无机及分析化学课件

3s1 3s23p1 3d64s2 3s23p5 3d54s1 3d104s1
[ Ar ] — 原子实， 表示 Ar 的电子结构式 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 同周期惰性元素的电子结构式
基态阳离子的电子排布 • 原子失电子变成简单阳离子时总是先失去最外层电子 • 一般，在原子的最高能级组中同时有ns ,np, 一般，在原子的最高能级组中同时有 • (n-1)d和(n-2)f，按规则，失电子的先后次序 和 ，按规则， 是：np>ns>(n-1)d>(n-2)f Fe [Ar]3d64s2 26 Fe2+ [Ar]3d44s2 [Ar]3d64s0 Fe3+ [Ar]3d34s2 [Ar]3d54s0
2. 能量最低原理(The Lowest Energy Principle)
在不违背保里不相容原理的前提下，电 子在各轨道上的排布方式应使整个原子能量 处于最低状态，这就是能量最低原理。 提问： 提问： (Z=6) C: 1s22s22p2 2p有三个轨道，两个电子如何填充?
3. 洪特规则(Hund’s Rule)
3）各周期元素的数目 ）
周期与能级组的关系
周期 能级组 能级组内原子轨道 能级组内轨道 能容纳电子数 各周期中 元素种数
1 2 3 4 5 6 7
一 二 三 四 五 六 七
1s 2s2p 3s3p 4s3d5p 5s4d5p 6s4f5d6p 7s5f6d（未完） （未完）
2 8 8 18 18 32 未满
§5.2 多电子原子结构
决定能级高低的因素 主量子n和角量子l 影响能级高低的原因 屏蔽效应和钻穿效应 屏蔽效应-多电子原子中，其余电子对指定电子 的排斥导致核电荷对指定电子的吸引作用
对于同层电子间的屏蔽，当n相同时，l值越大的电子， 受到其同层电子的屏蔽作用越强，即ns>np>nd>nf，其 相应能级高低为：Ens<Enp<End<Enf 屏蔽效应主要表现在对不同的原子轨道能级高低的影 响上，如E4s>E3s>E2s>E1s
（除氢原子外）
E3s<E3p<E3d
Ens<Enp<End<Enf
• n , l 都不同：能级交错。 E4s<E3d<E4p E6s<E4f<E5d<E6p
徐光宪， 徐光宪，1920
中国科学院资深院士， 中国科学院资深院士， 北京大学教授
•反应电子进入轨道顺序 反应电子进入轨道顺序
n+0.7l 1s 2s, 2p 3s, 3p 4s, 3d, 4p 5s, 4d, 5p 6s, 4f, 4d, 6p 7s, 5f, 5d, 7p 1.0 2.0, 2.7 3.0, 3.7 4.0, 4.4, 4.7 5.0, 5.4, 5.7 6.0, 6.1, 6.4, 6.7 7.0, 7.1, 7.4, 7.7 第一能级组 第二能级组 第三能级组 第四能级组 第五能级组 第六能级组 第七能级组
价层电子分布式
原则： 原则： 主族元素：ns、np 轨道电子排布 副族元素（n-2）f、(n-1)d、ns 轨道电子排布 举例： 举例： Cr：3d54s1 Cu：3d104s1
原子
电子排布式
价电子层结构
Na Al Fe Cl Cr Cu
1s22s22p63s1 [Ne]3s23p1 [Ar]3d64s2 [Ne]3s23p5 [Ar]3d54s1 [Ar]3d104s1
短周期（ 短周期（一，二，三） 周 期 长周期（四，五，六，七） 长周期（
•按照各元素原子核外电子排布的顺序排列就形成了元素周期表 按照各元素原子核外电子排布的顺序排列就形成了元素周期表
周 期
族
1 2
IA H 氢 IIA Li Be 锂 铍
s区 d区
VB VIBVIIB VIII
p区 f区
0 He IIIA IVA VA VIAVIIA 氦 B C N O F Ne 硼 碳 氮 氧 氟 氖 Al Si P S Cl Ar IB IIB 铝 硅 磷 硫 氯 氩
能级组 一 周期 电子最 大容量 1 2
其三， 相同的轨道(等价轨道 等价轨道)， 其三，对n，l 相同的轨道 等价轨道 ，其 能量相同。 能量相同。 共同决定。 其四，各原子轨道的能级由 其四，各原子轨道的能级由n，l 共同决定。 • l 相同，n 不相同：n 越大，能量越高； E1s<E2s<E3s E2p<E3p<E4p • n 相同，l 不相同：l 越大，能量越高；
