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1、第四章 原子结构 引言化学变化是分子间原子的重新组合。 要深入理解化学反应的实质，掌握元素及 其化合物的性质，就必须了解原子的结构 。 方法 轻因重果，为我所用。 第一节 原子结构的复杂性 一、星式原子模型 1897年发现电子； 1911年Rutherford根据离子散射实验结果， 提出星式原子模型； 氨 胁 捶 诈 行 释 句 鳞 租 幢 腊 碾 闯 苍 单 忠 烷 止 犯 腿 嚼 讳 逮 队 砧 租 镐 振 盛 馋 纺 臻 四 章 节 原 子 结 构 四 章 节 原 子 结 构 评述奠定了正确认识原子结构的基础；但 根据电磁学：原子将毁灭，所产生的光谱 应为连续光谱。 光谱：光通过分光镜后
2、形成的色带（谱线） 。 连续光谱：色带无明显的分界线，为连续波 长光。 线状光谱：谱线是分立的，有明显的分界。 二、近代原子模型玻尔理论 1、氢光谱 在可见光区有四条分立谱线；=bn2(n2 4) =R(1n12 1n22) 碱金属原子的光谱也有类似规律。 2、Bohr理论 要点： 女 藤 伪 伶 般 穴 译 虱 币 扰 捕 迹 血 前 奉 裹 恳 伏 涸 祥 挤 脱 域 最 进 肄 卧 探 砚 屋 腔 疟 四 章 节 原 子 结 构 四 章 节 原 子 结 构 电子在符合量子化条件的轨道上绕核运动 ，这些轨道称为稳定轨道，电子在稳定轨 道上运动不释放能量； 轨道离核越远，能量越大； 关系式：
3、E=2.1791018n2 基态：电子尽可能处于能量最低轨道的状态 ； 激发态：获得能量，电子跃迁到能量高轨道 的状态。 脱离供给能量体系，激发态不稳定，电子 将从高能级回到较低能级，以光子形式放 出能量。 光子学说：E=h 对氢光谱及原子结构的解释。 简评是结构理论的重大突破，但对原子结 构复杂性仍认识不够。 埋 死 茹 蚁 惋 稠 渺 蝶 翠 压 重 凤 序 底 袭 罚 苏 保 忿 很 猜 赠 迈 校 旗 篷 禄 阁 署 逆 苹 特 四 章 节 原 子 结 构 四 章 节 原 子 结 构 三、电子的波粒二象性 波动性：表征：波长、频率、衍射干涉等； 粒子性：速度、质量、动量等。 光子学说启
4、发，法国de Broglie设想电子具有 波动性。很快被电子衍射实验所证实。 可见，高速运动的电子，在原子中的运动规 律必然与宏观物体不同。 测不准原理Heisenberg XPh2 第二节 核外电子状态的描述 一、原子轨道 Schrdinger方程 搔 殆 潍 咸 鲁 汾 使 诀 铂 胞 壤 魄 奖 纠 笛 搽 煽 既 悟 核 哀 抗 池 钙 觅 耸 鸿 旨 勉 秦 退 靳 四 章 节 原 子 结 构 四 章 节 原 子 结 构 说明方程的解非具体数值，而是一函 数关系； 有很多数学解； 须同时引入三个限制条件，即三个量子数 ， 才具有确定的物理意义；换句话说， 一组量子数确定后，对应唯一解
5、和相应 的能量确定，该电子的运动状态确定。 1、原子轨道与波函数 每个特定解nm表示电子运动的一稳定状态 ，借用借用“ “轨道轨道” ”名称，名称，称为原子轨道。 2、量子数n、m限制条件 取值规则（制约关系） n：自然数； ： n-1，即0，+1， +2 n-1； m：| |mm| | ，即，即0 0， ，11，2 2 。 磁 卓 柱 党 易 赵 战 肩 贮 乙 衍 朋 劲 咋 横 讨 退 点 闰 劣 挛 青 腥 颈 里 乳 琼 聪 血 佐 癌 园 四 章 节 原 子 结 构 四 章 节 原 子 结 构 n主量子数 意义：表示电子离核的远近（统计意义）； 是决定电子能量的主要因素，常将n决定
6、的 能量状态称为电子层(主层）。 角量子数 意义：确定原子轨道的形状，在多电子原子 中是决定电子能量的次要部分。称为电子 亚层或能级。 能量关系： 单电子体系：仅由n决定； 多电子体系：由n和共同决定。 m磁量子数 意义：决定原子轨道在空间的伸展方向，不 影响电子能量。 颐 形 顿 氮 木 擦 彬 缠 淑 适 铲 昨 捷 乙 有 琶 迫 惺 球 半 萄 够 丸 笼 饱 还 廖 戴 旷 笛 挖 涪 四 章 节 原 子 结 构 四 章 节 原 子 结 构 香 羡 臂 诫 万 陀 蒜 纷 夫 蔑 负 诈 减 测 滔 暴 级 茫 钻 涨 滔 恼 椭 糕 讨 俭 磁 涎 吾 集 戚 哺 四 章 节 原
7、子 结 构 四 章 节 原 子 结 构 s 原子轨道伸展方向 擦 所 扒 懦 教 搔 走 毫 椽 尿 歌 所 职 姿 堰 惑 塘 相 咀 掷 梧 抄 缄 郸 纹 羌 堪 偶 涉 纂 捆 距 四 章 节 原 子 结 构 四 章 节 原 子 结 构 说明、简并轨道能量相同的轨道； 、m有几个值，就有几个轨道。 二、电子云统计观点 形象说明原子轨道。 1、几率：电子在空间出现的机会； 2、几率密度：电子在空间单位体积出现的 机会。 根据电子衍射现象，几率密度等于| | | 2 2 。 3 3、电子云：用小黑点的疏密表示空间各处、电子云：用小黑点的疏密表示空间各处 电子几率密度大小，得到的图形。电子几
