第三章 物质结构基础知识 part2

亚层符号的右上角注明排列的电子数。
例如：
19K 29C
u 由于参加化学反应的只是原子的外层电子。为了书写方
便，常将内层电子用相应的稀有气体的电子层构型代替。如以 上两例的电子排布也可简写成： 原子实
19K 29Cu
原子实由原子核及内 层电子组成。 18
(2) 轨道表示式 按电子在原子轨道中的分布情况，用一
33
34
35
棱 台 型 元 素 周 期 表
36
扇形元素周期表
37
立 式 周 期 表
38
螺旋型周期表
39
展示电子排布的周期表
40
3-3 元素性质的周期性
1.有效核电荷Z*
Z* = Z － ， 为屏蔽常数。 可见，屏蔽常数可理解为被抵消的那部分核电荷。
在多电子体系中，核外其它电子抵消部分核电荷，有效
15
三. 核外电子的排布和元素周期性
根据上述三条规则，就可以确定大多数元素的基
态原子中电子的排布情况。电子在核外的排布常称为
电子层构型(简称电子构型)。
表3-4(P36)列出了由光谱实验数据得到的原子序数1-36 各元素基态原子中的电子排布情况。哪些元素的电子排布符
合泡林近似能级图规律，哪些不符合？
?
6
Hund规则特例: 简并轨道全充满、半充满、或全空的
状态都是能量较低的稳定状态。
全充满 ：S2 , p6 , d10 , f14 半充满 ：S1 , p3 , d5 , f7 全空 ： S0, p0 , d0 , f0 比较： Cr 22s22p63s23p63d44s2 1s 24 实验测定： 1s22s22p63s23p63d54s1 22s22p63s23p63d94s2 Cu 1s 29 实验测定 ： 1s22s22p63s23p63d104s1
30
(三)元素的分区
据价层电子组态的特征，将周期表分为5个区： s区元素： ns1~2, IA、IIA。 p区元素：ns2np1~6，IIIA~VIIA、0族（He, s2） 。 d区元素：(n-1)d1~9ns1~2 (Pd,4d10)，IIIB~VIIIB族。 性质特征：有多种氧化价态，易形成配合物。 ds 区元素: (n-1)d10ns1~2, IB、IIB; 性质特征：有多种氧化价态。 f 区元素： (n-2)f0-14 ns2或(n-2)f0~14(n-1)d0~2ns2 (钍Th: 6d27s2)， 性质特征：有多种氧化价态。
核电荷降低，使被讨论的电子受到的核的作用变小。这种作 用称为其它电子对被讨论电子的屏蔽效应。
41
意义及规律
元素原子序数增加时，原子的有效核电荷Z*呈现周 期性的变化： 同一周期：
短周期：从左到右，Z*显著增加。
长周期：从左到右，前半部分有Z*增加 不多，后半部分显著增加。 同一族：从上到下，Z*增加，但不显著。
例如： 13Al
35Br
其电子排布式为
1s 2 2s 2 2 p6 3s 2 3 p1
2 4 p5 其电子排布式为 1s 2 2s 2 2 p6 3s 2 3 p6 3d10 4s16
电子排布的书写要求
(1) 按电子层的顺序写;
47Ag
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1
(1)它只有近似的意义，不可能完全反映出每个原
子轨道能级的相对高低。
(2)它只能反映同一原子内各原子轨道能级的相对
高低，不能用鲍林近似能级图来比较不同元素
原子轨道能级的相对高低。
12
科顿能级图
Pauling的近似能级图并 不能反映不同元素同一原
子轨道在能量上的差异。
实际上，对不同元素的同
一原子轨道在能量上是有
子容量相一致。
原子的最外层的主量子数与该元素所在的周期数相等。 每一周期中的元素随着原子序数的递增，总是从活泼的 碱
金属开始(第1周期除外)，逐渐过渡到稀有气体为止。
元素性质的周期性变化，是元素的原子核外电子排布 周期性变 化的必然结果。
26
元素周期表的结构
第1周期：2 种元素
短周期
第2周期：8 种元素
(3)同一原子中第三层以上的电子层中，不同类型的亚层之间，在 能级组中常出现能级交错现象，如：
4s 3d 4 p; 5s 4d 5 p; 6s 4 f 5d 6 p
