四章原子结构

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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；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(n24)=R(1n12 1n22)碱金属

2、原子的光谱也有类似规律。2、Bohr理论要点：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：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。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。光子学说启发，法国de Broglie设想电子具有波动

3、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HeisenbergXPh2第二节 核外电子状态的描述一、原子轨道Schrdinger方程)(822222222VEhmzyx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，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：n主量

4、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。s 原子轨道伸展方向原子轨道伸展方向说明、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m小结 电子的运动状态需用一套四个量子

5、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

6、,全空,能量相对较低,较稳定。原子实希有气体结构；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SPdds结构特征nS12nS12nP16(n-1)d19nS12(n-1)d10nS123、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Ar3d104S24P

7、2，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。3、电子亲和能Y定义：气态原子获得电子变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。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。