原子结构与元素周期性ppt

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•N1s22s22p3的轨道表示式

• (二)多电子原子轨道的能级 • • 鲍林(Pauling)近似能级图。 • 1939年, 表示各原子轨道之间能量的相 对高低顺序。 • (1)各电子层能级相对高低为 K<L<M<N<O…… • (2)同一原子同一电子层内,对多电 子原子来说,电子间的相互作用造成同层 能级的分裂成若干亚层,各亚层能级的相 对高低为: Ens<Enp<End<Enf

3. 体现出了电子运动的统计性 波函数ψ是表示电子运动状态的函数 ,给定空间坐标后,就可求出波函 数。 ψ2表示该轨道电子在这点上出现的 几率密度。这样就体现了电子运动 的统计性。
• 概率密度ρ :电子在原子核外空间某 处单位体积内出现的概率
薛定锷方程体现了微观粒子运动的 三大特征。

原子轨道: 就指电子运动的波函 数,它不是说电子运动有特定的 轨道,我们只能说它在某一区域 出现的概率大小和该电子的能量 。

•比较原子轨道的角度分布图Y和电子云 2的角度分布图Y2可得:
• 相似点:图形基本相似。
• 不同点:(1)原子轨道角度分布图有 “+”、“-”之分,而电子云图的角度分布图
•均为“+”;

(2)电子云图要“瘦”些,因
Y值一般是小于1的。

• (四)量子数
• 1、主量子数(n) • 它表示原子轨道的层数, n=1,2,…n. • 决定电子能量的主要因素。n越小,能量 越低。 • 电子层符号: K L M N …… (1)描述电子层离核的远近; • (2)描述电子层能量的高低。
• 质子、中子等微观粒子也具有波粒二 象性。经典力学(宏观物质)在证明微 观粒子物质上出现问题。

• (二)原子轨道 • 1、波函数 • 1926年薜定谔根据波粒二象性的概 念提出了一个描述微观离子运动的基 本方程——薜定谔波动方程。

1. 它体现了波粒二象性。
2. 它体现出了轨道和能量的量子化:欲 使此方程有合理的解,有三个初始化条件 :n l m ,都为整数。 n l m为三个量子数,当这三个量一定时 ,电子运动的能量就确定了,即波函数有 确定的解。
• 同一原子中每个电子中的四个量 子数不可能完全相同
• 每一个轨道只能容纳两个自旋方 向相反的电子

• 原子结构的近代概念(原子力学的原子模型) 归纳,重点有: • (1)电子具有波粒二象性,核外电子运动没有 固定的轨道,但具有按照几率分布的统计规律性
• (2)波函数是描述核外电子运动的数学表达

• (一)原子半径 • (1)共价半径:两相同原子形成共价键 时,其核间距的一半,称原子的共价半径 ,如Cl—Cl核间距198pm,rCl=99pm。有 共价单键、双键、叁键(共价单键半径)

• (2)金属半径:金属单质的晶体中 ,两相邻金属原子核间距离的一半, 称金属原子的金属半径,如dCuCu=256pm,rCu=128pm。 • (3)范德华半径:在分子晶体中, 分子间以范德华力结合,如稀有气体 相邻两原子核间距的一半,称该原子 的范德华半径。如dNe-Ne=320pm, rNe=160pm。
••
• 2、电子亲合能(EA) • 基态的中性气态原子得到一个电子形成气态-1氧化值阴离子所
放出的能量,称原子的EA1 。
•如
O(g)+e-→O-(g)
= -141kJ·mol-1

一般为负值,因电子落入中性原子的核场里,势能降低,体
系能量减小,唯稀有气体(ns2np6)和IIA原子(ns2)最外电子亚
• 1、泡利(Pauli)不相容原理 • 在同一原子中,不可能有四个量子数完 全相同的电子存在。即每一个轨道内最 多只能容纳两个自旋方向相反的电子。

• 2、能量最低原理 • 多电子原子处于基态时,核外电子的分布 在不违反泡利原理前提下,总是尽先分布 在能量较低的轨道,以使原子处于能量最 低状态。 • 3、洪特(Hund)规则 • 原子在同一亚层的等价轨道上分布电子时 ,尽可能单独分布在不同的轨道,而且自 旋方向相同(或称自旋平行)。这种分布 时,原子的能量较低,体系稳定。

