子即价电子的数目．
简单地说，原子的电子壳层结构是电子从里向外，一层一层分布，每层容纳 有限个电子． 一、确定电子状态的量子数
一个电子状态由 4 个量子数 (n、l、ml、ms )决定． 1．主量子数 n
确定电子在核外空间运动区域的大小和总能量的主要部分，前者按轨道的描 述也就是轨道的大小．一般说来，n 大，能量 高，轨道半径 大． 2．轨道角量子数 l
l 决定电子轨道的形状（按量子力学理论，代表电子云的形状）和角动量的 大小，同时也与能量有关：
Pl l(l 1) ，n 相同时，l 大，能量 高． 3．轨道磁量子数 ml
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特点： (1) 元素周期表按原子序数递增排列，原子序数＝核外电子数＝核电荷数． (2) 共有七个周期，每个周期元素数目：2、8、8、18、18、32、28． (3) 有过渡族元素和稀土元素．
第四周期的第 21—30 号 、第五周期的第 39—48 号 、第六周期的第 57 号， 72-80 号元素为过渡元素（或称副族元素）；第六周期的第 58—71 号叫镧系元 素（或稀土元素），都具有相似的 3 价金属性质；第七周期的第 90-103 号叫锕 系元素，也具有相似的性质．
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表示轨道角动量在外场方向的投影（按量子力学理论，代表电子云的伸展方
向）： Lz
ml
h 2
，
ml 0 、 1、 2 、 3 …… l ，共 2l 1 个．
4．自旋磁量子数
自旋角动量： Ps
s(s 1) 3 2
表示自旋角动量在外场方向的投影： S z
第七章 原子的壳层结构
(Chapter 7 The lamella Structure of Atom) [教学内容] §7.1 原子性质的周期性变化． §7.2 原子的电子壳层结构． §7.3 原子基态的电子组态． [教学目标] 1. 了解元素周期表的结构，掌握玻尔对元素周期表的物理解释． 2. 掌握电子填充原子壳层的原则：泡利原理和能量最小原理． 3. 理解并掌握原子的电子壳层结构，能正确写出原子基态的电子组 态，并求出其基态的原子态符号． 4. 掌握莫色勒定律，并以此解释电子填充壳层时出现能级交错的原 因． [教学重点] 1. 玻尔对元素周期表的解释. 2. 电子填充壳层的原则. 3. 莫色勒定律. [教学难点] 1. 原子基态电子填充壳层的顺序. 2. 莫色勒定律．