第一节原子结构

2、洪特规则
• 基态多电子原子中同一能级的轨道能量相 等，称为简并轨道。基态多电子原子的电 子总是首先自旋平行地、单独地填入简并 轨道。
• 【例】C N O
3、能量最低原理 • 核外电子排布总是尽可能使整个原子能量
处于最低状态。
• K的核外电子排布：2 8 8 1 【原因】 能层能量→能级能量
3、电子的自旋
• 电子绕自己的轴自旋（像地球绕地轴旋转 一样）
• 自旋方向：只有2种自旋方向——顺时针方 向和逆时针方向
• 在轨道中用↑↓两个箭头来表示电子自旋方 向
【4个量子数】
• （1）主量子数n n可取的数为1，2， 3，4，5，6，7， 分别表示为K, L, M, N, O, P, Q 在同一原子内，具有相同主量子数的电子，
→基态正离子的电子组态符合(n+0.4l)的顺序
【钻穿效应、屏蔽效应】
• 屏蔽效应：由于内层的s 电子距核较近而 有效地减弱了核电荷对外层电子的相互作 用的现象。s电子对同层的d、f 轨道电子也 有屏蔽效应。
• 钻穿效应：s轨道电子云出现在较内层空间， 从而受到核电荷的有效吸引而降低能量的 现象。
l对应的原子轨道的形状
l =0 —— s能级——球形 l =1 ——p能级——双纺锤形 l =2 ——d能级——多纺锤形 l =3 ——f能级——…… l =4 ……
• l取值为0,1,2，……（n-1） 当n=1时， l =0……s能级 当n=2时， l =0,1……s能级，p能级 当n=3时， l =0,1,2……s，p，d能级
第一节 原子结构
一. 光谱、基态、激发态、跃迁
【微观解释】
• 基态：电子能量最低的状态 • 激发态：电子能量高于基态的状态
激发态2 激发态1
激发态2 激发态1
释放的能量以光能呈现
跃迁 需吸收能量 基态
释放能量 跃迁 基态
【原子光谱】
• 用光谱仪接收各种元素的电子吸收光能后 的光谱或释放光能后的光谱，就可以得到 元素原子吸收光谱或原子发射光谱，统称 为原子光谱。
为了解释这一现象而提出第四个量子数—— 自旋量子数， ms
原因：电子除绕核运动外，自身还做自旋运 动。用自旋量子数ms = +1/2或ms = 1/2分别 表示电子的两种不同的自旋运动状态。通 常图示用箭头、符号表示。
• 【例1】从元素Sc到Zn的基态原子填入电子 的量子数表示为
A．n=3,l=1 B．n=3,l=2 C．n=4,l=1 D．n=4,l=2
• 光谱仪：本生灯、分光器
锂、氦、汞的 原子光谱
• ↑吸收光谱 • ←发射光谱
二.氢原子的量子力学模型
1、电子云
概率密度：P概率/V微小 区域体积
小黑点：电子出现在核外 空间的一次概率，概率密 度越大，电子云图像中的 小黑点越密
2、电子云图像的特征
• 特征①：电子云在核外空间的扩展程度
能层
K
第一 能层
“全满规则”“半满规则”
• 【全满规则】d能级接近全满时倾向于全填 满 例： Cu Ag Au
• 【半满规则】d能级接近半满时倾向于半充 满
例： Cr
Mo
64号Gd 96号
【电子排布式的简化】
• Q:方括号的意义？ 方括号框起来的电子排布对应于该稀有气体的电 子排布，把该部分电子排布简化书写为[稀有气 体符号]
• 钻穿效应使得4s/5s轨道的能量低于3d/4d
轨 一道现，象也6s称/7为s轨能道级的交能错量现低于象4。f/5f轨道。这
【电子排布式/电子组态】
注：
①表中[ ]中的电子相应于稀有气体原子的电子组态， 叫“电子仁”或“电子实”；②表中用方框框起的 能级在化学反应会发生变化，通称为“价电子层”， 其中的电子通称“价层电子”；③价电子层中非最 外层电子用阴影标出，以突出最外层电子。④用（） 括起的电子构型是有待进一步证实的构型。⑤标有* 的组态不符合构造原理。
【构造原理】
• 电子先排在能量低的能级上，填满一个能 级后，再填入一个新能级。
【能级排布顺序】
• 【注意】“能级交错”P41
【电子排布式】 根据构造原理，并用能级上所排电子数来表示电 子排布的式子 例：H C O Na K Fe
【电子排布图】 用方框代表轨道，↑↓箭头表示自旋状态相反的 电子来表达电子排布的另一种方式 例：写出下列元素的电子排布式和电子排布图 Ti Mn Cu（3种元素画出3d和4s电子排布图） Se Br（2种元素画出4s和4p电子排布图）
• (3)磁量子数m
m值反映原子轨道在空间的伸展方向。
