高中化学竞赛第4讲原子结构与元素周期律
全国高中生化学竞赛教程课件:原子结构和元素周期系

原子结构理论的发展简史
可是,质子、电子的发现使人们意识到, 原子是可分的
于是,新的模型出现了
Joseph John Thomson (18561940), with the apparatus he used to discover the electron.
1906 Nobel Prize in Physics.
Bohr在
Bohr’s model
爱因斯坦的光子学说
普朗克的量子化学说 氢原子的光谱实验
的基础上,建 立了Bohr理论
的概念,
但它只涉及光作用于物体时能量的传递过程(即吸收或 释出)。
18
Max Plank (1858~1947) 1918 诺贝尔 物理学奖
“我曾企图设法使这个基 本作用“量子”与经典理 论相适应,我这种徒劳无 益的企图曾经继续了许多 年,花费了我很多心血。”
“没有被量子论震惊的人就没有真正理解它”
原子结构与元素周期系
原子结构与元素周期系
核外电子的运动状态 核外电子的排布和元素周期系 元素基本性质的周期性
2
原子结构与元素周期系
氢原子光谱和玻尔理论
核
微观粒子的波粒二象性
外
电 子
波函数和原子轨道
的 运
概率密度和电子云
动
状
波函数的空间图象
态
四个量子数
3
原子结构理论的发展简史
古希腊
道尔顿
卢瑟福
近代原子结构理论
爱因斯坦把E = hv 与质能联 系定律E = mc2联系在一起, 求得光子的质量为m = hv /c2, 所以光子的动量为 p = mc = (hv /c2)·c = hv /c = h/λ.
高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座第4讲原子结构与元素周期律

高中化学奥林匹克竞赛辅导讲座第4讲原子结构与元素周期律【竞赛要求】核外电子运动状态:用s、p、d等来表示基态构型(包括中性原子、正离子和负离子)核外电子排布。
电离能、电子亲合能、电负性。
四个量子数的物理意义及取值。
单电子原子轨道能量的计算。
s、p、d原子轨道图像。
元素周期律与元素周期系。
主族与副族。
过渡元素。
主、副族同族元素从上到下性质变化一般规律;同周期元素从左到右性质变化一般规律。
原子半径和离子半径。
s、p、d、ds、f区元素的基本化学性质和原子的电子构型。
元素在周期表中的位置与核外电子结构(电子层数、价电子层与价电子数)的关系。
最高氧化态与族序数的关系。
对角线规则。
金属性、非金属性与周期表位置的关系。
金属与非金属在周期表中的位置。
半金属。
主、副族重要而常见元素的名称、符号及在周期表中的位置、常见氧化态及主要形态。
铂系元素的概念。
【知识梳理】一、核外电子的运动状态1、微观粒子的二重性(1)光的波动性λ波长:光谱中相邻两个波峰(波谷)间的距离。
频率v:频率就是光子在单位时间内振动的次数。
单位是Hz(1Hz =1 s-1)。
v = c/λ。
光速c=λ·v 真空中相当于光速= 3×10 8 m·s-1。
波数~v=λ1(cm-1)(2)光的微粒性光量子的能量(E)与频率(v)成正比。
即:E = hυh为普朗克常数= 6.6×10 –34 J·s(3)白光是复色光可见光的颜色与波长(4)电子的波粒二重性——物质波德布罗意(L. de Broglie)提出:电子具有粒子性,也具有波动性。
并提出联系电子粒子性和波动性的公式:λ=mvhm:质量v:速度h:普朗克常数左边是电子的波长λ,表明它的波动性的特征;右边是电子的动量,代表它的粒子性。
2、原子核外电子的运动(1)早期模型氢原子光谱太阳光是连续光谱,原子光谱是线状光谱。
玻尔模型:①电子在一定的轨道上运动、不损失能量。
高一化学竞赛辅导【物质结构 元素周期律】课件

例 X、Y、Z和R分别代表四种元素,如果
aXm+、bYn+、cZn-、dRm-四种离子的电子层结 构相同,则下列关系正确的是
A.a-c=m-n
D B.a-b=n-m
C.c-d=m+n
D.b-d=n+m
2。元素、核素、同位素
(1)元素:具有相同核电荷数(质子数)的同一类原子叫做元素。 (2)核素与同位素:
原子结构示意图
原子核
第3层 第2层 第1层
原子核带正电
质子数
+ 15 2 8 5
K层 L层 M层
判断下列示意图是否正确?为什么?
