原子结构和元素周期律.docx

1、原子结构和元素周期律第六章补：光谱的分类按波长分：微波 红外 可见 紫外 x射线 v射线按本质分：原子光谱 分子光谱按方式分：发射光谱 吸收光谱 散射光谱按表现形式：线状 带状 连续要求：背元素周期表，背的顺序第六章 原子结构和元素周期律第一节 人类认识原子结构的简单历史第二节 核外电子运动状态2-1 氢原子光谱和玻尔理论特征：(1)不连续的线状光谱(2)从长波到短波，谱线间距越来越小规律： (1)巴尔麦系 (2)表达方式后来人们又发现了别的线系理论上的困难：一个作加速运动的电荷必然会放射出电磁波，所以能量不断减小，而使原子结构不稳定，且其光谱应为连续不断的。怎么解决，玻尔(1)核外电子取一定

2、的轨道(2)mvr=nh/2这个数值和的结论一致。解释如下，H原子发光的原因是它从高能级向低能级跃迁。玻尔理论：在量子力学上走出了重要的一步，又不彻底。玻粒二象性光子能量2-2 核外电子运动的玻粒二象性一、德布罗意波在光的玻粒二象性确认之后，提出一切物质都有玻粒二象性。这一数值类似于晶体中原子的间隔，故可以做电子衍射实验。2-3 薛定谔方程和核外电子运动状态一、随着量子力学的发展，人们推翻了玻尔和德布罗意的思路，重新建立起量子力学的框架五大假设，其中之一为薛定谔方程它是一个偏微分方程，其中如果能解出这个方程，则量子力学的一切问题解决。解不出，怎么办？近似求解。还解不出，再近似，先简化先解H原子

3、，因为它只有两个粒子，6个未知数 具体过程不讲，但最后，得到一系列的1、2因为偏微分方程的解为多种函数如何区别1、2n呢，它们之中有一些量子数不一样，如：主量子数 n=1,2,3,4角量子数 l=0,1,2(n-1)磁量子数 m=-l+l(书P206错)为什么不能等于n,n+1这是在解题过程中确定的，先有n后有l后有m其实还有第四个量子数：自旋量子数二、波函数和自旋量子数1主量子数n 确定E和r对H原子即玻尔理论仍适用即n与能量有关1 2 3 4 5 6 7K L M N O P Q 层2角量子数 l=0,1,2,3,4,5 s p d f g h小写由于我们是用不同的n ,l来描述的，其中n

4、不同，则的能量不同，而l不同，则的形状不同。对H原子，能量E 只和n有关对其它原子，能量E和n,l有关l确定E和轨道形状3磁量子数m=0,1, 2, l 共2l+1个lm运动状态数00s,一种11，0p,三种22,1, 0d,五种33,2,1, 0f,七种例如p轨道有三个分别为P+1 P0 P-1重新组合成 Px Py Pz三个p轨道由于n相同，l相同，故能量相同简并故对于3d有5个简并的轨道对于4f有7个简并的轨道但是在磁场中，这几个轨道能量会有小的差别能级分裂于是m：磁量子数或，它确定自旋方向这样一来，每一个层的电子数为(P209表6-1)nl符号m状态数101s02202s02812p0

5、, 16303s021813p0, 1623d2,1, 010404s023214p0, 1624d2,1, 01034f3,2,1, 014即2n2规则复习：a.光子的能量是什么？ b.轨道能量相同叫什么？简并 原来相同的分开了叫什么？ 分裂c.四个量子数是什么？ 它们之间的规律是什么？d.元素周期表的背诵ScTiVCrFeCoNiCuZnYZrNbMoRuRhPdAgCdLaHfTaWOsIrPtAuHgAcRf三、波函数的径向部分和角度部分1角度部分(投影)注意其三维解释2径向部分，注意图像与r轴相交的次数a.1s02s12p03s23p13d04s34p24d15s45p35d2这本来