• 原子半径变化规律
• (1)周期
• 主族:由左向右,随核电荷的增加,原 子共价半径的变化趋势总的是减少的
• d区:由左向右,随核电荷的增加,原子 半径会略有减少,从IB起略有增大 • 原因:(n-1)d轨道充满,较为显著地抵 消核电荷对外层ns电子的引力。 • f区:内过渡元素,由于电子增加在(n- 2)f轨道,半径减小的幅度比d区更小,从La 到Lu共经过15种元素,原子半径仅收缩了 12pm左右,La系收缩影响很大,使La后第 六周期元素与上周期同族元素半径接近

• (2)族 • 主族:从上到下,r显著增大 • 副族(d区、f区):除Sc副族外 从上到下一般略增大,第五、六周 期元素半径接近
• r对性质的影响:r越大,越易失 电子;r越小,越易吸电子。(难失 电子不一定易得电子,如稀有气体 )

• (二)电离能(I)和电子亲合能(EA) •I—衡量失电子难易;EA—得电子难易
• • (三)电负性( χ ) • 某原子难失电子,不一定易得电子,为了能比较全面地描述不 同元素原子在分子中对成键电子吸引的能力,鲍林提出了电负性的 概念。
• 电负性——分子中元素原子吸引电子的能力,他指定χ(F)=4.0 ,然后通过计算得到其它元素原子χ值。电负性(χ)越大,表示
它的原子在分子中吸引成键电子的能力键强。)
1
I2=△H2=1451kJ·mol-

•变化规律: •(1)周期:主族,从左到右,I1渐增 大;过渡元素族,不十分规律 •(2)族:主族,从上到下,I1渐减少 (原子半径增大);过渡元素略增大( 核电荷起较显著作用,r增加不多) •注意:I:气态原子失电子变为气态离 子的难易 •电极电势:金属在溶液中发生化学反应 形成阳离子的影响
• 解: • 25号元素:1s22s22p63s23p63d54s2 • 48号元素: • 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s2

• 2、基态原子的价层电子构型
• 价电子所在亚层,称价层。原子 的价层电子构型指价层的电子分布式 ,它能反映该元素原子电子层结构的 特征。常用原子实+价层电子来表示 [Ar] 3d54s2, [Kr] 4d105s2

例:写出27Co2+、 29Cu、 35Br-、 47Ag+、16S2-电子排布情况。

•(五)元素周期系与核外电子分布的关 系

•1、周期 •按填充顺序,最后一个电子填入的原子 能级组序号,为该元素的周期数。
•35Br [Ar]3d104s24p5 •47Ag [Kr]4d105ds1
•各周期内所含的元素种数与相应能级组 内轨道所能容纳的电子数相等。
全反映情况,所以只有近似含义。
•(2)它原意是反映同一原子内各原子轨
道间的相对高低,所以不能用它来比较不
同元素原子轨道能级的相对高低。[原子序
数(核电荷)不同]
•(3)经进一步研究发现,近似能级图实
际上只反映同一原子外电子层中原子轨道
能级的相对高低,而不一定能完全反映内
电子层原子轨道能级的高低。


•按电子填充顺序,最后一个电子进入的轨 道
• 2、元素周期系中元素的分区: • s、p、d、ds、f五个区
• 3、族(主族、副族): • 7个主族(A),7个副族(B)、 第Ⅷ族,零族。


• 四、原子性质的周期性 • 原子的电子层结构、原子半径、电离 能、电子亲合能和电负性等随核电荷的递 增呈现周期性变化
• (三)基态原ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ中电子的分布
• 1、核外电子填入轨道的顺序p138
• 特殊规律——全充满,半充满规则: 对同一电子亚层,当电子分布为全充满 (P6、d10、f14)、半充满(P3、d5、f7 )或全空(P0、d0、f0)时,电子云分布 呈球状,原子结构较稳定

例:已知元素序号为25,48,求其 电子排布情况。

• l=2,花瓣型, m=-2,-1,0,+1,+2, 五个方 向

例:下列各组量子数中,哪组正确 1. n=3, L=2, m=-2; 2. n=4, L=-1,m=0 3. n=4,L=1,m=-2 4. n=3,L=3,m=-3

