1、1.2 原子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)模型原子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)模型1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展概況原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展概況1.3 原子的電子層結(jié)構(gòu)與元素周期系原子的電子層結(jié)構(gòu)與元素周期系1.4 原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的關(guān)系原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的關(guān)系 1884年擔(dān)任著名的卡文迪許年擔(dān)任著名的卡文迪許實(shí)驗(yàn)室主任實(shí)驗(yàn)室主任 1897年通過(guò)陰極射線實(shí)驗(yàn)發(fā)年通過(guò)陰極射線實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電子現(xiàn)了電子 1906年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。 1904年提出原子的年提出原子的“”，認(rèn)為，認(rèn)為“電子是均勻地分布電子是均勻地分布在正電荷的海洋中在正電荷的海洋中”。 1895年在劍橋大學(xué)攻讀博士學(xué)年在劍橋大學(xué)攻讀博士學(xué)位期間直接受到湯

2、姆森的指導(dǎo)位期間直接受到湯姆森的指導(dǎo) 1908年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 1911年根據(jù)年根據(jù)提出原子的提出原子的“”，也稱為也稱為“” 1919年接替湯姆森擔(dān)任卡文迪年接替湯姆森擔(dān)任卡文迪許實(shí)驗(yàn)室主任。許實(shí)驗(yàn)室主任。 1885年生于丹麥的哥本哈根年生于丹麥的哥本哈根 1911年獲得博士學(xué)位年獲得博士學(xué)位 1913年結(jié)合普朗克量子論發(fā)表年結(jié)合普朗克量子論發(fā)表了長(zhǎng)篇論文了長(zhǎng)篇論文論原子構(gòu)造和分子論原子構(gòu)造和分子構(gòu)造構(gòu)造，創(chuàng)立了，創(chuàng)立了。 1922年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。 盧瑟福盧瑟福是是湯姆森湯姆森六位獲六位獲諾貝爾獎(jiǎng)的學(xué)生之一，而諾貝爾獎(jiǎng)的學(xué)生之一，而他本人又指導(dǎo)包括

3、他本人又指導(dǎo)包括玻爾玻爾在內(nèi)的十一位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。在內(nèi)的十一位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。（1）原子內(nèi)電子按能）原子內(nèi)電子按能級(jí)分層排布；級(jí)分層排布；（2）各能級(jí)間能量是）各能級(jí)間能量是不連續(xù)的，即量子化；不連續(xù)的，即量子化；（3）只有電子在不同）只有電子在不同能級(jí)間產(chǎn)生躍遷時(shí)才能級(jí)間產(chǎn)生躍遷時(shí)才有能量的吸收或放出；有能量的吸收或放出； “玻爾理論玻爾理論”不能說(shuō)明多電子原子光譜，也不能說(shuō)明不能說(shuō)明多電子原子光譜，也不能說(shuō)明氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)！氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)！H 1926年，薛定鍔在考慮實(shí)物微年，薛定鍔在考慮實(shí)物微粒的粒的的基礎(chǔ)上，通過(guò)光的基礎(chǔ)上，通過(guò)光學(xué)與力學(xué)的對(duì)比，提出了描述微觀學(xué)與力學(xué)的對(duì)

4、比，提出了描述微觀粒子（包括原子內(nèi)的電子）運(yùn)動(dòng)的粒子（包括原子內(nèi)的電子）運(yùn)動(dòng)的基本方程，即著名的薛定鍔方程：基本方程，即著名的薛定鍔方程：0)(822222222VEhmzyx 采用薛定鍔方程來(lái)描述原子內(nèi)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即采用薛定鍔方程來(lái)描述原子內(nèi)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即原子結(jié)構(gòu)的原子結(jié)構(gòu)的。 1680年，年，提出光具提出光具有粒子性，認(rèn)為光就是能有粒子性，認(rèn)為光就是能做直線運(yùn)動(dòng)的微粒流。做直線運(yùn)動(dòng)的微粒流。 1690年，年，提出光提出光具有波動(dòng)性，能解釋光的具有波動(dòng)性，能解釋光的干涉、衍射等現(xiàn)象。干涉、衍射等現(xiàn)象。 1905年，年，提出光既有粒子性，提出光既有粒子性，又有波動(dòng)性，即光具有又有波動(dòng)性

