奥赛原子结构.

原子结构初赛基本要求核外电子运动状态:用s、p、d等来表示基态构型（包括中性原子、正离子和负离子）核外电子排布。电离能、电子亲合能、电负性。复赛基本要求四个量子数的物理意义及取值。单电子原子轨道能量的计算。s、p、d原子轨道图像。原子结构原子结构示意图核外电子的排布电子到底在原子核外是如何运动的，核外电子的能量是否一致呢，电子的运动轨道及其空间伸展方向又是如何呢？一量子数为了合理的解释电子的运动状态而引入的参数1.主量子数n①用来描述原子中电子出现的几率最大区域离核的远近(决定电子层数的）n=1,2,3,4,5,6……正整数对应K,L,M,N,O,P……电子层②决定电子能量高低的重要因素对单电子或者离子来说：J10179.2218nE=—13.6n2evn越大，En也越大n越大电子的能量越高，只有在原子轨道相同的条件下，才是正确的2.角量子数l①表示原子轨道的形状l=0，1，2，3,4……,(n－1)对应着s，p,d,f,g…...电子亚层球形哑铃形花瓣形原子轨道:表示原子中一个电子的可能的空间运动状态S球形P哑铃形D花瓣形xzy如：n=1，l=0；n=2，2s亚层2p亚层n=3,l=0,1,2；3s亚层3p亚层3d亚层n=4，l=0,1,2,3；4s,4p,4d,4f亚层对于单电子体系的氢原子或类氢离子来说，各种状态的电子能量只与n有关如果n不同，l相同时，其能量关系为：E1sE2sE3sE4s如果n相同，l不同时，其能量关系为：EnsEnpEndEnf===1s亚层l=0,1；角量子数l与多电子原子中的电子的能量有关②3.磁量子数m决定原子轨道的空间伸展方向m=0，±1,±2，±3……±ll=0，m=0，s轨道为球形，只一个取向；共有2l+1个值l=1，m=0,±1，代表pz,px和py3个轨道；l=2，m=0,±1,±2，代表d亚层有5个取向的轨道：d,d,d,d,d222y-xxyyzxzz。磁量子数m与电子的能量无关n,l,m一定，轨道也确定0123…轨道spdf…例如:n=2，l=0，m=0，2sn=3，l=1，m=0，3pzn=3，l=2，m=0，3dz2n主层l亚层m原子轨道1K01s01s2L012s2p00,±12s2pz,2px,2py3M0123s3p3d00,±10,±1,±23s3pz,3px,3py4N01234s4p4d4f00,±10,±1,±20,±1,±2,±34s4pz,4px,4py……d3,d3,d3,d3,3d222y-xxyyzxzz222xzyzxyzx-y4d,4d,4d,4d,4dxyzzY2pxY2pxyzyY2pxyzxyz2p2zY22pxYxyzxyz2p2yY3d态：n=3,l=2,m=0,2,12d3zxyz22d3yxxyzxyd3xyzxzd3xyzyzd3xyz4.自旋量子数ms电子自旋现象的实验装置电子自旋有两种状态，即自旋角动量有两种不同的取向，通常用和表示。ms=1/2,ms=1/2小结：•一个原子轨道可由n,l,m3个量子数确定。•一个电子的运动状态必须用n,l,m,ms4个量子数描述。•n：决定电子云的大小•l：决定电子云的形状•m：决定电子云的伸展方向2多电子原子结构2.1多电子原子轨道能级2.2核外电子排布2.1多电子原子轨道能级轨道：与氢原子类似，其电子运动状态可描述为1s,2s,2px,2py,2pz,3s…能量：与氢原子不同,能量不仅与n有关,也与l有关;在外加场的作用下,还与m有关。1.Pauling近似能级图多电子原子近似能级图有如下特点a.近似能级图是按原子轨道的能量由低排到高排列的，而不是按原子轨道离核远近的顺序排列的能量相近的能级化为一组，称为能级组。7个能级组，按1，2，3…….顺序能量依次递增，能级组间能量差较大，而能级组内各能级间的能级差较小。1s第一能级组2s,2p第二能级组3s,3p,3d第三能级组4s,3d,4p第四能级组5s,4d,5p第五能级组6s,4f,5d,6p第六能级组7s,5f,6d,7p第七能级组b.