化学物质结构概念讲解.ppt
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2s 1s
F
F元素的核外电子排布式 1s 2 2s 2 2p 6
电子的自旋
• 注意观察第三层电子
层的p轨道，我们发现
有两种电子自旋方式
都满足要求
3p
3s
2p 2s 1s
S
S元素的核外电子排布式
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4
电子的自旋
• 那么这一种才是正确的排布，因为电子之 间相互排斥，电子应该尽可能分开，分开 的时候更加稳定。为什么有两种自旋方向
e-
e-
e-
e-
元素电子排布表示
e-
e-
e-
e-
+9
1S
2S
2pe-
• 三个方向都 在同一个轨 道，所以：
e-
e-
e-
e-
电子的自旋
• 观察下面的电子自旋方向的表示，可以发现电子 数最多不能超过每个方向上数目与方向数的乘积。
• 并且在同一方向上的电子，自选方向相反的时候 最稳定。再看另外一个例子。 2p
• 泡林原理：在同一原
子中不可能有4个量子
数n l m ms 完全相同 原子中主量子数为n的
的电子存在。根据泡 林原理和量子数的取
电子壳层可容纳最多
值，计算出重要的公 电子数为
式：
2n2
三个原则
• 能量最低原理：原子核外电子排布，在不 违反泡林原理的前提下亲可能是原子体系 的能量最低。因此核外电子排布时，总是 亲可能排布在能量低的轨道，这就决定了 原子中的电子按原子轨道能级图中能级高 低顺序由低到高填充
原子轨道能级图
三个原则
• 电子间存在两种重要的相 全空p0 d0 f 0
互作用
• 库仑作用：无论自旋方向 半满p3 d5 f 7
如何，；相互接近时只会
增加库仑排斥，从而使体 全满p6 d10 f 14
系的能量升高，而泡林原
理绝对禁止这种情况发生， 所以Cr的电子组态是
所以原子只能分占不同轨
道。稳定状态或者是电子 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s13d5
克服引力做的功转化成了自身 的重力势能。
• 相同的，电子离核越远，所克 服的引力所做的功越大，所具 有的能量越大。
e-
+
元素电子排布表示
e-
e-
e-
e-
e-
+9
1S
2S 2p X 2p Y 2p Z
• 右边的三个 是第二层p 轨道的三个 方向，所以 也可以化为 下面的形式：
e-
e-
e-
e-
F元素
元素电子排布表示
层全充满或者半充满或者
全部空（相当于每个轨道 而不是
只有一个电子的全充满状
态）
1s2 2s2 2p63s23p6 4s23d4
三个原则
• 此时两个电子分占任何两个p轨道都是等同 的。
2p 2s 1s C
电子亚层（能级）
• 相对的，电子亚层是电子层的子级。所以 分布如下
• 电子层（能层）K1 L2 M3 N4 O5 P6 Q7 • 电子亚层（能级）s sp spd spdf
轨道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7
2 最多容纳 的电子数
2
2 6 2 6 10 2 6 10 14
8
18
32
2n2
建立电子云模型
• 无法预测电子云的真实运动轨迹，所以利 用统计学的原理预测电子出现在原子核周 围的某个区域概率大小。
• 这里的轨道，是借用经典力学的名词，实 际上轨道并不存在
spdfg …… （实际上最多只K能L到MsNpdOf，P并Q没有g）
s sp spd spdf spd sp…… 1 1+3 1+3+5 1+3+5+7 1+3+5 1+3……
最多容纳电子数 2 8 18 32 18 8……
能层能级原子轨道间的关系
能层n 1
2
3
4
符号 K
L
M
N
能级
s s p s p d sp d f
化学物质结构基础
结构概述
• 结构分为3个层次 1 原子结构 2 分子结构 3 晶体结构（*）
电子层（能层）
• 电子层在一方面表示电子的排布，另一方 面表示电子能量的高低。
（注意三个原则：泡林不相容、能量最低…、…
洪特规则）
d亚d层亚层d亚d层亚d层亚层
p亚p层亚层p亚层
能量随之升高
s亚层
三个原则
电子亚层 s p d f?