A、+19 2 8 9
B、 +12 2 10
C、 +3 1 2
D、 +54 2 8 18 20 6
课堂练习
1.年新发现114号元素的同位素,其中子数为184,该同位素的质量
①核素:具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原 子叫核素。
②同位素:同一元素的不同核素之间互称为同位素。
元素、核素、同位素的比较
(1)两同:同质子、同元素;两不同:不同中子、不同原子。
(2)同种元素,可以有若干种不同的核素。
(3)核电荷数相同的不同核素,虽然它 们的中子数不同,但是属于同一种元素。
电子层(n)1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、
代号是 K L M N O P Q
电子能量
由 低 到高
离核距离
由 近 到远
例题: 2004年高考全国A卷 6分
7. 下列离子中,所带电荷数和核外电子层数相等的是 A . Al3+ B . Mg 2+ C . Be2+ D . H+
原子结构和元素周期律PPT课件 鲁科版4

【课堂练习】
1.下列各组微粒半径大小比较中,不正确的是( B ) A. r(K) > r(Na) > r(Li)
B. r(Mg2+) > r(Na+) > r(F-)
C. r(Na+) > r(Mg2+) > r(Al3+)
D. R(Cl -) > r(F-) > r(F)
作业:
1、预习第二课时 2、完成第一课时练习题
原子序数
原子序数
电子层数
1 2 3
达到稳定结构 最外层电 时的最外层电 子数 子数
1~ 2 3~10 11~18
1
1 1
2 8 8
2
8 8
结论1:随着原子序数的递增,元素原子的最外层电 子排布呈现 周期性 变化。
原子半径
原子序数与原子半径折线图
0.2 0.18 0.16
原子半径(/nm)
0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0
原子序数
原子序数 1~2
+1 +1 3~10 +1
化合价的变化
0
+5
-4
-1
0
+7 11~18 0 -4 -1 结论3:随着原子序数的递增,元素化合价呈 现 周期性 变化(金属元素无负价)。
结论:
随着原子序数的递增,核外 电子排布、原子半径、化合价等 元素的性质呈周期性变化。
这个规律叫元素周期律。
节
元素周期律和元素周期表
元素周期律
现在使用的元素周期表:
原子序数:
含义: 元素在元素周期表中的序号。 数值:
原子序数 = 核电荷数 =原子核内质子数 =原子核外电子数
2020高中化学竞赛辅导专题:原子结构与元素周期律讲义pdf

1887-1961 获1933年Nobel 物理奖
二阶偏微分方程
2Y
x 2
2Y
+ y 2
2Y+ z 2源自+8p 2m
h2
(E-V
)Y
=
0
式中:Y - 波函数(是 x,y,z 的函数); E - 电子的总能量; V - 电子的势能; m- 电子的质量。
2Y
x 2
因为
x •
h 2πm
h m
的数量级约为 10-4 m2•s-1,
这在微观世界是很大的数字。
对于质量较大的宏观物体, 不确定原理没有实际意义。
例如 子弹, m = 10 g,
h m
约为 10-32 m2•s-1
考察其 x 和 的大小
x / m
10-6 10-9 10-12
/ m•s-1 10-26 10-23 10-20
遵循不确定原理, 不能用牛顿力学去研 究,而应该去研究微观粒子(如电子) 运动的统计性规律。
要研究电子出现的空间区域,则要 去寻找一个函数,用该函数的图象与这 个空间区域建立联系。
── 微观粒子运动的波函数 ( )。
5.2 核外电子运动状态的描述
5.2.1 薛定谔方程
1926年,奥地利科学家 薛定谔建立了描述微观粒子 运动的波动方程。
将光子的能量 公式
E=h
与爱因斯坦的质能方程联立
E=mc2
得
c
mc2 =h = h
c
mc2 =h = h
若用 p 表示动量 mc ,则 p= h
左侧 p 表示粒子性,右侧 表示
波动性,二者通过公式联系起来 。
安徽高中化学竞赛-无机--4-第四章 原子结构和元素周期律(PPT)