5、，即光具有。 1924年，法國(guó)物理學(xué)家年，法國(guó)物理學(xué)家受到受到光具有光具有波粒波粒二象性的啟發(fā)，提出了電二象性的啟發(fā)，提出了電子等實(shí)物粒子也具有波粒子等實(shí)物粒子也具有波粒二象性的假設(shè)。該假設(shè)在二象性的假設(shè)。該假設(shè)在1927年被年被所所證實(shí)。證實(shí)。 1927年，德國(guó)科學(xué)家年，德國(guó)科學(xué)家提出測(cè)不準(zhǔn)原理，即提出測(cè)不準(zhǔn)原理，即對(duì)具有波粒二象性的微粒，對(duì)具有波粒二象性的微粒，不可能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定它們不可能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定它們?cè)谀乘查g的位置和速度在某瞬間的位置和速度（或動(dòng)量）。（或動(dòng)量）。0)(822222222VEhmzyx：波函數(shù)：波函數(shù)E：體系的總能量：體系的總能量V：體系的勢(shì)能：體系的勢(shì)能m: 微粒的質(zhì)

6、量微粒的質(zhì)量h: 普朗克常數(shù)普朗克常數(shù), 其值為其值為6.6310-34 Js0)(822222222VEhmzyx（1）坐標(biāo)變換）坐標(biāo)變換),(zyx),(r（2）變數(shù)分離）變數(shù)分離),()()()()(),(YrRrRr)(rR：徑向波函數(shù)：徑向波函數(shù)),(Y：角度波函數(shù)：角度波函數(shù)概率密度概率密度：電子在核外某處單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率稱為：電子在核外某處單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率稱為該處的概率密度。該處的概率密度。電子云電子云：電子在核外各處出現(xiàn)的概率密度大小的形象化：電子在核外各處出現(xiàn)的概率密度大小的形象化描繪。描繪。離核半徑離核半徑概率密度概率密度殼層概率殼層概率= r處的概率密度處的概率密

7、度 殼層體積殼層體積rdr離核距離為離核距離為 r 的球殼薄層示意圖的球殼薄層示意圖氫原子氫原子 1s 電子的殼層概率電子的殼層概率與離核半徑的關(guān)系與離核半徑的關(guān)系等密度面等密度面電子云界面圖電子云界面圖（1）主量子數(shù)（）主量子數(shù)（n）a. 決定電子在核外出現(xiàn)概率最大區(qū)域離核的平均距離決定電子在核外出現(xiàn)概率最大區(qū)域離核的平均距離b. 取值范圍：取值范圍：正整數(shù)，正整數(shù)，n = 1,2,3c. 代表層次：代表層次：n 值12345n 值代號(hào)KLMNOd. 決定電子能量的高低：決定電子能量的高低：n值越大，電子能量越高。值越大，電子能量越高。（2）角量子數(shù)（）角量子數(shù)（l）a. 描述原子軌道的不同

8、形狀，表示電子層中各個(gè)不同描述原子軌道的不同形狀，表示電子層中各個(gè)不同的電子亞層。的電子亞層。b. 取值范圍：取值范圍：l 可取可取 0 n-1之間的整數(shù)之間的整數(shù)0123（2）角量子數(shù)（）角量子數(shù)（l） n l 亞層數(shù)亞層數(shù) 原子軌道原子軌道 1 0 1 s 2 0,1 2 s,p 3 0,1,2 3 s,p,d 4 0,1,2,3 4 s,p,d,f（2）角量子數(shù)（）角量子數(shù)（l）c. 對(duì)電子能量有影響：對(duì)電子能量有影響：n相同，相同，l不同：不同：Ens=Enp=End=Enfn不同，不同，l相同：相同：E1sE2sE3sE4sn相同，相同，l不同：不同：l ,E EnsEnpEnd E

9、4s ZZ* 稱為屏蔽常數(shù)，其稱為屏蔽常數(shù)，其大小可根據(jù)斯萊脫規(guī)大小可根據(jù)斯萊脫規(guī)則計(jì)算。則計(jì)算。(1) 外組電子對(duì)內(nèi)組電子無(wú)屏蔽作用，外組電子對(duì)內(nèi)組電子無(wú)屏蔽作用， 0(2) 同組電子間會(huì)產(chǎn)生屏蔽作用，同組電子間會(huì)產(chǎn)生屏蔽作用， 0.35 , 但但1s軌道軌道上二個(gè)電子間的屏蔽作用上二個(gè)電子間的屏蔽作用 0.30。(3) (n-1)層各電子對(duì)層各電子對(duì) n 層電子的屏蔽作用層電子的屏蔽作用 0.85 ； (n-2)以內(nèi)各層電子對(duì)以內(nèi)各層電子對(duì) n 層電子的屏蔽作用層電子的屏蔽作用 1.00。(4) 若被屏蔽的是若被屏蔽的是nd 或或 nf 電子，則位于其前面軌道各電子，則位于其前面軌道各電子