6、就是规律，记住即可。但应仍为n-l-1个交点b.除s是从+开始外，p,d,f从0开始四、波函数1电子运动的统计解释表示几率密度电子云2电子云的角度分布和径向分布a.电子云的角度分布 Y2(投影)b.径向分布函数其中H原子1s轨道最大密度处为52.9pm为玻尔半径径向分布函数有n-l个峰3电子云的实际情况(P216)a.总体分布图 b.界面图第三节 原子核外电子排步和元素周期表3-1 多电子原子的能级上一节中讲的所有的波函数都是指的H原子的那么对于多电子原子是否还有上述结论呢？我们还是近似采用上述结论，但加一些修正一、屏蔽效应和钻穿效应其他电子对某个选定的排斥作用，相当于降低部分核电荷对指定电子

7、的吸引力，称为屏蔽作用屏蔽效应由于电子的角量子数l不同，其几率的径向分布不同。电子钻到核附近的几率较大者受到核的吸引作用较大。因而能量不同的现象，称为电子的钻穿效应。接6-5-1二Slater规则1分组1s,2s2p,3s3p,3d,4s4p,4d,4f,5s5p,2外层对内层=03同组 (1s的=0.3)4(n-1)组对ns np的=0.855ns np对nd nf的屏蔽=16更内=1对n=4时效果较好 n5差则： 由此可知：(1)E1sE2sE2sE4s(2) E3sE3pE4s例2. Fe 4s =10+140.85+0.35=22.25问题：1. 和玻尔理论中的轨道有何不同？玻尔轨道：

8、实实在在的轨道而：波函数不存在“轨道”2. n.l.ms ms量子数有何意义？伸展方向3. 例：为什么Fe2+ 3d64s0，而Fe 3d64s2，3d和4s哪一个能量大？Fe2+ 1s22s22p63s23p63d64s0 1s22s22p63s23p63d64s1 1s22s22p63s23p63d64s2 3d =18+50.35=19.75 - -59.03eV total=-354.17eV3d =18+40.35=19.4 - -65.824eV4s =10+130.85=21.05 - -20.827eVtotal=-349.95eV(如n*=3.7 则353.46eV)3d =

9、18+30.35=19.05 - -72.99eV4s =10+120.85+0.35=20.55- -25.247eVtotal=-342.45eV(如n*=3.7 则350.97eV)Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 1s22s22p63s23p63d64s1 1s22s22p63s23p63d64s0 3d =19.75 - -59.03eV4s =22.25 - -11.95eVtotal=-378.08eV3d =18+60.35=20.1 - -52.6eV4s =10+150.85=22.75 - -8.978eVtotal=-377.18Ev3d =18+70.

10、35=20.45 - -46.55eVtotal=-372.37eVCr 1s22s22p63s23p63d54s1 3d44s2 3d64s2(1) 3d54s14s =10+21+60.9+50.93=22.05 - -6.36676eV3d=10+8+40.35=19.4 - -42.5704eVE=-219.2188eV(2) 3d44s24s =10+21+60.9+40.93+0.3=21.42 - -11.14526eV3d=18+30.35=19.05 - -49.29497eVE=-219.4703eV(3) 3d64s03d=18+50.35=19.75 - -36.338

11、8eVE=-218.0328eVCu 1s22s22p63s23p63d104s1 3d94s2 (1) 3d104s14s =10+21+60.9+100.93=26.7 E=-8.8574eV=10+8+90.35=21.15 E=-123.974eV3p1=2+2+60.97+20.41+30.37+20.31 可不算E=E3d10+E4d =-1248.6000eV (2) 3d94s24s =10+21+60.9+90.93+0.3=26.07E=-14.3742eV3d=18+80.35=20.8E=-135.2757eVE=E3d9+E4d2 =-1246.2297eV三、轨道填

12、充顺序图徐光宪n+0.7l规则(完全从实验总结出来)书P224图，各能级并非孤立不变的，而是不断变化的。例：对于 H E3s =E3p =E3d E4sCa E3s E3p E4sFe E3s E3p E3d E4s3-2 核外电子排布规则1能量最低原理(见上)2Pauli不相容原理，四个量子数不能全一样3Hunt规则，对C原子2p2,而非4全充满、半充满、全空规则，这样较稳定，却又并非完全如此，所以要作为特例记住。24Cr3d54s129Cu3d104s141Nb4d45s142Mo4d55s144Ru4d65s145Rh4d85s146Pd4d105s047Ag4d105s1总体来说 3d

