无机及分析化学课件

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。
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
（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
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
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
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
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)
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
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） ） ）
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
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)
§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
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
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。
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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。
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。