第一节原子与元素无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案第五章 原子结构和元素周期性第一节 原子与元素Date1无机化学5-1-3 原子轨道能级5-1-3 原子轨道能级日光通过棱镜分光，可得到红、橙、黄、 绿、青、蓝、紫连续变化的谱带装有低压高纯H2(g)的放电管所发出的光, 通过棱镜分光后，在可见光区波长范围内 ，可以观察到不连续的四条谱线aa为连续光谱氢原子光谱 nm 410.2 434.1 486.1 656.3aaH H H H 为带状光谱Date2无机化学氢原子中的电子在原子核周围有确定半径 和能量的圆形轨道中运动。电子在这些轨 道上运动不吸收能量或放出能量波尔氢原子模型nEn/J 1-2.17910-18 2-5.4510-19 3-2.4210-19 4-1.3610-19 5 -8.7210-20 6-6.0510-20 n越小, 离核越近, 轨道能量越低, 势能值越负nDate3无机化学处于激发态的电子不稳定，要跳回到能量 较低的轨道, 以光的形式放出能量(即光谱 谱线对应的能量) 正常状态下，原子中的电子尽可能在离核 最近、能量最低的轨道上运动(基态)波尔氢原子模型基态 激发态(电子处于能 量较高的状态)吸收能量(跃迁) 放出能量En(2)-En(1)=hh Planck常数 光的频率 Date4无机化学 -0.445 -0.605 -0.872 -1.36 -2.42 -5.45 -21.79E/10-19J7 6 5 4 3 2 1n121.6nm 120.6nm 97.25nm 94.98nm 93.78nm 93.14nm656.5nm 486.1nm 434.1nm 410.2nm 397.2nmH H H H H 如 氢原子光谱中的H线 En2-En1= hh Planck常数 光的频率 = = = 4.571014s-1 En3-En2 -2.4210-19J- (-5.4510-19J) h 6.62610-34Js 32= = = 656.5nm 32 4.571014s-1 c(光速) 3108ms-1 Date5无机化学严重的局限性。只能解释单电子原子(或 离子)光谱的一般现象，不能解释多电子 原子光谱成功地解释了氢原子和类氢原子(如He+、 Li2+)的光谱现象, 推动了原子结构的发展 波尔氢原子模型波尔理论的缺陷，促使人们去研究和建 立能描述原子内电子运动规律的量子力 学原子模型Date6无机化学第二节原子结构的近代概念第五章 原子结构和元素周期性第二节 原子结构的近代概念无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案 Date7无机化学原子结构的近代概念电子的波粒二象性概率和概率密度原子轨道电子云量子数Date8无机化学5.2.1 电子的波粒二象性20世纪初人们已经发现，光不仅有微粒的性质，而且 有波动的性质，即具有波粒二象性。1924年，Louis de Broglie(德布罗意)认为：质量为m, 运动速度为的粒子，相应的波长为：=h/m=h/p，h=6.62610-34Js，Plank常量。1927年，Davissson和 Germer应用Ni晶体进行电 子衍射实验，证实电子具有 波动性。Date9无机化学5.2.2 概率和概率密度概率：电子在原子核外空间某处出现的机率 。量子力学认为，原子中个别电子运动的轨 迹是无法确定的，亦即没有确定的轨道，这一 点是与经典力学有原则的差别。但是原子中电 子在原子核外的分布还是有规律的：核外空间 某些区域电子出现的概率较大，而另一些区域 电子出现的概率较小。概率密度：电子在原子核外空间某处单位体 积内出现的概率。 Date10无机化学5.2.3 原子轨道1. 波函数Schrdinger方程Date11无机化学直角坐标( x,y,z)与球坐标(r,)的转换 222zyxr+=cosrz =qsinsinry =qcossinrx=q()()q, , rzyx ( )()q,YrR= Date12无机化学在量子力学中是用波函数和与其对应的 能量来描述微观粒子的运动状态的.原子中电子的波函数既然是描述电子云 运动状态的数学表达式,而且又是空间坐标的 函数,其空间图象可以形象地理解为电子运动 的空间范围,俗称”原子轨道”.为了避免与经典 力学中的玻尔轨道相混淆,又称为原子轨函(原 子轨道函数之意),亦即波函数的空间图象就是 原子轨道,原子轨道的数学表达式就是波函数.Date13无机化学波函数的物理意义2 ：原子核外出现电子的概率密度。电子云是电子 出现概率密度的 形象化描述。Date14无机化学2. 原子轨道角度分布图 将波函数的角度分布部分（Y）作图，所 得的图象就称为原子轨道的角度分布图。如氢原子的1s轨道的波函数为：1s = (1 /a03)1/2 e-r/a0 其中径向部分为：R10(r) = 2(1/a0)3/2*e-r/a0 角度部分为： Y00 = (1/4)1/2Date15无机化学对于2p轨道Date16无机化学+3060Date17无机化学Date18无机化学5.2.4 电子云1. 概率密度在光的波动方程中，代表电磁波的电磁场强 度。由于：光的强度光子数目/V（体积）=光子密度而光的强度又与电磁场强度（）的绝对值成正比 ：光的强度|2所以，光子密度是与|2成正比的。