电子的平均距离 离原子核比较近 所以在该亚层的电子 所具有的能量比较低
该结构刚好夹 在x y z 三个轴 之间，并且在 5个方向上有， 即有5个这样 的“花瓣”
？
比较复杂 不讨论
距离原子核距离越远的电子能量越 高类比
• 高处的小人能量比较高，因为 e- 它克服的地心引力较多，所以
35 Br元素的核外电子排布式 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d10 4p 5
40 Zr元素的核外电子排布式 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d10 4p 6 4d 2
核外电子排布的练习
26 Fe元素的核外电子排布式 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 8
这样的排布实际上仍然是4s在最外层，失去电 子的时候会失最外层和次外层，所以说，次外 层和最外层共同决定了元素的化学性质。没有 +9价的元素出现因为太大的正电会导致元素不 稳定，碰到任何元素都会夺取电子。 次外层 最外层
能级的交错
关于这个问题，我们有右图的能级排布方式， 这是因为，越内层的电子的（内-1）层电子越 少，故这个“内层”的所受的斥力越小，原子 核的引力和电子层的斥力互相作用，最终导致 能量错乱。
并且能量的分布有如下规律
(n+1)s(层)<(n+1)p层
（n+2）s<nf<(n+1)d<(n+2)p
从第四能层开始，该能层的ns与np 能级之间插入了(n-1)层的d能级， 第六能层开始还插入（n-2）f，其 能量关系是：ns＜（n-2）f ＜ （n-1）d ＜np
e-
e-
e-
e-
e-
+9
1S
2S 2p X 2p Y 2p Z
• 右边的三个 是第二层p 轨道的三个 方向，所以 也可以化为 下面的形式：
e-
e-
e-
e-
元素电子排布表示
e-
e-
e-
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+9
1S
2S 2p X 2p Y 2p Z
• 右边的三个 是第二层p 轨道的三个 方向，所以 也可以化为 下面的形式：
3p 3s 2p 2s 1s
S
wk.baidu.com
能级的交错
• 从这幅图我们发现一个问题，根据容纳电子最多数目，3d 应该排在3p后面，但是不然。
4s 3p 3s 2p 2s 1s Ca
Ca元素的核外电子排布式 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2
7s 5f 6d 7p 6s 4f 5d 6p 5s 4d 5p 4s 3d 4p 3s 3p 2s 2p 1s
F
F元素的核外电子排布式 1s 2 2s 2 2p 6
电子的自旋
• 注意观察第三层电子
层的p轨道，我们发现
有两种电子自旋方式
都满足要求
3p
3s
2p 2s 1s
S
S元素的核外电子排布式
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4
电子的自旋
• 那么这一种才是正确的排布，因为电子之 间相互排斥，电子应该尽可能分开，分开 的时候更加稳定。为什么有两种自旋方向
e-
e-
e-
e-
元素电子排布表示
e-
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+9
1S
2S
2pe-
• 三个方向都 在同一个轨 道，所以：
e-
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e-
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电子的自旋
• 观察下面的电子自旋方向的表示，可以发现电子 数最多不能超过每个方向上数目与方向数的乘积。
• 并且在同一方向上的电子，自选方向相反的时候 最稳定。再看另外一个例子。 2p
• 泡林原理：在同一原
子中不可能有4个量子
数n l m ms 完全相同 原子中主量子数为n的
的电子存在。根据泡 林原理和量子数的取
电子壳层可容纳最多
值，计算出重要的公 电子数为
式：
2n2
三个原则
• 能量最低原理：原子核外电子排布，在不 违反泡林原理的前提下亲可能是原子体系 的能量最低。因此核外电子排布时，总是 亲可能排布在能量低的轨道，这就决定了 原子中的电子按原子轨道能级图中能级高 低顺序由低到高填充
原子轨道能级图
三个原则
• 电子间存在两种重要的相 全空p0 d0 f 0
互作用
• 库仑作用：无论自旋方向 半满p3 d5 f 7
如何，；相互接近时只会
增加库仑排斥，从而使体 全满p6 d10 f 14
系的能量升高，而泡林原
理绝对禁止这种情况发生， 所以Cr的电子组态是
所以原子只能分占不同轨
道。稳定状态或者是电子 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s13d5
克服引力做的功转化成了自身 的重力势能。
• 相同的，电子离核越远，所克 服的引力所做的功越大，所具 有的能量越大。
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+