在近似能级图中每个小圆圈代表一个原子轨道，一个原子轨道最多只能容纳两个电子S分层（亚层）中有一个圆圈，只有一个原子轨道，p分层中有三个圆圈，表示此分子三个原子轨道。量子力学中：把能量相同的状态叫做简并状态把能量相同的轨道叫做简并轨道相同能量的轨道数目称为简并度所以P轨道是三重简并的，d轨道是五重简并的,f轨道是七重简并的c.角量字数l相同的能级，其能量次序由主量子数n决定的，n越大能量越高。E1s＜E2s＜E3s＜E4s……d.主量子数n相同，角量字数l不同的能级，其能量次序随l的的增大而升高。Ens＜Enp＜End＜Enf……“能级分裂”e.主量子数n和角量字数l同时变动时，从图中看出，能级的能量次序是比较复杂的E4s＜E3d＜E4p……“能级交错”。2.2核外电子排布核外电子分布三规则：最低能量原理电子在核外排列应尽先分布在低能级轨道上,使整个原子系统能量最低。Pauli（保里）不相容原理在同一原子中没有四个量子数完全对应相同的电子，或者说在同一个原子中没有运动状态完全相同的电子。如：n=1,l=0,m=0,ms=1/2n=1,l=0,m=0,ms=1/2自旋方式不同a.每一种运动状态的电子只能有一个b.由于每一个原子轨道包括两种两种运动状态，所以每一个原子轨道中最多只能两个自旋不同的电子。c.因为s,p,d,f各分层中的原子轨道数分别为1，3，5，7个，所以s,p,d,f各分层中分别最多能容纳2，6，10，14个电子。d.每个电子层中原子轨道的总数为n2个，因此，各电子层中电子的最大容量为2n2个。Hund规则电子分布到能量相同的等价轨道时，总是尽先以自旋相同的方向，单独占据能量相同的轨道如：C：Z=61s2s2pFe：Z=261s22s22p63s23p63d64s21s22s22p2洪特规则的特例等价轨道全充满，半充满或全空的状态是比较稳定的，全充满，半充满或全空的结构表示如下：半满全满规则：全满：p6，d10，f14；半满：p3，d5，f7；全空：p0，d0，f0。Z=242262651Cr1s2s2p3s3p3d4s：Z=29Cu：154s3dAr为了避免电子结构式书写过长，通常把内层电子已达到稀有气体结构的部分写成“原子实”并以稀有气体的元素符号外加方括号来表示.2.基态原子的核外电子排布基态原子的核外电子在各原子轨道上排布顺序：1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,4f,5d,6p,7s,5f,6d,7p……出现d轨道时，依照ns,(n-1)d,np顺序排布；d,f轨道均出现时，依照ns,(n-2)f,(n-1)d,np顺序排布。帮助记忆图练习Z=11，Na：1s22s22p63s1或[Ne]3s1Z=20Ca：1s22s22p63s23p64s2或[Ar]4s2Z=50，Sn：[Kr]5s25p2Z=56，Ba：[Xe]6s2价电子：最外层电子例如：Sn的价电子排布式为：5s25p2元素周期表元素周期表中的周期周期特点能级组对应的能级原子轨道数元素数一二三四五六七特短周期短周期短周期长周期长周期特长周期不完全周期12345671s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p144991616288181832应有32元素周期表中的七个周期分别对应7个能级组元素的族第1，2，13，14，15，16和17列为主族，即,ⅠA,ⅡA,ⅢA,ⅣA,ⅤA,ⅥA,ⅦA。主族：族序数=价电子总数稀有气体(He除外)8e－为ⅧA,通常称为零族，第3~7，11和12列为副族。即,ⅢB,ⅣB,ⅤB,ⅥB,ⅦB,ⅠB和ⅡB。前5个副族的价电子数=族序数。ⅠB,ⅡB——根据ns轨道上电子数划分。第8,9,10列元素称为Ⅷ族，价电子排布（n-1)d6-8ns2。3元素的分区元素周期表中价电子排布类似的元素集中在一起，分为5个区，并以最后填入的电子的能级代号作为区号。s区：ns1－2p区：ns2np1－6d区：(n－1)d1－10ns1－2(Pd无s电子)(ds区：(n－1)d10ns1－2)f区：(n－2)f0－14(n－1)d0－2ns2元素性质的周期性