2 8 8 18 18 32 23(未完 未完) 未完
（3）周期和族（Periods and Group） ） ）
a. 周期 周期数＝电子层层数n＝能级组数 b. 族（最后一个电子进入的轨道） 最后一个电子进入的轨道） 主族元素的族数＝最外电子层电子数(ns np) 副族元素的族数 ＝最外电子层电子数＋次外层的电子数 (n-1)d ns (ⅠB,ⅡB, Ⅷ族的两除外)
内过渡元素 (inner Transition elements) 过渡元素 ( transition elements ) 主族元素 ( main group elements )
长式周期表元素分区示意图
ⅠA
0
ⅡA Ⅲ A Ⅳ A ⅤA Ⅵ A Ⅶ A
1 2 3 4 5 6 7
Ⅲ B ⅣB ⅤB Ⅵ B Ⅶ B ⅦB
三、核外电子的排布和元素周期系 电子的分布
按三原则，利用能级图的填充顺序，写出原子的电子排布式 能级组由低（n，l）至高(n，l)、由左至右的次序填入诸能级。 然后在各轨道符号的右上角用数字表示该轨道上的电子数，没有 填入电子的全空轨道则不必列出。 例如，基态钛原子（Z=22）的电子分布为（右上角数字为填入 的电子数）： 1s2 2s22p63s23p64s23d2 故态钛原子的电子分布式写成（按电子层而不是按能级组的次序 书写） Ti 1s22s22p63s23p63d24s2 22 电子排布式按同层电子进行书写
×
×
2.电子层结构与周期表 电子层结构与周期表
思考1 思考1： 以下排列 s→p→s→d→p→s→f→d→p 是否具有周期性？ 是否具有周期性？ 答：若按以下方式排列 s→p s→d→p s→f→d→p 从s始，至p终，具有周期性。 始 终 具有周期性。 思考2 元素性质为何呈现周期性 元素性质为何呈现周期性？ 思考2：元素性质为何呈现周期性？ 答：元素性质取决于原子的特征电子构型。由于原子的 特征电子构型具有周期性，因此元素性质也具有周期性。
ⅠB
ⅡB
p区 ns2 np1-6
s区
ns1-ns2
d区 (n-1)d1-8 ns2
ds区 ds区 (n-1)d10 ns2
镧系 锕系
f区
(n-2)f1-14 (n-1)d0-1 ns2
写出下列各原子序数的电子层构型， 例 写出下列各原子序数的电子层构型，并指出元素所在周期 表中的周期、 表中的周期、族、元素名称及元素符号。 元素名称及元素符号。 (1) Z = 18；(2) Z = 24；(3) Z = 29；(4) Z = 80 ； ； ； (1)1s22s22p63s23p6，三周期，第0族，为Ar； 三周期， 族 (2)1s22s22p63s23p63d54s1，第四周期，第ⅥB族，为铬，Cr； 第四周期， 族 为铬， ； 第四周期， (3)1s22s22p63s23p63d104s1，第四周期，第ⅠB族，为铜，Cu； 族 为铜， (4)1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s2，第六周 期，第ⅡB族，为汞，Hg。 族 为汞， 。
6p 5d 4f 6s
能级
能
特点： 特点： 其一， 其一，按能级高低而不是按电子层的顺序排列 。 其二，原子轨道与能级组、周期、 其二，原子轨道与能级组、周期、电子最大 容量的关系： 容量的关系： 原子 轨道
1s 2s 2p 3s 3p 二 2 8 三 3 8 4s 3d 4p 四 4 18 5s 4d 5p 五 5 18 6s4f 7s5f 5d6p 6d7p 六 6 32 七 7 未满
规则， 的近似能级图一致。 徐光宪教授 (n + 0.7l)规则，与Pauling的近似能级图一致。 规则 的近似能级图一致
二、 核外电子排布规律 1. Pauli 不相容原理
(Pauli’s Exclusion Principle) 三种表达方式 （1）在同一原子中，不可能存在所处状态 ）在同一原子中， 完全相同的电子； 完全相同的电子； （2）在同一原子中，不可能存在四个量子 ）在同一原子中， 数完全相同电子； 数完全相同电子； （3）每一轨道只能容纳自旋方向相反的两 ） 个电子。 个电子。