10、對(duì)其屏蔽作用電子對(duì)其屏蔽作用 1.00。(1) (2) 鮑林近似能級(jí)圖的不足之處：鮑林近似能級(jí)圖的不足之處： 假設(shè)了不同元素的原子能級(jí)高低次序相同。實(shí)際上假設(shè)了不同元素的原子能級(jí)高低次序相同。實(shí)際上原子軌道的能量在很大程度上取決于原子序數(shù)。原子序原子軌道的能量在很大程度上取決于原子序數(shù)。原子序數(shù)越大，原子軌道的能量一般逐漸下降。由于下降幅度數(shù)越大，原子軌道的能量一般逐漸下降。由于下降幅度不同，所以產(chǎn)生能級(jí)交錯(cuò)。具體可參考不同，所以產(chǎn)生能級(jí)交錯(cuò)。具體可參考科頓能級(jí)圖科頓能級(jí)圖。因此：因此： 的的3 3s s 軌道能量軌道能量 的的3 3s s 軌道能量軌道能量對(duì)于對(duì)于19:E3d E4s 對(duì)于對(duì)

11、于21:E4s E3d19：1s22s22p6 3s23p64s121：1s22s22p6 3s23p63d14s2對(duì)于對(duì)于原子而言，當(dāng)它參與成鍵失去電子時(shí)，先失原子而言，當(dāng)它參與成鍵失去電子時(shí)，先失去去 4s 電子，再失去電子，再失去 3d 電子。電子。判斷失電子次序的判斷失電子次序的 (n+0.4l) 經(jīng)驗(yàn)規(guī)則經(jīng)驗(yàn)規(guī)則:計(jì)算計(jì)算 3d 和和 4s 的的 (n+0.4l) 值：值： 4s E4s= 4+0.404.0 3d E3d= 3+0.423.8E4s E3d ，所以先失去，所以先失去 4s 電子。電子。1、能量最低原理、能量最低原理2、泡利不相容原理、泡利不相容原理3、Hund規(guī)則規(guī)

12、則: 在等價(jià)軌道中，電子盡可能分占不同在等價(jià)軌道中，電子盡可能分占不同的軌道，并且自旋方向相同。的軌道，并且自旋方向相同。1s22s22p6 3s23p63d54s1(1) 電子排布式電子排布式(2) 原子軌道表示式原子軌道表示式(3) 原子實(shí)表示式原子實(shí)表示式(4) 價(jià)電子構(gòu)型表示式價(jià)電子構(gòu)型表示式歸納表歸納表1-4并和元素周期系進(jìn)行比較，可得出如下規(guī)律：并和元素周期系進(jìn)行比較，可得出如下規(guī)律：a) 隨核電荷增加隨核電荷增加 原子外層電子重復(fù)同樣的原子外層電子重復(fù)同樣的構(gòu)型構(gòu)型 元素性質(zhì)周期性變化元素性質(zhì)周期性變化電子層數(shù)電子層數(shù) = 周期數(shù)（七個(gè)周期）周期數(shù)（七個(gè)周期）b) 每一新電子層每

13、一新電子層 一個(gè)新的周期一個(gè)新的周期對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)c) 各周期中元素的數(shù)目各周期中元素的數(shù)目 = 相應(yīng)能級(jí)組中原子軌相應(yīng)能級(jí)組中原子軌道所能容納的電子總數(shù)道所能容納的電子總數(shù).能級(jí)組能級(jí)組1234567周期周期1234567元素個(gè)數(shù)元素個(gè)數(shù)288181832 未充滿未充滿d) 族的分類依據(jù)原子的電子層結(jié)構(gòu)，同族元素的族的分類依據(jù)原子的電子層結(jié)構(gòu)，同族元素的 電子層數(shù)不同電子層數(shù)不同, 但原子的最外層電子結(jié)構(gòu)相似。但原子的最外層電子結(jié)構(gòu)相似。主族族數(shù)主族族數(shù) = 最外層電子總數(shù)最外層電子總數(shù)副族族數(shù)副族族數(shù)=最外層電子數(shù)最外層電子數(shù)+未充滿的次外層未充滿的次外層 d 電子數(shù)電子數(shù)（VIII B有例外）