13、 4s间能量差大4d 5s间能量差小3-3 原子结构与元素周期系的关系一、周期性的内在原因二、电子层构型和周期的划分电子层数=周期数最外8e，次外18e三、原子电子构型和族的划分主族：族数=ns+np电子数(1) 副族：族数=(n-1)d+ns 当大于8时，有特殊分类法四、元素的电子构型和元素的分区(1) s区 A+A (2) p区 ns2np1 ns2np6 A A0族 A族惰性气体 稀有气体(3) d区 (n-1)d1-9nd1-2 B B 过渡元素，性质变化较慢(4) ds区 d10s1 d10s2 B和B族 有人亦称为过渡元素(5) f区元素 (n-2)f 镧系、锕系元素La 为d区元

14、素Ac有时把La Ac也定为f区元素f区元素性质变化更慢，更难分离3-4 元素周期表中族序数的新标法分别标以1、2、3、18族的方法La Ar 第四节 元素的电离势、电负性和原子结构4-1 电离势第二电离势 I2第二电离势 I3问：I1 I2 I3是为什么？电荷正植越来越高，离子半径越小，电子越难失去 I数值取决于什么？(1) 原子有效核电荷(2)原子半径(3)电子构型变化规律是什么？从左到右逐渐增大 Zn Cd Hg 高 全满N P As 高 全满还可以用来说明各价态的离子稳定原因Na I1 I2Mg I1 I2 I3Ac I1 I2 I3 I4电离能易于测量也是它应用广的原因4-2 电子亲

15、合势第二电子亲和势电子亲和势的数据不易测量，Cl的电子亲和势最大，F由于2p5排斥作用强，半径小，无d轨道4-3 电负性1932.Pauli定义：电负性是元素的原子在分子中吸引电子的能力。电负性力图描述这种能力，所以哪种表示更能体现这个能力，人们就采用哪种表示，所以电负性有各种标度一、Pauli标度二、密立根标度由于EA的数据不全，所以应用小三、阿莱罗因标度 1957年认为Z*有效核电荷 r共价半径他们二人又进行了进一步的工作以(F、xp)作图，得到各种各样的点，然后用计算机处理，得到一条直线。他们把xA叫作电负性优点：易于计算，且和xp接近四、电负性的应用1判断除稀有气体外的金属、非金属一般

16、，金属x2.0非金属2.02一般，电负性差大的如NaCl离子键电负性差小的如HCl极性共价键电负性差为0的如Cl2非极性共价键五电负性的概念在发展一、 电离能、电子亲合势不发展原子结构习题课一、例1.H原子玻尔轨道 某一激发态能量可能为：-54.5eV -0.85eVn=4例2.H原子基态在第七玻尔轨道上总能量是例3.基态能量 -2513.6eV1s玻尔半径例4.在2000C时，H2以2.4105cms-1运动，求例5.某电子衍射实验用5keV加速电子，求电子的例6.能量为h的光子被一金属吸收，并放出质量为m的光电子，光电子最初能量是W二、四个量子数及四个量子数图例1. l=5，可能有的简并轨道是2l+1=11例2. 允许g轨道存在的最低n值 n=5例3. 类H原子n=4所有轨道中可有多少状态 4s24p64d104f14共32种 2n2=32例4.基态中m=1的电子数有几个8个例5.最外层一个电子的四个量子数n=4 l=0 m=0 例6. 写出的n、l、m、ms作图三、周期表，电子层结构例1. 下列元素中属镧系元素的是Nb Ta Ru Pt Pr例2. 某元素原子价电子构型4f36s2,该元素属La系 f区例3. 下列离子中哪种离子磁性最强V2+Ti4+Mn2+Cu2+Cr2+3d5例4. 下列离子中哪种有排布Co2+Co3+Fe2+Fe3+V例5. 电子层结构：