高电子层中低亚层（如4s）的能量反而低于某些低电子 层中高亚层（如3d)的能量这种现象称为能级交错。
11
对于鲍林近似能级图，需要注意以下两点：
量子数完全相同的2个电子同时存在。 由此可知： •一个原子中不允许有两个电子处于完全相同的状态。 •在一个原子轨道上最多能容纳两个自旋方向相反 的电子。 •每一电子亚层最多容纳的电子数为：s2、p6、d10、f14 •每一电子层最多能容纳的电子数为原子轨道的2倍， 即2n2。
3
3．Hund规则: 〖 Hund规则〗 电子在能量相同的轨道（即简并轨道） 上排布时，尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同， 因为这样的排布方式总能量最低。 在简并轨道上，电子总是尽可能分占不同的轨道， 且自旋平行，使原子的总能量最低。 如：基态碳原子，
Ⅱ
8
Ⅲ
8
Ⅳ
18
Ⅴ
18
Ⅵ
32
可见： 1. 每个能级组对应一个周期。 2. 每个周期所含元素的数目与能级组最多能容纳 的电子数相同。
14
原子结构示意图(高中已学的核外电子的排布式)
最外层
+11 2 8 1
数字表示该层所填充的 电子数
弧线表示电子层 表示原子核内有11个质子
在原子中，核内质子数=核外电子数总和
3-2 原子的核外电子排布
一、核外电子排布规律 根据光谱数据，归纳出核外电子排布遵循三个原理。 1. 能量最低原理： “系统的能量愈低，愈稳定”是自然界的普遍规律。 基态原子，是最稳定的系统，能量最低。 最初认为：原子的核外电子按照原子轨道能级从低到 高的顺序依次填充，即符合能量最低。 实践证明 ：上述考虑是片面的。电子分布在什么轨道， 并不完全由该轨道的能级高低决定，而是由整个原子 的能量是否最低决定。
组外)都是从s能级开始，于p能级终止。能级组数等于核外电子层 数，并与周期表中周期数是一致的。
10
从泡林近似能级图可以看出：
(1)同一原子中的同一电子层内，各亚层之间的能量次序为
ns np nd nf
(2)同一原子中的不同电子层内，相同类型亚层之间的能量次序为
1s 2s 3s ; 2 p 3P 4 p
（2） 可用原子实（稀有气体元素符号）简写电 子排布式。
47Ag
[Kr] 4d105s1
(3)离子的电子排布式，是在基态原子的电子排 布式基础上加上得到或失去的电子 。
+ 1s22s22p63s23p63d104s24p64d10 Ag 47 + Ag 47
[Kr] 4d10
17
电子在核外排布的表示方法（三种）： (1)电子排布式 按电子在原子核外各亚层中分布的情况，在
31
0
32
例：已知某元素的原子序数为25，试写出该元素原
子的电子排布式，并指出该元素在周期表中所属周期、
族和区。
解： 1s22s22p63s23p6 3d54s2
或
[Ar] 3d54s2
n=4, 属于第四周期
∵ 最外层电子数+次外层d电子数 = 7
∴ 为VIIB族
3d电子未充满，应属于d 区元素。
1
〖能量最低原理〗基态多电子原子核外电子排布时， 总是先占据能量最低的轨道，当低能量轨道占满后， 才排入高能量的轨道，以使整个原子能量最低。
核 能量由 低 离核距离 近
2
1
3
4
5
6
7
高 远
2
2. Pauli不相容原理(exclusion principle)： 〖Pauli不相容原理〗在同一个原子中不可能有四个
把最外层电子数相同的元素按电子层数递增的顺序 从上到下排成纵行，称为同一族。分主族和副族，是 根据相似的电子构型划分的。 主族(A)：8个，ⅠA～ⅧA, ⅧA族又叫0族。它们的内 层电子全充满，最后一个电子填入ns或np亚层。 价层电子数 = 族序数 = 最外层电子数 副族(B)：8个，ⅠB～ ⅧB，均为金属元素。最后一 个电子填入(n－1)d或(n－2) f亚层。也称过渡元素, 其中镧系和锕系又称内过渡元素。
7
二、近似轨道能级图 鲍林近似轨道能级图
1939年 泡林(L.Pauling)
8
能量
7p 6d 7s 6p 5d 6s 4f 5f
5p
5s 4p 4s 3s 2s 1s 3p 2p
4d
组内能级间能量
差小，能级组间 3d