E = -13.6 eV Z 2 n2
n 的数值大,电子距离原子核 远, 且具有较高的能量。
E = -13.6 eV Z 2 n2
对于 H 原子 n = 1 E = - 13.6 eV
n = 2 E = - 3.40 eV ……
E = -13.6 eV Z 2 n2
n E=0 即自由电子,其能量最大, 为 0。
但是单电子体系,其能量 E 不受 l 的影响,只和 n 有关。
如对于氢原子
E4s = E4p = E4d = E4f
3. 磁量子数 m m 称为磁量子数。 取值 磁量子数 m 取值 受角量子数 l 的影响。
对于给定的 l ,m 可取: 0, 1, 2, 3,… … , l
共 2 l + 1 个值。
时间长了,从电子枪中射出 的电子多了,屏幕上显出明暗相 间的有规律的环纹。
这是大量的单个电子的粒子 性的统计结果。
这种环纹与光波衍射的环纹 一样,它体现了电子的波动性。
所以说波动性是粒子性的统 计结果。
这种统计的结果表明,虽然不能 同时测准单个电子的位置和速度,但 是电子在哪个区域内出现的机会多, 在哪个区域内出现的机会少,却有一 定的规律。
l=0 l=1 l=2 l=3
s 轨道,形状为球形; p 轨道,形状为哑铃形; d 轨道,形状为花瓣形; f 轨道,形状更复杂。
例如 n = 4 时,l 有 4 种取 值,就是说核外第 4 层有 4 种形 状不同的原子轨道:
l = 0 表示 4s 轨道,球形
l = 0 表示 4s 轨道,球形 l = 1 表示 4p 轨道,哑铃形 l = 2 表示 4d 轨道,花瓣形 l = 3 表示 4f 轨道,
z OP′为 OP 在 xOy 平面内的投影
【高中化学】原子结构和元素周期律PPT课件4

原子序数
原子序数
电子层数
1 2 3
达到稳定结构 最外层电 时的最外层电 子数 子数
1~ 2 3~10 11~18
1
1 1
2 8 8
2
8 8
结论1:随着原子序数的递增,元素原子的最外层电 子排布呈现 周期性 变化。
原子半径
原子序数与原子半径折线图
0.2 0.18 0.16
原子半径(/nm)
0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0
0
5
10
原子序数
15
20
原子序数 3~9
原子半径的变化
0.134nm—0.071nm 逐渐减小
11~17
0.154nm—0.099nm
逐渐减小
结论2:随着原子序数的递增,元素原子 半径呈现周期性 变化。(稀有气体元素除
外)
元素化合价
原子序数与最高正价和最低负价图
8
最高正价和最低负价
6 4 2 0 0 -2 -4 -6 5 10 15 20
1、不要做刺猬,能不与人结仇就不与人结仇,谁也不跟谁一辈子,有些事情没必要记在心上。 2、相遇总是猝不及防,而离别多是蓄谋已久,总有一些人会慢慢淡出你的生活,你要学会接受而不是怀念。 3、其实每个人都很清楚自己想要什么,但并不是谁都有勇气表达出来。渐渐才知道,心口如一,是一种何等的强大! 4、有些路看起来很近,可是走下去却很远的,缺少耐心的人永远走不到头。人生,一半是现实,一半是梦想。 5、你心里最崇拜谁,不必变成那个人,而是用那个人的精神和方法,去变成你自己。 6、过去的事情就让它过去,一定要放下。学会狠心,学会独立,学会微笑,学会丢弃不值得的感情。 7、成功不是让周围的人都羡慕你,称赞你,而是让周围的人都需要你,离不开你。 8、生活本来很不易,不必事事渴求别人的理解和认同,静静的过自己的生活。心若不动,风又奈何。你若不伤,岁月无恙。 9、命运要你成长的时候,总会安排一些让你不顺心的人或事刺激你。 10、你迷茫的原因往往只有一个,那就是在本该拼命去努力的年纪,想得太多,做得太少。 11、有一些人的出现,就是来给我们开眼的。所以,你一定要禁得起假话,受得住敷衍,忍得住欺骗,忘得了承诺,放得下一切。 12、不要像个落难者,告诉别人你的不幸。逢人只说三分话,不可全抛一片心。 13、人生的路,靠的是自己一步步去走,真正能保护你的,是你自己的选择。而真正能伤害你的,也是一样,自己的选择。 