元素电子排布表示
e-
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+9
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2S 2p X 2p Y 2p Z
• 右边的三个 是第二层p 轨道的三个 方向，所以 也可以化为 下面的形式：
e-
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e-
F元素
元素电子排布表示
层全充满或者半充满或者
全部空（相当于每个轨道 而不是
只有一个电子的全充满状
态）
1s2 2s2 2p63s23p6 4s23d4
三个原则
• 此时两个电子分占任何两个p轨道都是等同 的。
2p 2s 1s C
电子亚层（能级）
• 相对的，电子亚层是电子层的子级。所以 分布如下
• 电子层（能层）K1 L2 M3 N4 O5 P6 Q7 • 电子亚层（能级）s sp spd spdf
轨道数 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7
2 最多容纳 的电子数
2
2 6 2 6 10 2 6 10 14
8
18
32
2n2
建立电子云模型
• 无法预测电子云的真实运动轨迹，所以利 用统计学的原理预测电子出现在原子核周 围的某个区域概率大小。
• 这里的轨道，是借用经典力学的名词，实 际上轨道并不存在
spdfg …… （实际上最多只K能L到MsNpdOf，P并Q没有g）
s sp spd spdf spd sp…… 1 1+3 1+3+5 1+3+5+7 1+3+5 1+3……
最多容纳电子数 2 8 18 32 18 8……
能层能级原子轨道间的关系
能层n 1
2
3
4
符号 K
L
M
N
能级
s s p s p d sp d f
化学物质结构基础
结构概述
• 结构分为3个层次 1 原子结构 2 分子结构 3 晶体结构（*）
电子层（能层）
• 电子层在一方面表示电子的排布，另一方 面表示电子能量的高低。
（注意三个原则：泡林不相容、能量最低…、…
洪特规则）
d亚d层亚层d亚d层亚d层亚层
p亚p层亚层p亚层
能量随之升高
s亚层
三个原则
电子亚层 s p d f?
电子的平均距离 离原子核比较近 所以在该亚层的电子 所具有的能量比较低
该结构刚好夹 在x y z 三个轴 之间，并且在 5个方向上有， 即有5个这样 的“花瓣”
？
比较复杂 不讨论
距离原子核距离越远的电子能量越 高类比
• 高处的小人能量比较高，因为 e- 它克服的地心引力较多，所以
35 Br元素的核外电子排布式 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d10 4p 5
40 Zr元素的核外电子排布式 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d10 4p 6 4d 2
核外电子排布的练习
26 Fe元素的核外电子排布式 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 8
这样的排布实际上仍然是4s在最外层，失去电 子的时候会失最外层和次外层，所以说，次外 层和最外层共同决定了元素的化学性质。没有 +9价的元素出现因为太大的正电会导致元素不 稳定，碰到任何元素都会夺取电子。 次外层 最外层
能级的交错
关于这个问题，我们有右图的能级排布方式， 这是因为，越内层的电子的（内-1）层电子越 少，故这个“内层”的所受的斥力越小，原子 核的引力和电子层的斥力互相作用，最终导致 能量错乱。
并且能量的分布有如下规律
(n+1)s(层)<(n+1)p层
（n+2）s<nf<(n+1)d<(n+2)p
从第四能层开始，该能层的ns与np 能级之间插入了(n-1)层的d能级， 第六能层开始还插入（n-2）f，其 能量关系是：ns＜（n-2）f ＜ （n-1）d ＜np
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2S 2p X 2p Y 2p Z
• 右边的三个 是第二层p 轨道的三个 方向，所以 也可以化为 下面的形式：
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元素电子排布表示
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• 右边的三个 是第二层p 轨道的三个 方向，所以 也可以化为 下面的形式：
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S
wk.baidu.com
能级的交错
• 从这幅图我们发现一个问题，根据容纳电子最多数目，3d 应该排在3p后面，但是不然。
4s 3p 3s 2p 2s 1s Ca
Ca元素的核外电子排布式 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2
7s 5f 6d 7p 6s 4f 5d 6p 5s 4d 5p 4s 3d 4p 3s 3p 2s 2p 1s