同理，在原子核外某 处空间，电子出现的概率密度（）也是和电子在该处的强度 （）的绝对值平方成正比的： |2Date19无机化学2. 电子云 为了形象地表示核外电子运动的概 率分布情况，化学上惯用小黑点分布的 疏密表示电子出现概率密度的相对大小 。小黑点较密的地方，表示概率密度较 大，单位体积内电子出现的机会多。用 这种方法来描述电子在核外出现的概率 密度分布所得的空间图象称为电子云。Date20无机化学既然概率密度可直接用|2来表示，那 么以|2作图可得到电子云的近似图像。为 作图方便讲|2分为角度部分|Y|2和径向部分 R2。|Y|2的图像称为电子云角度分布图。Date21无机化学电子云角度分布图与原子轨道角度分布图相似，但有两点不同： (1)原子轨道分布图有正、负之分，而电子云角度分布图均为正值； (2)电子云角度分布图比原子轨道角度 分布图瘦些，这是因为Y值小于1，所 以|Y|2更小。Date22无机化学n=3, l=2, m=0Date23无机化学n=3, l=2 Date24无机化学n=3, l=2Date25无机化学n=3, l=2Date26无机化学n=3, l=2Date27无机化学5.2.5 量子数1. 主量子数（n）主量子数(n) 1 2 3 4 5电子层：第一层 第二层 第三层 第四层 第五层 电子层符号： K L M N On值越小，该电子层离核越近，其能级越低。n值越大，该电子层离核越远，其能级越高。主量子数(n)为正整数。Date28无机化学2. 副量子数（l ） n值确定后，副量子数(l)可为零到(n-1) 的正整数。其中每一个l值代表一个电子亚层 ，也代表原子轨道的一种形状。副量子数（l）： 0 1 2 3 4 5电子亚层符号： s p d f g h对于多电子来说，同一电子层中的l值越 小，该电子亚层的能级越低。Date29无机化学3. 磁量子数(m) 磁量子数(m)的取值决定于l值，可取(2l+1)个 从-l到+l（包括零在内）的整数。每一个m值代表 一个具有某种空间取向的原子轨道。4.自旋量子数(ms)自旋量子数(ms)只有+1/2或-1/2 这两个数值 ，其中每一个值表示电子的一种自旋方向（如 顺时针或逆时针方向）。Date30无机化学第三节原子中电子的分布第五章 原子结构和元素周期性第三节 原子中电子的分布无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案 Date31无机化学5-1基态原子中电子分布原 理5-3-1 基态原子中电子的分布原理泡利不相容原理每一个原子轨道，最多 只能容纳两个自旋方向相反的电子.能量最低原理原子为基态时，电子尽可 能地分布在能级较低的轨道上，使原子处于 能级最低状态.洪德规则在同一亚层的等价轨道中电子 尽可能地单独分布在不同的轨道上, 且自旋方 向相同.如 7N 1s22s22p31s 2s 2pDate32无机化学5-3-2多电子原子轨道的能级5-3-2 多电子原子轨道的能级6s 5s 4s 3s 2s 1s6p 5p 4p 3p 2p5d 4d 3d4fPONMLK1s2p 2s3p 3s4p3d4s5p4d5s6p5d4f6s1. 能级KLMNOP3. 同一原子，不同电子亚层有能级 交错现象 如 E5s E4d E5p 2. 同一电子层： Ens Enp End Enf 近似能级图Date33无机化学它是从周期系中各元素原子轨道图中归 纳出的一般规律,不能反映每种元素原子 轨道能级的相对高低, 所以是近似的。对近似能级图的几点说明只能反映同一原子内各原子轨道能级的 相对高低, 不能比较不同元素原子轨道。 只能反映同一原子外电子层中原子轨道 能级的相对高低，不能反映内电子层中 原子轨道能级的相对高低。 电子在轨道上的能级与原子序数有关。Date34无机化学5- 基态原子中电子的分布5-3-3 基态原子中电子的分布(2)2s(4)3s(1)1s(6)4s(9)5s(16) 7s(3)2p(12) 6s(5)3p(8)4p(11) 5p(15) 6p(19) 7p(7) 3d(10) 4d(14) 5d(18) 6d(13) 4f(17) 5f应用核外电子填入轨 道顺序图，根据泡利 不相容原理、能量最 低原理、洪德规则， 可以写出元素原子的 核外电子分布式. 如 19K 1s22s22p63s23p64s1 26Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 核外电子填入轨道的顺序Date35无机化学19种元素原子的外层电子分布有例外 基态原子电子分布其中：29Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 全充满24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1 半充满同样有：46Pd、 47Ag、 79Au同样有：42Mo、 64Gd、 96Cm 当电子分布为全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、 d5、f7)、全空(p0、d0、f0)时, 原子结构较稳定 例外的还有： 41Nb、 44Ru、 45Rh、 57La、 58Ce、78Pt、89Ac、90Th、91Pa、92U、 93NpDate36无机化学基态原子的价层电子构型 价层价电子所在的亚层 价层电子构型指价层的电子分布式A0 一1 1s1AAAAA