Na Mg 3 钠 镁 IIIB IVB K Ca Sc Ti 4 钾 钙 钪 钛 Rb Sr Y Zr 铷 锶 钇 锆 5 Cs Ba Lu Hf 铯 钡 镥 铪 6 Fr Ra Lr Rf 钫 镭 铹 7 镧 La Ce 系 镧 铈 锕 Ac Th 系 锕 钍
V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 钒 铬 锰 铁 钴 镍 铜 锌 镓 锗 砷 硒 溴 氪 Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 铌 钼 锝 钌 铑 钯 银 镉 铟 锡 锑 碲 碘 氙 Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 钽 钨 铼 锇 铱 铂 金 汞 铊 铅 铋 钋 砹 氡 Db Sg Bh Hs Mt Uun Uun Uun Pr Nd Pm Sm Eu 镨 钕 钷 钐 铕 Pa U Np Pu Am 镤 铀 镎 钚 镅 Gd 钆 Cm 锔 Tb 铽 Bk 锫 Dy 镝 Cf 锎 Ho 钬 Es 锿 Er 铒 Fm 镄 Tm 铥 Md 钔 Yb 镱 No 锘
能量相同的轨道（如3条p轨道，5条d轨道， 7条 f 轨道）叫等价轨道。电子分布到等价轨道时，总是 优先占据不同轨道，且平行自旋。
原子
Cr Mo Cu Ag Au
能级排列序列
4 2
光谱实验序列
5 1
[Ar] 3d 4 4s 2 [Kr] 4d 9 5s 2 [Ar] 3d 9 4s 2 [Kr] 4d 145s
钻穿效应-外层电子能够避开其它电子的屏蔽而钻穿 到内层，在离核较近的地方出现。钻穿效应强弱顺序 为：ns>np>nd>nf 钻穿效应导致电子在离核较近的区域内出现的概 率增大，因而受到其它电子的屏蔽减少，受核的吸 引增强，响应的能级降低。钻穿效应使各电子亚层 能级的顺序为：Ens<Enp<End<Enf 屏蔽效应使核对电子的有效吸引减弱，将导致轨道能 级升高；而钻穿效应使核对电子的有效吸引加强，将 导致轨道能级降低。
区与原子结构的关系
价层电子构型 ns1-2 ns2np1-6 ns2np6 (n-1)d10ns1-2 (n-1)d1-5ns1-2 (n-1)d6-8ns1-2 (n-2)f1-14ns2 电子数 ns=1-2 ns+np=3-8 ns+np=8 ns=1-2 (n-1) d+ns=3-7 (n-1) d+ns=8-10 族 ⅠA,ⅡA Ⅱ ⅢA-ⅦA Ⅶ 零族 ⅠB,ⅡB Ⅱ ⅢB-ⅦB Ⅶ Ⅷ 区 s p p d d d f
按电子填充顺序,最后电子若填入到次外层的(n-1)d或倒 数第三层(n-2)f轨道的称为副族。
周期、 周期、族与原子的电子层结构
ⅠA
1 2 3 4 5 6 7
ⅡA
Ⅲ A Ⅳ A ⅤA Ⅵ A Ⅶ A
Ⅲ B ⅣB ⅤB Ⅵ B Ⅶ B
Ⅷ
ⅠB Ⅱ B
La* Ac* La* Ac*
（4）区（Blocks） ） ）
1) 元素周期律
元素原子的电子层结构呈 导致元素性质周期 元素原子的电子层结构呈周期性变化 ，导致元素性质周期 电子层结构 性变化, 这就是元素周期律。 性变化 这就是元素周期律。
2) 元素的周期
周期的划分与能级组的划分完全一致， 周期的划分与能级组的划分完全一致，每个能级组都独 自对应一个周期。共有七个能级组， 所以共有七个周期。 自对应一个周期。共有七个能级组， 所以共有七个周期。
电子与电子之间的作用使各自拥有了这种能量
5.2.1 多电子原子轨道能级 1. Pauling 近似能级图
6p 5d 4d 3d
3p 3s 2p 2s 1s •
一般来说n-1d高于ns层的能量
6 5 能 量 4 3 2 1
能级
6s 5p 5s 4p 4s 3p 3s 2p 2s 1s
4f
5p 4d 5s 4p 3d 4s
9 2
ຫໍສະໝຸດ Baidu
[Ar] 3d 5 4s 1 [Kr] 4d 105s
1
[Ar] 3d 10 4s 1 [Kr] 4d 14 5s10 [Xe] 4f 5d 6s
1
[Xe] 4f 5d 6s
特例：等价轨道处于全满 半满( 特例：等价轨道处于全满( p6、 d10、 f14 ) 、半满 p3、 d5、 f7 )或全空状态 p0、 d0、 f0 )时能量较低，比较 或全空状态( 时能量较低， 或全空状态 时能量较低 稳定。 稳定。 例外：Pt，W 例外：Pt，