14、不要那么敏感,也不要那么心软,太敏感和太心软的人,肯定过得不快乐,别人随便的一句话,你都要胡思乱想一整天。 15、不要轻易去依赖一个人,它会成为你的习惯,当分别来临,你失去的不是某个人,而是你精神的支柱;无论何时何地,都要学会独立行走 ,它会让你走得更坦然些。 16、在不违背原则的情况下,对别人要宽容,能帮就帮,千万不要把人逼绝了,给人留条后路,懂得从内心欣赏别人,虽然这很多时候很难 。 17、做不了决定的时候,让时间帮你决定。如果还是无法决定,做了再说。宁愿犯错,不留遗憾! 18、不要太高估自己在集体中的力量,因为当你选择离开时,就会发现即使没有你,太阳照常升起。 19、时间不仅让你看透别人,也让你认清自己。很多时候,就是在跌跌拌拌中,我们学会了生活。 20、与其等着别人来爱你,不如自己努力爱自己,对自己好点,因为一辈子不长,对身边的人好点,因为下辈子不一定能够遇见。
高中化学第四章物质结构元素周期律第一节原子结构与元素周期律第课时原子结构课件新人教版必修第一册

答案:A
解析:A元素原子的次外层电子数只能是2,最外层电子数是4,A的原子序数 为6;B元素的内层电子总数只能是2,最外层电子数为6,B的原子序数为8;C元 素原子有3个电子层,L层必有8个电子,M层有4个电子,C的原子序数为14;D 的阳离子与B的阴离子(即O2-)电子层结构相同,D为Na,原子序数为11;故原子 序数:C>D>B>A。
阳离子(Rm+) 阴离子(Rm-)
质子数>电子数 质子数<电子数
质子数=电子数+m 质子数=电子数-m
(3)数量关系。 原子序数=质子数
目标2 核外电子排布规律应用 例2表示某微粒的结构示意图,下列说法不正确的是( ) A.表示的原子只能为Ne B.表示的金属阳离子有3种 C.表示的微粒对应的元素一定为非金属元素 D.表示的微粒有2个电子层
2.离子结构示意图 (1)当主族中的金属元素原子失去最外层所有电子变为离子时,电子 层数减少一层,形成与上一周期的稀有气体原子相同的电子层结构。
如:
(2)非金属元素的原子得电子形成简单离子时,形成和稀有气体原子 相同的电子层结构。 如:
1~20号元素原子核外电子排布特征 (1)最外层电子数为1的原子有H、Li、Na、K。 (2)最外层电子数为2的原子有He、Be、Mg、Ca。 (3)最外层电子数与次外层电子数存在倍数关系的情况 ①最外层电子数=次外层电子数的原子:Be、Ar。 ②最外层电子数=次外层电子数2倍的原子:C。 ③最外层电子数=次外层电子数3倍的原子:O。 ④最外层电子数=次外层电子数4倍的原子:Ne。 ⑤最外层电子数=次外层电子数12的原子:Li、Si。
高中化学竞赛《原子结构和元素周期律》

量子 数
物理意义
取值范围
主量子数n
角量子数l
磁量子数m
自旋量子数 ms
描述电子离核远近及 能量高低
描述原子轨道的形状 及能量的高低
描述原子轨道在空间 的伸展方向
描述电子的自旋方向
n=1,2,3, …正整数
l=0,1,2,… 小 于 n 的 正 整数 m=0,+1,-1, +2, -2
, …±l ms =+1/2,-1/2
4
0,+1,-1,+2,-2,+3,-3,+4, -4
轨道符号
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s
4p
4d
轨道数 1 1 3 1 3 5 1
3
5
4f
7
5s
1
5p
3
5d
5
5f
7
5g
9
多电子原子近似能级图的特点:
• 近似能级图是按原子轨道的能量高低而不是按原子轨道 离核的远近顺序排列起来。把能量相近的能级划为一组, 称为能级
能量最低原理
多电子原子在基态时,核外电子总 是尽可能分布到能量最低的轨道,这称 为能量最低原理。
堡里不相容原理
一个电子的四个量子数为(3、2、0、-1/2) 另一个电子的四个量子数为(3、2、0、+1/2)
从保里原理可获得以下几个重要结论: a)每一种运动状态的电子只能有一个。 b)由于每一个原子轨道包括两种运动状态,所以每一个
二、 测不准原理和几率概念
• 测不准原理:
一个粒子的位置和动量不能同时地、准确地 测定。 注意:这里所讨论的不确定性并不涉及所用的测 量 仪器的不完整性,它们是内在固有的不可 测定性。