m可取的数值为0，1，2，3，…l，共可 取2l +1个值。
例：当l = 0时，按量子化条件m只能取0，即s
电子云在空间只有球状对称的一种取向，
表明s能级只有一个轨道；
当l =1时，m依次可取1，0，+1三个值，表
示p电子云在空间有互成直角的三个伸展方
S电子，球形对称， 一种取向
P电子，三种取向：px，py，pz
dxy
Hale Waihona Puke dyzdxzdx2-y2
dz2
【电子云空间取向数】
• s电子空间取向数——1 • p电子空间取向数——3 • d电子空间取向数——5 • f电子空间取向数——7 • g电子空间取向数——9 • ……
• 【轨道】——在某一能层和能级上，具有一定 空间取向的电子云——电子在核外空间概率密 度较大的区域
可看作构成一个核外电子“层”。 n值愈大，电子离核愈远，能量愈高。
由于n只能取正整数，所以电子的能量是量子 化的。
• （2）角量子数l
l值相同的电子处于同一亚层（能级）。
l可取的数为0，1，2，… (n –1) ， 共可取n个。
l决定原子轨道的形状。在多电子原子中，当n 相同时，不同的角量子数l（即不同的电子云 形状）也影响电子的能量大小。
向，分别 个轨道
以px、
py、
pz表
示
，即
p能
级
有三
• 主量子数n=1,2,3,4,5,6,7，…… • 角量子数l=0,1,2,3，……（n-1） • 磁量子数m=0，±1，±2，……±l
•用（高4分）辨自率旋的量光子谱数仪ms在无外磁场的情况下,可 观察到氢原子光谱有分裂现象，说明电子 运动应该有两种不同的状态。
• 2、已知某元素在氪之前，当此元素的原子 失去一个电子后，在其角量子数为2的轨道 内恰好达到全满，试推断该元素的名称， 并说明它属于哪一族。
三.构造原理
• 基态多电子原子的核外电子排布必须满足：
1、泡利原理
基态多电子原子中不可能同时存在能层、能级、轨 道、自旋状态完全相同的电子，即不可能出现4个量 子数完全相同的电子。换句话说，在一个轨道里最 多只能容纳2个电子，它们的自旋方向相反。
【内容范围】
• 1-4：26页 了解 • 1-5：30页 掌握，1-5-4 概率密度、4个基
本特征、4个量子数（取值范围、对应轨道、 对应电子数……） • 1-6：39页 掌握，电子组态（电子排布式/ 图），钻穿和屏蔽效应 • 1-7：46页 了解 • 1-8：55页 知道，电离能，电子亲和能， 电负性，氧化态
• 【例2】下列各组量子数哪些是不合理的， 为什么？
①n=2,l=1,m=0 ②n=2,l=0,m=－1 ③n=2,l=2,m=－1 ④n=2,l=3,m=＋2 ⑤n=3,l=1,m=＋1 ⑥n=3,l=0,m=－1
• 【例3】一个原子中，量子数n=3，l=2，m=0的 轨道中允许的电子数最多是多少？
• 2个
• 【例4】价电子构型满足下列条件的是哪一族 的哪一个元素：
①量子数n=4，l=0的电子有两个和量子数n=3， l=2的电子有6个。 ②4s与3d为半满的元素。 ③具有4个p电子的元素。
• 1、某元素位于第五周期第五副族，写出元 素符号和＋3氧化态离子的电子构型，用四 个量子数表示该离子的最外层电子的运动 状态。
【能层对应轨道数】
• 第一能层1个“轨道”——1s轨道 • 第二能层4个“轨道”——2s轨道，2px轨道，
2py轨道，2pz轨道 • 第三能层9个“轨道”——3s轨道，3px，3py，
3pz，3dxy，3dyz， 3dxz，3dx2-y2，3dz2 • 第四能层16个“轨道”——……
• 第n能层n2个“轨道”
L
第二 能层
M
第三 能层
N
第四 能层
O
第五 能层
P
第六 能层
Q
第七 能层
能量
低
高
扩展 程度
逐渐增大
• 特征②：电子云的形状 • 能级：用于表达处在一定能层上具有一定
形状电子云的电子
• 【形状】 • s能级——球形 • p能级——双纺锤形/哑铃型 • d能级——多纺锤形 • f能级——更复杂的形状
• 特征③：电子云在空间的取向
• 钠的电子排布式： [Ne]3s1
• 钾：[Kr]4s1 • 铷: [Kr]5s1
• 基态电中性原子失去电子形成正离子时， 总是首先失去最外层电子，这时，副族元 素基态正离子的电子组态不符合构造原理。
• 【例】P43
• 我国著名化学家徐光宪总结的电中性原子 与正离子的电子组态差异：
→基态电中性原子的电子组态符合(n+0.7l)的 顺序