14、有例外）e) 依電子排布特征，周期表分成五個(gè)區(qū)域。依電子排布特征，周期表分成五個(gè)區(qū)域。區(qū)域區(qū)域最外層電子構(gòu)型最外層電子構(gòu)型族族s區(qū)區(qū)ns1-2 IA, IIAp區(qū)區(qū)ns2 np1-6 IIIAVIIIAd區(qū)區(qū) (n-1)d1-9 ns1-2 IIIB VIIIBds區(qū)區(qū) (n-1)d10 ns1-2 IB, IIBf 區(qū)區(qū) (n-2)f1-14(n-1)d0-2ns2 鑭系鑭系,錒系錒系同一短周期同一短周期：Z 增大，增大，Z* 增大顯著。增大顯著。同一長(zhǎng)周期同一長(zhǎng)周期：d 區(qū)元素，區(qū)元素，Z 增大，增大，Z* 增幅較小。增幅較小。同族同族：從上到下，：從上到下，Z* 增幅小。增幅小。2. 原

15、子半徑原子半徑 的幾種定義：的幾種定義： 假設(shè)原子呈球形假設(shè)原子呈球形, 在固體中原子間相互接觸在固體中原子間相互接觸, 以球面以球面相切相切,則兩相鄰原子核間距的一半即為原子半徑。則兩相鄰原子核間距的一半即為原子半徑。i）共價(jià)半徑共價(jià)半徑：當(dāng)非金屬元素兩原子以共價(jià)單鍵相結(jié)合時(shí)，：當(dāng)非金屬元素兩原子以共價(jià)單鍵相結(jié)合時(shí)，其核間距的一半為共價(jià)半徑。其核間距的一半為共價(jià)半徑。ii）金屬半徑金屬半徑：金屬晶體可以看成由球狀的金屬原子堆：金屬晶體可以看成由球狀的金屬原子堆積而成積而成, 兩金屬原子核間距的一半即為金屬半徑。兩金屬原子核間距的一半即為金屬半徑。iii）范德華半徑范德華半徑：稀有氣體以范德華

16、力結(jié)合形成單原子分：稀有氣體以范德華力結(jié)合形成單原子分子晶體子晶體, 兩原子核間距的一半稱為范德華半徑。兩原子核間距的一半稱為范德華半徑。同一短周期同一短周期：Z 增大，半徑變小。增大，半徑變小。同一長(zhǎng)周期同一長(zhǎng)周期：d 區(qū)元素，區(qū)元素，Z 增大，半徑變小的幅度小。增大，半徑變小的幅度小。同一族同一族：從上到下，半徑增大。：從上到下，半徑增大。鑭系元素鑭系元素：鑭系收縮鑭系收縮，半徑減小更加緩慢。，半徑減小更加緩慢。同一元素同一元素：I1 I2 I3 同一長(zhǎng)周期同一長(zhǎng)周期：d 區(qū)元素，從左到右，電離能增大，增幅較小。區(qū)元素，從左到右，電離能增大，增幅較小。同族同族：從上到下，電離能減小。：從上

17、到下，電離能減小。同一短周期同一短周期：從左到右，電離能增大。例外：從左到右，電離能增大。例外：B Be, O N, ?注意：注意：5. 電負(fù)性電負(fù)性i）鮑林電負(fù)性概念（）鮑林電負(fù)性概念（XP） 規(guī)定氟的電負(fù)性最大，規(guī)定氟的電負(fù)性最大，XP=4.0。以此為以此為標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)熱力學(xué)數(shù)據(jù)得到其它原子的電負(fù)性。熱力學(xué)數(shù)據(jù)得到其它原子的電負(fù)性。ii）莫立根的電負(fù)性標(biāo)度（）莫立根的電負(fù)性標(biāo)度（XM）)(A21MEIXiii）阿雷德）阿雷德-羅丘電負(fù)性標(biāo)度（羅丘電負(fù)性標(biāo)度（XA）通常采用鮑林電負(fù)性標(biāo)度！通常采用鮑林電負(fù)性標(biāo)度！同一周期同一周期：從左到右，：從左到右，電負(fù)性電負(fù)性 增大。增大。同一主族同一主族：從上到下，：從上到下，電負(fù)性電負(fù)性 減小。減小。同一周期同一周期：從左到右，：從左到右，金屬性金屬性減弱，減弱，非金屬性非金屬性 增強(qiáng)。增強(qiáng)。同一主族同一主族：從上到下，：從上到下，金屬性金屬性 增強(qiáng)，增強(qiáng)，非金屬性非金屬性減弱。減弱。i) 在單質(zhì)中元素的氧化值為在單質(zhì)