第一章物质结构基础-1

1.班主任的任务和职责第一章物质结构基础1.2分子结构1.1原子结构和元素周期表本章内容3知识背景氢原子光谱所有的原子光谱都是线状光谱！如何解释氢原子线状光谱？知识背景知识背景——玻尔的氢原子模型玻尔提出了原子结构理论的三点假设：轨道能级：电子在不同的轨道中运动时，能量不同，相应的轨道称为能级。轨道离原子核越近,势能越小,能级越低。电子在低能级轨道上的运动状态,叫基态；电子在高能级轨道上的运动状态,叫激发态。知识背景——电子的波粒二象性知识背景——电子的波粒二象性•微观粒子的运动状态测不准•有无描述微观粒子运动的方法？•运动：统计性•能量：量子化知识背景——测不准原理波函数222222228π()0mEVxyzh薛定谔方程反应微观粒子的运动规律,其合理解即为一系列波函数ψ和对应的能量E;波函数ψ=薛定谔方程的合理解=原子轨道波函数ψ不是具体的数值,而是包括三个常数(n,l,m)和三个变量(x,y,z)的函数式Ψn,l,m(x,y,z);薛定谔方程1926年，奥地利物理学家薛定谔（Schodinger)提出一个方程，波函数ψ有正负号11电子云电子云无正负号||2描述电子运动状态的四个量子数)(6.132evnE1、主量子数n①在氢原子或类氢离子中，电子的能量完全由主量子数n决定。主量子数是描述核外电子层距离核的远近；电子层离核由近到远分别用数值n=1,2,3,…；n是决定原子中电子能量高低的主要因素。描述电子运动状态的四个量子数1、主量子数n②n1234567电子层名称第一层第二层第三层第四层第五层第六层第七层电子层符号KLMNOPQ2、角量子数l描述核外电子运动状态和能量（取从0到n-1的正整数）描述电子运动状态的四个量子数n1234l00，10，1，20，1，2，3l0123亚层符号spdf原子轨道圆球形哑铃形花瓣形花瓣形lm轨道数0(s)1(p)2(d)3(f)0＋10－1＋2＋10－1－2＋3＋2＋10－1－2－31357n和l相同，但m不同的各原子轨道的能量相同，称为简并轨道或等价轨道3、磁量子数m①磁量子数m决定原子轨道在空间的取向②m的取值受l的限制（取从-l到+l，包括0在内的整数值）：m＝０，±１，±２……±l，共可取２l＋1个值。描述电子运动状态的四个量子数p轨道(l=1,m=+1,0,-1)m三种取值,三种取向,三条等价(简并)p轨道xzy+_pyxyz+_px+_zyx+_pz_描述电子运动状态的四个量子数zxy++_-dxy-xyz++-2Zd-z+_dzxx_+y描述电子运动状态的四个量子数zy+--dx2+y2x_d轨道(l=2,m=+2,+1,0,-1,-2):m五种取值,空间五种取向,五条等价(简并)d轨道zxy++__dyz4、自旋量子数ms①描述电子绕自轴旋转的状态②ms取值+1/2和-1/2，分别用↑和↓表示描述电子运动状态的四个量子数主量子数（n）1234电子层符号角量子数（l）电子亚层符号磁量子数（m）亚层轨道数（2l+1）电子层轨道数n2四量子数之间关系电子亚层四量子数之间关系在同一电子层中电子能量还有微小的差异，根据这些差别把一个电子层分为一个或多个电子亚层。K层只包含一个s亚层；L层包含s和p两个亚层；M层包含s、p、d三个亚层；N层包含s、p、d、f四个亚层。主量子数（n）1234电子层符号角量子数（l）电子亚层符号磁量子数（m）亚层轨道数（2l+1）电子层轨道数n2四量子数之间关系主量子数（n）1234电子层符号KLMN角量子数（l）0010120123电子亚层符号1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f磁量子数（m）0000000000±1±1±1±1±1±1±2±2±2±3亚层轨道数（2l+1）1131351357电子层轨道数n214916四量子数之间关系P4表1-133-1121423432例1nlm例21s电子的各个量子数各为多少？解：1s电子n＝１,ｌ＝０,ｍ＝０,ｍs＝＋1／2或ｍs＝－1／2四量子数之间关系nl|m|Ms=±½题库P1(1.1、1.2、1.4)P3（2.1-2.4）n＝1n=2n=3n=4n=5n=6n=7周期KLMNOPQ能级组7654321能量1s2p2s3p3s4p3d4s5p4d5s6p5d4f6s7p6d5f7s鲍林近似能级图核外电子排布三原则1、泡利不相容原理同一个原子中，不可能存在四个量子数完全相同的两个电子，即每个原子轨道中最多只能容纳自旋相反的两个电子，称为泡利（Pauli)不相容原理。根据Pauli不相容原理可以知道，各电子层最多能容纳的电子数为2n2，各亚层最多可容纳的电子数为2(2l+1)个，即s、p、d、f各亚层的电子数分别为2、6、10、14。2、能量最低原理电子在原子轨道上的排布，将尽可能先地进入能量最低的轨道，然后再按原子轨道近似能级的次序，依次向能量较高的能级填充，使整个体系能量最低，最稳定。3、洪德（Hund）规则在能量相同的轨道(等价轨道、简并轨道)上分布的电子，将尽可能分占不同的轨道并且自旋方向相同。作为洪特规则的特例，等价轨道在全充满、半充满和全空时，原子比较稳定。核外电子排布三原则（续）核外电子排布的表示方法XneAzA:质量数=质子数+中子数Z:原子序数=质子数e:电荷数，正负号后置n:原子数目复习根据上述三条原理、规则，就可以确定大多数元素的基态原子中电子的排布情况。电子分布式按电子在原子核外各亚层中分布的情况，在亚层符号的右上角注明排列的电子数。Al131262233221pspssBr3552106262244333221psdpspss核外电子排布的表示方法备注：（1）等价轨道在全充满、半充满或全空时比较稳定。29Cu、24Cr（2）核外电子的分布a、原子的最外层电子最多只能容纳8个电子（第一电子层只能容纳2个电子）；b、次外电子层最多只能容纳18个电子；c、原子的外数第三次最多只能有32个电子。核外电子排布的表示方法（3）为简化电子结构式的书写，通常将内层已达到稀有气体电子层结构的部分用稀有气体的元素符号加上方括号表示，称为原子实。核外电子排布的表示方法Br3552106262244333221psdpspss[Ar]3d104s24p5元素周期表价层电子指原子核外电子中能与其他原子相互作用形成化学键，跟元素化合价有关的电子，又称价电子。核外电子排布的表示方法题库P1(1.6、1.7、1.9）思考：Fe、Fe2+、Fe3+的核外电子排布核外电子排布的表示方法Fe1s22s22p63s23p63d64s2Fe2+1s22s22p63s23p63d6Fe3+1s22s22p63s23p63d5