原子的壳层结构

1．主量子数 n =1,2,3 … … 2. 轨道角动量量子数 =0,1,2,3… …(n-1)
3．轨道磁量子数 m = 0, ±1, ±2,······,± 4. 自旋磁量子数 ms = ±1/2
量子数的意义
主量 代表电子运动区域的大小（即轨道的大小）和
子数 总能量的主要部分:
n
n 越大，能量越高，轨道范围越大；
幻数 2 10 18 36 54 86
三． 元素性质的周期性变化
按周期表排列的元素，其性质出现周期性的 变化：
1．元素的化学性质出现周期性的变化； 2．元素的光谱性质出现周期性的变化； 3．元素的物理性质显示周期性的变化。
元素电离能的周期性变化
原子体积、体胀系数和压缩系数随Z的变化也都显示出相 仿的周期性的变化。
4. 具有相同量子数n 的电子最多有
n 1
Nn 2(2l 1) 2n2 个 l 0
Leabharlann Baidu 壳层结构
主壳层：我们把原子中n相同的一切电子的集合称 为一个主壳层。
n=1，2，3，4，5，6，7，8……的壳层分别叫做
K，L，M，N，O，P，Q……壳层
支壳层： 在每一主壳层中，具有相同角量子数 l 的电子 的集合称为一个支壳层（亚壳层、次壳层）。
2．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(碲）和I(碘）均调换了位置
3．预言三种元素的存在，在表中留了空位， 预言了它们的性质：
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。
l =0，1，2，3……的支壳层分别用 s，p，d，f……表示，
这些支壳层上的电子分别叫做 s电子、 p电子、 d电子、 f电子 ……
n1 2
3
4
5
…
壳K L
M
N
层
O
…
支 壳
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 5g …
层
Nl 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 18 …
特点：
1．按周期表排列的元素，原子序数＝核外电子数 ＝质子数或原子核的电荷数；
2．共有七个周期，每个周期元素2、8、8、18、18、 32、28；同周期的元素性质不同，周期性变化；
3．有过渡族元素和稀土元素。
4．每一竖列叫一族，有８个主族和８个副族； 同族元素的价电子数相同， 光谱、能级、物理和化学性质相似；
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。
元素的性质随着原子量（或原子序数Z或核外 电子数或核电荷数）的增加而呈周期性变化
周期表： 第一周期 第二周期 第三周期 第四周期 第五周期 第六周期 第七周期
H(Z=1)-----He(Z=2) Li(Z=3)-----Ne(Z=10) Na(Z=11)-----Ar(Z=18) K(Z=19)-----Kr(Z=36) Rb(Z=37)-----Xe(Z=54) Cs(Z=55)-----Rn(Z=86) Fr(Z=87)-----
第七章 原子的壳层结构
§7.1 原子性质的周期性 §7.2 原子的电子壳层结构 §7.3 原子基态的电子组态 §7.4 原子基态光谱项的确定 §7.5 X射线光谱
§7.1 元素性质的周期性
一.门捷列夫的发现
1869年俄国化学家门捷列夫发现：
1、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。
72
7 Q 2 6 10 14 18 22 26 98
2、能量最低原理
原子在正常状态时，每个电子在不违背 泡利不相容原理的前提下，总是趋向占有 最低能量的状态，以使原子系统的能量具 有最小值。
推论:
1. 一个原子中，n, 同的电子只能有一个；
, m , ms这四个量子数完全相
2. 具有相同量子数n, , m 的电子最多能有两个，
其ms分别为 1/ 2 ；
3. 具有相同量子数n, 的电子最多有2(2 +1)个；
（因为对每一个 , m 可取（2 +1）个值， 而对每一个m , ms又可以取两个值。）
轨道 角量 子数
代表轨道的形状（即电子云的形状）和轨道 角动量，且也与能量有关：
l
对于相同的n不同的l，l 越小轨道的偏心率越
大，能量越低；
轨道
磁量 代表轨道在空间的可能取向，即轨道角动量 子数 在某一特殊方向（例如磁场方向）的分量。
m
自旋 磁量 子数
代表自旋的取向，也代表自旋角动量在某一特 殊方向（例如磁场方向）的分量。
Nn 2 8
18
32
∑Nn 2 10
28
60
50 … 100 …
表7.1 原子各壳层、次壳层能够容纳的电子数
l 0 1 2 3 4 5 6 Nn n Nl s p d f g h i
1K 2
2
2L 2 6
8
3 M 2 6 10
18
4 N 2 6 10 14
32
5 O 2 6 10 14 18
50
6 P 2 6 10 14 18 22
ms
自旋
s=1/2 代表自旋角动量，对所有的电子是相
量子 数s
同的，不能成为区别电子态的参数。
二.原子中电子分布遵从的基本原理
1.泡利不相容原理 2.能量最低原理
1. 泡利不相容原理
同一个原子中，不可能有两个或两个以上的电子 处在同一个状态；
即，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 (n, , m , ms ) 。
二、元素周期表
■ 经过整理，按照排列顺序，每个元素有一个 原子序数Z，现在知道，原子序数等于原子中 的电子数，也等于核电荷数；
■ 到2006/10/17，共发现118种元素，1994年底 是111种。
■ 只有92种是天然存在的，其余是人工制造的。
■ 这些元素都被填在周期表的适当位置上，构成了元 素周期表。
问题：
1．为什么元素性质按周期表顺序会出现出现周期性 的变化？
2．为什么每个周期的元素为2，8，8，18， 18…
3．为什么有过渡族元素和稀土元素？
这些问题都必须从原子结构去了解．只有对原 子结构有了彻底的认识，才能从本质上认识元素周 期表。
§7.2 原子的电子壳层结构
一．确定电子状态的量子数
一个在原子核的库仑场中运动的核外电子的状态， 可用四个量子数来确定。