• 研究表明:在同一原子中,不可 能有运动状态完全相同的电子存在 。
•1、电离能(I) •气态原子失电子变成气态阳离子(电离) 克服核电荷的引力所需要的能量(kJ·mol-
1)
•I1: 从基态(能量最低状态)中性气态原子 失去1个电子形成气态“+1”氧化值阳离子
所须能量。称依次类似有I2……等。
•Mg(g)-e→Mg+(g)
1
I1=△H1=783kJ·mol-
•Mg+(g)-e→Mg2+(g)

• 2、副(角)量子数(l)
• 表示在同一层原子轨道中的不同亚层, 每个亚层
有不同的形状。数值可取0,1,…n-1,n与l共同
决定轨道的能量。
• 副量子数(l) : 0 1
2 3(n-
1)
• 电子亚层符号: s p
d
f…
• 原子轨道(亚层) 球形 哑铃形 花瓣形
• (1)在多电子原子中与n一起决定电子亚 层的能量,l值越小,亚层能量越低
• 价层电子不一定全部都是价电子, 如Ag价层电子构型为4d105s1,但氧化 数只有+1、+2、+3

• (四)简单基态阳离子的电子分布 • • 通过对基态原子和基态阳离子内轨 道能级的研究,从大量光谱数据归纳 出如下经验规律:基态原子外层电子 填充顺序: • ns→(n-2)f→(n-1)d→np • • 价电子电离顺序:np→ns→(n- l)d→(n-2)f
层已全充满,需加合一个电子,环境必须对外做功,即体系吸收能
量,此时, 为正值,因环境要对体系做功。
• 所有EA2都均为正值。 •
• 显然, 代数值越小,原子越易得电子。
• 变化规律:无论是周期或族中,主族元素的 的代数值一般都是 随着原子半径减小而减小的。∴同周期从左到右 总的是(代数值 )减小的(因r减小)。主族从上到下, 总的趋势是增大的(用r 增大)。 • 注意:I和 仅表示孤立气态原子或离子得失电子的能力。

• (3)同一电子亚层内,各原子轨道 能级相同,如Enpx=Enpy=Enpz
• (4)同一原子内,不同类型的亚层 间,有能级交错现象。如E4s<E3d<E4p等
• (5)若把能级相近的电子亚层组合 ,可得到若干能级组,它与元素所在周 期有关


对鲍林能级图,需明确几点:
•(1)近似能级图是一归纳结果,不能完
• 4、自旋量子数(ms) • 含义:描述核外电子的自旋状态 (绕 电子自身的轴旋转运动)
• 取值:± • 描述一个电子: 4个量子数 • 描述一个轨道: 3个量子数
• 电子所在的电子层,原子轨道能级,形状, 方向及电子自旋的方向与何种量子数相关?

n=1 l=0 s轨道 m=0 无伸展方向
l=1,p轨道,是哑铃型,m= -1,0,+1,有 三个方向
• (3)原子轨道为的空间图象,以角度分布
的空间图象,作为原子轨道角度分布的近似描述
• (4)以||2的空间图象——电子云来表示核外
空间电子出现的概率密度 • (5)以四个量子数来确定核外每一个电子的运 动状态

• 三、核外电子的分布: • (一)基态原子中电子分布原理: • 根据原子光谱实验的结果和对元素 周期系的分析、归纳,总结出核外电子 分布的基本原理(两个原理一个规则)
原子结构与元素周期性ppt

• 三 原子结构的近代概念 • 运用1926年薛定谔建立起量子力学讨 论研究原子结构,形成了近代概念。
• (一)电子的波粒二象性。 • 20世纪初,发现光具有波粒二象性 • (1) 电子具有微粒性。确定体积(直径 d=10-15m)和质量(9.1×10-31kg) • (2) 电子具有波动性。1927年科学家们 用电子衍射实验。p131图示电子衍射环 纹。与光的衍射图相似。
• (2)每一个l 值决定电子层中的一个亚层
• (3)每一个l值代表一种电子云或原子轨

• 3、磁量子数(m)
• 取值:受l限制,取-l,…-2,1,0,1,2,……+l(即0,±1±2…±l)
• 原子轨道符号:s Pz ,Px,Py

dz2 , dx2 , dy2 , dx2-y2 , dxy

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