高中化学竞赛《物质结构》讲义

物质结构---第一部分原子结构元素周期系1.原子结构核外电子的运动状态: 用s、p、d等表示基态构型(包括中性原子、正离子和负离子)核外电子排布。
电离能、电子亲合能、电负性。
2.元素周期律与元素周期系周期。
1~18族。
主族与副族。
过渡元素。
主、副族同族元素从上到下性质变化一般规律;同周期元素从左到右性质变化一般规律。
原子半径和离子半径。
s、p、d、ds、f区元素的基本化学性质和一原子的电子构型。
元素在周期表中的位置与核外电子结构(电子层数、价电子层与价电子数)的关系。
最高氧化态与族序数的关系。
对角线规则。
金属与非金属在周期表中的位置。
半金属(类金属)。
主、副族的重要而常见元素的名称、符号及在周期表中的位置、常见氧化态及其主要形体。
铂系元素的概念。
第一节核外电子的运动一、原子核外电子的运动状态(一)核外电子的运动特点:;;。
(二)核外电子的运动表示电子云是描述电子在核外空间运动的一种图象,它从统计的概念出发对核外电子出现的几率密度作形象化的图示。
二、原于核外电子的排布(一)多电子原子的电子排布---1.依据:、。
2.图示(二)核外电子排布的原理1.能量最低原理:2.保里不相容原理:3.洪特(Hund)规则:电子将尽可能多分占不同的简并轨道,且自旋平行。
及Hund特例:简并轨道全充满,半充满,全空,能量相对较低,较稳定。
[例外] Nb、Ru、Rh、W、Pt(三)能级顺序——近似能级图1. 能级交错现象;2. 能级组:能量相近的能级划分为一组;3. 徐光宪先生 n+0.7规则:4. 近似能级图——电子填充顺序(四)核外电子排布的表示方法:有关概念:基态、激发态;原子、离子;“原子实”——希有气体结构;“价电子构型”1.轨道表示式:2.电子排布式:4.原子结构和元素在周期表中位置的关系。
①元素的周期数原子最外层的n数值即为该元素的所在周期数。
一个能级组相当于一个周期,周期有长短之分。
短周期(能级组内仅含有s、p能级)。
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第4讲 原子结构与元素周期律【竞赛要求】核外电子运动状态: 用s 、p 、d 等来表示基态构型(包括中性原子、正离子和负离子)核外电子排布。
电离能、电子亲合能、电负性。
四个量子数的物理意义及取值。
单电子原子轨道能量的计算。
s 、p 、d 原子轨道图像。
元素周期律与元素周期系。
主族与副族。
过渡元素。
主、副族同族元素从上到下性质变化一般规律;同周期元素从左到右性质变化一般规律。
原子半径和离子半径。
s 、p 、d 、ds 、f 区元素的基本化学性质和原子的电子构型。
元素在周期表中的位置与核外电子结构(电子层数、价电子层与价电子数)的关系。
最高氧化态与族序数的关系。
对角线规则。
金属性、非金属性与周期表位置的关系。
金属与非金属在周期表中的位置。
半金属。
主、副族重要而常见元素的名称、符号及在周期表中的位置、常见氧化态及主要形态。
铂系元素的概念。
【知识梳理】一、核外电子的运动状态1、微观粒子的二重性(1)光的波动性λ波长:传播方向上相邻两个波峰(波谷)间距离。
频率v :频率就是物质(光子)在单位时间内振动的次数。
单位是Hz (1Hz =1 s -1)。
光速c =λ·v 真空中2.998×10 8 m ·s -1 = 3×10 8 m ·s -1,大气中降低(但变化很小,可忽略)。
波数~v =λ1(cm -1) (2)光的微粒性1900年根据实验情况,提出了原子原子只能不连续地吸收和发射能量的论点。
这种不连续能量的基本单位称为光量子,光量子的能量(E )与频率(v )成正比。
即: E = h υ (4-1)式中h 为普朗克常数,等于 6.626×10 –34 J ·s(3)白光是复色光颜色 紫 兰 青 绿 黄 橙 红波长(nm ) 400-430 430-470 470-500 500-560 560-590 590-630 630-7601923年德布罗意(L. de Broglie )类比爱因斯坦的光子学说后提出,电子不但具有粒子性,也具有波动性。