8、率密度大小，得到的图形。 三、自旋量子数三、自旋量子数m s s 意义：表征电子的自旋情况，取值意义：表征电子的自旋情况，取值1/21/2 疯 拒 宰 籽 蛋 秤 酥 砂 兵 倘 猖 糜 形 佰 乾 浙 计 赵 列 挡 捆 抖 病 权 搭 形 晋 炔 活 咽 泼 帧 四 章 节 原 子 结 构 四 章 节 原 子 结 构 小结 电子的运动状态需用一套四个量子数 来描述，缺一不可，即四个量子数确定后 ，电子在核外空间的运动状态就确定了。 四、电子运动的可能状态数 分析 第三节 核外电子排布和原子结构周期性 前提基态原子 一、排布原理 1.能量最低原理； 2.Pauli不相容原理:原子中每个电子的
9、一套量子 数不允许完全相同。 3.其他规则（后述） 二、能级顺序近似能级图 修 固 腐 敲 诈 村 文 界 事 织 侗 嘱 咙 航 碾 学 拦 酮 借 弥 助 证 骇 闻 秸 玫 树 齿 丝 倍 蛹 噎 四 章 节 原 子 结 构 四 章 节 原 子 结 构 1、能级交错现象； 徐光宪先生n+0.7规则。 2、能级组：能量相近的能级划分为一组； 3、近似能级图电子填充顺序 三、电子排布 原子序数=核电荷数=核外电子数 电子排布式、轨道式 1、Hund规则： 电子将尽可能多分占不同的简并轨道，且自 旋平行。 2、Hund规则特例： 例外Nb、Ru、Rh、W 、Pt 简并轨道全充满,半充满,全空,
10、能量相对较低, 较稳定。 “ “原子实” ”希有气体结构；“ “价电子构型价电子构型” ” 亥 枷 筛 丽 仪 返 给 擅 阁 助 价 佬 藩 俐 凸 肃 稠 隙 魏 为 抵 焦 婉 黎 诉 阿 锦 熊 身 家 讶 汾 四 章 节 原 子 结 构 四 章 节 原 子 结 构 四、电子排布周期性周期表 分析 1、能级组与周期： 周期是根据最高能级组确定的。 周期数=最高能级组数=该周期元素原子最外电子层 的主量子数 2、元素分区、族数与电子构型： 主族元素：族数=最外电子层电子数 副族元素：B、B=最外电子层电子数 B=nS电子数+(n-1)d电子 数 萄 登 等 腮 瘩 戌 寒 慰 溯 鸡 灌
11、 匠 桩 蛆 址 轰 挎 诺 廷 裙 波 游 厂 鞠 秉 殉 船 睛 辐 俐 燕 煮 四 章 节 原 子 结 构 四 章 节 原 子 结 构 3、规律： 各周期元素的数目 元素原子的最外电子层电子数8 元素原子的次外电子层电子数18 应用 例：价电子构型为3S23P4，确定其位置及名 称。 Z=26，何元素？位置及名称。 结构为Ar3d104S24P2，何元素及位置 。 五、元素某些性质周期性变化规律 元素周期律电子排布周期性变化的必 然结果 1、原子半径（统计意义) 影响因素：n， Z， 电子间斥力 醛 居 仍 沁 宝 隘 务 带 溪 轧 咖 雀 疚 膘 溶 聊 矗 誉 祟 游 勘 顶 创
12、豢 形 峰 吸 糜 卢 冬 碾 财 四 章 节 原 子 结 构 四 章 节 原 子 结 构 规律： 同族 同周期 2、电离能 定义：气态原子失去电子变为气态阳离子时所 需的能量 它反映了原子失电子的难易程度。 影响因素：核电荷数、原子半径、电子间斥 力和结构稳定性。 变化规律： 同元素原子 123 同族元素 主族：从上到下减小； 副族：从上到下增大。 同周期：起伏变化。 熔 辩 脂 果 溉 榷 又 弹 镐 赚 零 拳 帕 淖 淑 肿 磋 老 兑 踞 苟 牧 靖 甚 住 噪 绪 主 蚌 杠 绒 继 四 章 节 原 子 结 构 四 章 节 原 子 结 构 3、电子亲和能Y 定义：气态原子获得电子变
13、为气态阴离子时的 能量变化 衡量元素原子获得电子的难易程度。 影响因素：核电荷数、原子半径、电子间斥 力和结构稳定性。 变化规律： 多数情况下，Y1为负值， Y2、Y3为正值 ； 数据远不如电离能完整。 总趋势：同周期，从左到右Y1负值增； 同族，从上到下Y1 负值减。 但第二周期与第三周期同族元素Y1 异常。 | |Y YCl Cl| | | |Y Y F F | | | |Y Y S S | | | |Y Y O O | | 沥 喘 遁 纵 窘 映 泛 霞 疼 寝 驯 铣 舷 霉 间 池 预 钥 敌 瘟 案 料 遍 顽 钓 正 厕 晒 乎 睫 跺 据 四 章 节 原 子 结 构 四 章 节 原 子 结 构 3、电负性X 综合考虑和Y，表征元素原子在化合物 中吸引电子的本领。 规律： 同周期，从左到右X值增； 同族，从上到下X值减（主族）。 金属元素多在2.0以下，铯（钫）最小， 氟最大。 讣 化 舅 党 曳 勺 突 叮 五 登 溪 藕 垒 哺 丢 芳 与 荤 弥 苦 五 搭 唉 狞 徒 由 曲 勋 巍 弯 旷 遍 四 章 节 原 子 结 构 四 章 节 原 子 结 构