能量差大
每个
代表一个原子轨道
p 三重简并
d 五重简并
f 七重简并
9
所有的原子轨道，共分成七个能级组
差异的。Cotton的能级图
能很好地反映这一差异。
13
徐光宪的能级分组：n+0.7l 整数相同者为一组 表3-3 多电子原子能级组
能级 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p n+0.7l 1.0 2.0 2.7 3.03.7 4.0 4.4 4.7 5.0 5.4 5.7 6.0 6.16.46.7 能级组Ⅰ 组内电 子数 2
第一组 1s
第二组
第三组 第四组
2s 2p
3s 4s 6s 7s 3p 3d 4f 5f 4p 5d 6d 6p 7p
第五组
第六组 第七组
5s 4d 5p
图中圆圈表示原子轨道，其位置的高低表示各轨道能级的相对高 低，图中每一个方框中的几个轨道的能量是相近的，称为一个能
级组。相邻能级组之间能量相差比较大。每个能级组(除第一能级
6C
轨道式
7N轨道式
4
8O轨道式 9F轨道式
电子排布式： 6C 1s2 2s2 2p2
2 2s2 2p4 O 1s 8
2 2s2 2p3 N 1s 7 2 2s2 2p5 F 1s 9
注：复杂原子核外电子的排布要按照轨道能级顺序 （图3-2）填入电子。
5
例如：22Ti 1s22s22p63s23p63d24s2
第3周期：8 种元素 第4周期：18 种元素
周期
（横向）
长周期
第5周期：18 种元素
第6周期：32 种元素 镧57La – 镥71Lu 共15 种元素称镧系元素
不完全周期
第7周期：26种元素 锕89Ac – 铹103Lr 共15 种元素称锕系元素
27
周期序数 = 电子层数＝最外层电子的主量子数
(二)价层电子构型与族
元素周期系。
22
核外电子排布
原子的最外层电子排布的周期性变化
（一）能级组与周期的关系
将电子层数相同的元素排列成一个横行，称为一个周期。
第7周期预测有32种元素，现只有26种元素，故称为不完全周 25 期。人工合成元素(104－112)
我国科学家预言，元素周期表可能存在的上限在第8周
期(119~168号)，大约在138号终止。 各周期的元素数目与其相对应的能级组中的最大电
3 p 这3个电子用整套量子数表示为
1 3,1，-1， 2 ;
3
3,1，0,
1 ; 2
1 3,1，1, 2
20
随堂练习
试写出7、15、18、25号（锰）元素的简化电子 排布式。
21
元素周期表
当元素按照核电荷数递增的顺序排列时，电子 构型呈周期性变化, 元素性质呈现周期性变化。 (一) 元素周期律 元素性质周期性变化的规律称为元素周期律，反 应元素周期律的图表形式称为元素周期表，亦称
28
元素主要化合价的周期性变化
29
副族元素族序数与价层电子的关系： 1、对于(n－1)d电子未充满的元素， Ⅲ B ～ ⅦB 族序数等于(n－1)d和ns电子数之和。
如: Sc ，[Ar]3d14s2 应属于ⅢB族。 2、对于(n-1)d电子已充满的元素，ⅠB和ⅡB。 族序数等于最外层电子数 如，Cd ， [Kr]4d105s2 应属于ⅡB族。 3、镧系和锕系元素均属于ⅢB族。 4 、 ⅧB 族 : 有三个纵行，最后一个电子填充在 (n-1)d 亚层上, 价层电子构型是(n-1)d6-10ns0-2.
22s22p63s23p63d64s2 Fe 1s 26
填入按能级顺序 书写按电子层顺序
价层电子
再如：
24Cr
1s22s22p63s23p63d44s2
实验测定： 1s22s22p63s23p63d54s1
22s22p63s23p63d94s2 Cu 1s 29 实验测定 ： 1s22s22p63s23p63d104s1
个圆圈或一个方格表示一个原子轨道(简并轨道的圆圈或
方格连在一起)，用向上或向下箭头表示电子的自旋状态。
例如：
19
(3) 用量子数表示 即按外层电子所处的状态用整套量子数表
示。
15
2
P([ Ne]3s2 3 p3)
来自百度文库
则 3s 这2个电子用整套量子数表示为 1 1 3, 0, 0, 3,0，0， 2 2