并提出了联系电子粒子性和波动性的公式: λ=mvh (4-2) m :质量 v :速度 h :普朗克常数(4-2)式左边是电子的波长λ,表明它的波动性的特征;右边是电子的动量,代表它的粒子性。
这两种性质通过普朗克常数定量的联系起来了。
2、原子核外电子的运动(1)早期模型氢原子光谱太阳光是连续光谱,原子光谱是线状光谱。
玻尔模型:①电子在一定的轨道上运动、不损失能量。
②不同轨道上的电子具有不同能量 E = 2181018.2n-⨯-J (4-3) 式中n =1,2……正整数电子离核近、能量低、最低能量状态称基态,激发态(能量高)③只有当电子跃迁时,原子才释放或吸收能量。
△E = h v = h λc = hc ~v 1 cm -1 = 1.986×10-23 J波尔理论的应用:①解释氢原子光谱电子跃迁时释放电子能量:~v =hc E E 12-=s cm SJ /103·10626.61018.2103418⨯⨯⨯⨯---(221n -211n ) =1.097×105 (221n -211n )cm -1 式中1.097×105称里德保常数②计算氢原子光谱的谱线波长 电子由n i −→−n 1时,释放能量得一系列~v 值称赖曼线系。
n i −→−n 2时,释放能量得到一系列~v 值。
巴尔麦线条例:~v =h E E 23- = 1.097×105 (223121-) cm -1 =15236 cm -1 λ=~1v= 656 nm 原子光谱③计算氢原子的电离能n 1−→−n ∞时,氢原子电离能= 6.023×1023△E = 6.023×1023 (22111∞-n n ) = -1313 kJ·mol -1 接近实验值1312 kJ·mol -1(2)近代描述—电子云①薛定颚方程的解即原子轨道——电子运动状态。
量子数是解方程的量子条件(三个)n 、l 、m ,原子核外的电子运动状态用四个量数描述:n 、l 、m 、m s 。
实际上,每个原子轨道可以用3个整数来描述,这三个整数的名称、表示符号及取值范围如下: 主量子数 n ,n = 1, 2, 3, 4, 5,……(只能取正整数),表示符号: K, L, M, N, O, …… 角量子数 l ,l = 0, 1, 2, 3 , ……, n -1。
(取值受n 的限制),表示符号:s, p, d, f , …… 磁量子数 m ,m = 0, ±1, ±2, ……, ±l 。
(取值受 l 的限制)当三个量子数都具有确定值时,就对应一个确定的原子轨道。
如2p 0 就是一个确定的轨道。
主量子数n 与电子层对应,n = 1时对应第一层,n = 2时对应第二层,依次类推。
轨道的能量主要由主量子数n 决定,n 越小轨道能量越低。
角量子数 l 和轨道形状有关,它也影响原子轨道的能量。
n 和l 一定时,所有的原子轨道称为一个亚层,如n = 2,l = 1就是2p 亚层,该亚层有3个2p 轨道。
n 确定时,l 值越小亚层的能量约低。
磁量子数 m 与原子轨道在空间的伸展方向有关,如2p 亚层,l =1, m = 0,±1有3个不同的值,因此2p 有3种不同的空间伸展方向,一般将3个2p 轨道写成2p x , 2p y , 2p z 。
实验表明,电子自身还具有自旋运动。
电子的自旋运动用一个量子数m s 表示,m s 称为自旋磁量子数。
对一个电子来说,其m s 可取两个不同的数值1/2或-1/2。
习惯上, 一般将m s 取1/2的电子称为自旋向上,表示为 + ; 将m s 取-1/2的电子称为自旋向下,表示为-。
实验证明,同一个原子轨道中的电子不能具有相同的自旋磁量子数m s , 也就是说,每个原子轨道只能占两个电子,且它们的自旋不同。
②核外电子可能的空间状态——电子云的形状。
s 电子云(球形)p 电子云,亚铃形,有三个方向 p x p y p z 。
d 电子云有五个方向dxy dxz dyz dx 2-y 2 dz 2 (称五个简并轨道,即能量相同的轨道)f 电子云有七个方向。
3、核外电子的排布↑↓ ↑↓ ↑ 1s 2s2p 3s 3p (1)多电子原子的能级①鲍林的轨道能级图 能级交错 能级分裂鲍林根据光谱实验的结果,提出了多电子原子中原子轨道的近似能级图,见下图,要注意的是图中的能级顺序是指价电子层填入电子时各能级能量的相对高低。
多电子原子的近似能级图有如下几个特点:(a )近似能级图是按原子轨道的能量高低排列的,而不是按原子轨道离核远近排列的。
它把能量相近的能级划为一组,称为能级组,共分成七个能级组。
能级组之间的能量差比较大。
徐光宪教授提出用n + 0.7 l 计算各能级相对高低值,并将第一位数相同的能级组成相应的能级组,如4s 、3d 和4p 的n + 0.7 l 计算值相应为4.0、4.4和4.7,它们组成第四能级组。
(b )主量子数n 相同、角量子数l 不同的能级,它们的能量随l 的增大而升高,即发生“能级分裂”现象。
例如E s 4<E d 4<E f 4。
(c )“能级交错”现象。
例如E s 4<E d 3<E p 4,E s 6<E f 4<E d 5<E p 6。
②屏蔽效应和有效核电荷在多电子原子中,一个电子不仅受到原子核的引力,而且还要受到其他电子的排斥力。
这种排斥力显然要削弱原子核对该电子的吸引,可以认为排斥作用部分抵消或屏蔽了核电荷对该电子的作用,相当于使该电子受到的有效核电荷数减少了。
于是有Z* = Z -σ,式中Z*为有效核电荷,Z 为核电荷。
σ为屏蔽常数,它代表由于电子间的斥力而使原核电荷减少的部分。
我们把由于其他电子对某一电子的排斥作用而抵消了一部分核电荷,使该电子受到的有效核电荷降低的现象称为屏蔽效应。
一个电子受到其他电子的屏蔽,其能量升高。
③钻穿效应与屏蔽效应相反,外层电子有钻穿效应。
外层角量子数小的能级上的电子,如4s 电子能钻到近核内层空间运动,这样它受到其他电子的屏蔽作用就小,受核引力就强,因而电子能量降低,造成E s 4<E d 3。
我们把外层电子钻穿到近核内层空间运动,因而使电子能量降低的现象,称为钻穿效应。
钻穿效应可以解释原子轨道的能级交错现象。
(2)排布规则:①能量最低原理:原子中的电子按照能量由低到高的顺序排布到原子轨道上,遵循能量最低原理。
例如,氢原子只有一个电子,排布在能量最低的1s轨道上,表示为1s 1,这里右上角的数字表示电子的数目。
根据能量最低原理,电子在原子轨道上排布的先后顺序与原子轨道的能量高低有关,人们发现绝大多数原子的电子排布遵循下图的能量高低顺序,这张图被称为构造原理。
②泡利原理:(Pauli exclusion principle) 一个原子轨道上最多能排布几个电子的呢?物理学家泡利指出一个原子轨道上最多排布两个电子,且这两个电子必须具有不同的自旋。
按照能量最低原理和泡利不相容原理,硼原子B 的电子排布是1s 22s 22p 1。
其轨道表示式如图: ③洪特规则:氮原子的电子排布是1s 22s 22p 3,那么2p 轨道上的3个电子 在3个2p 轨道如何排布呢?洪特在研究了大量原子光谱的实验后总结出了一个规律,即电子在能量相同的轨道上排布时,尽量分占不同的轨道且自旋平行,这样的排布方式使原子的能量最低。
可见,洪特规则是能量最低原理的一个特例。
因此,氮原子的3个2p 电子在3个在2p 轨道上的排布为:2p 。
经验的补充规则:等价轨道全充满、半充满、全空的状态比较稳定。
如24号元素Cr 和29号元素Cu的电子排布式分别写为:Cr : 1s 22s 22p 63s 23p 63d 54s 1 Cu :1s 22s 22p 63s 23p 63d 104s 1。
电子填入轨道的次序:注意:具体元素原子的电子排布情况应尊重实验事实。
(3)表示方法:根据以上电子排布的三条规则,就可以确定各元素原子基态时的排布情况,电子在核外的排布情况简称电子构型,表示的方法通常有两种。
①轨道表示法如: C一个方框表示一个轨道。
↑、↓表示不同自旋方向的电子。
②电子排布式(亦称电子组态)如:C 1s 2 2s 2 2p 2式中右上角的数字表示该轨道中电子的数目。
为了简化,常用“原子实”来代替部分内电子层构型。
所谓原子实,是指某原子内电子层构型与某一稀有气体原子的电子层构型相同的那一部分实体。
如24Fe :2s 22p 63p 23p 63d 6 s 2可表示为[Ar]3d 64s 2说明:竟赛要求能够根据原子序数写出元素周期表中所有元素的电子排布式。