01原子结构与元素周期律.

第一章原子结构与元素周期律AtomicStructureandPeriodicTableofElements第一节原子核外电子运动状态(一般理解)第二节原子核外电子排布规律(重点掌握)第三节元素周期律(重点掌握)质子数原子XAZ原子核核外电子（—）质子（+）中子Z个（A—Z）个Z个原子是电中性的！+质子数=核外电子数=核电荷数=原子序数）质量数（A）质子数（Z）中子数（N=质量数课堂练习:请写出HHeOS等原子的原子离子阳离子阴离子思考并回答:1化学反应以产生新物质(新分子)为特征,产生新原子吗?2原子在化学反应中如何变化?(原子核变化吗?核外电子运动状态或者数目变化吗?)宏观物体微观粒子质量很大很小速度较小很大（接近光速）位移可测位移、能量不可同时测定能量可测轨迹可描述（画图或函数描述）不可确定宏观、微观运动的不同第一章原子结构与元素周期律第一节原子核外电子的运动状态宏观物体的运动特征：•可以准确地测出它们在某一时刻所处的位置及运行的速度；•可以描画它们的运动轨迹。微观物体的运动特征：•核外电子质量小，运动空间小，运动速率大。•无确定的轨道，无法描述其运动轨迹。•无法计算电子在某一刻所在的位置，只能指出其在核外空间某处出现的机会的多少。核外电子运动的特征原子核外电子运动的特征电子在原子核周围分层运动，无轨迹；能量低的离核近，能量高的离核远。电子在原子核外空间一定范围内出现，可以想象为一团带负电的云雾笼罩在原子核周围，所以，人们形象地把它叫做“电子云”概率密度与电子云概率密度Ψ2---电子在空间单位体积内出现的几率电子云---用小黑点形象地表示电子在空间单位体积内出现的概率密度分布情况所得到的图象。原子轨道与波函数电子云是电子出现概率密度的形象化描述。1s(b)1s)a(2界面图电子云的图及电子云的r1、主量子数n-电子层---表示电子在核外所处电子层取值：n=1，2，3，4，5……；物理意义：n值的大小表示电子的能量高低。n值越大表示电子所在的层次离核较远，电子具有的能量也越高。对于n=1，2，3，…分别称为第第一能层，第二能层，第三能层…核外电子的运动状态(四个量子数来定义)n12345···对应电子层第一层第二层第三层第四层第五层···符号KLMNO···主量子数n(principalquantumnumber)◆确定电子出现几率最大处离核的距离◆不同的n值，对应于不同的电子壳层１２３４５……..KLMNO……..决定电子层数,或者说决定原子轨道(电子云)的大小(n越高,电子离核越远,能量越高,电子云越大)主量子数n取值:从1开始,------到n(正整数)2、角量子数l–决定电子亚层－决定原子轨道－决定电子云形状核外电子的运动状态l的取值01２３轨道亚层符号spdfg···轨道形状球形纺锤形花瓣型·········n1234电子层第一第二第三第四原子轨道1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f同一电子层内,原子轨道形状不同,能量稍有差别,因此应予区分L取值受电子层数限制,＝0,1,2,3……n－1角量子数l(angularmomentumquantumnumber)s轨道球形p轨道哑铃形d轨道有两种形状3、磁量子数m：轨道伸展方向物理意义：表示电子云在空间的伸展方向。与能量无关。核外电子的运动状态同一亚层内能量相等、空间伸展方向不同的轨道即简并轨道m可取0，±1,±2……±l；其数目=2l+1（简并轨道的数目）例：l=1时，m可取0，±1,表示有3个简并轨道。S原子轨道电子云轮廓图----原子轨道S原子轨道是球形对称的.P原子轨道是纺锤形的,每个P能级有3个原子轨道,它们相互垂直,分别以Px,Py,PZ表示.xyzxyzxyzP原子轨道P能级的原子轨道P能级的3个原子轨道Px,Py,PZ合在一起的情形.d能级的原子轨道有5个.d能级的原子轨道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.s轨道(l=0,m=0):m一种取值,空间一种取向,一条s轨道.磁量子数(magneticquantumnumber)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.f轨道(l=3,m=+3,+2,+1,0,-1,-2,-3):m七种取值,空间七种取向,七条等价(简并)f轨道.本课程不要求记住f轨道具体形状!核外电子的运动状态n1234n电子层第一第二第三第四…轨道1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f…轨道数1条4条9条16条n2可容纳电子数2818322n2原子轨道能量高低规律：nsnpndnf1s2s3s4s2px=2py=2pz4、自旋量子数Ms--自旋状态电子平行自旋：电子反向自旋：↑↑↑↓核外电子的运动状态有了这四个量，就可以描述原子中某一电子的运动状态！表示电子自旋运动的量子数，一个轨道最多只能容纳2个电子，且自旋运动方向相反。自旋量子数ms(spinquantumnumber)◆描述电子绕自轴旋转的状态◆自旋运动使电子具有类似于微磁体的行为◆ms取值+1/2和-1/2，分别用↑和↓表示想象中的电子自旋★两种可能的自旋方向:正向(+1/2)和反向(-1/2)★产生方向相反的磁场★相反自旋的一对电子,磁场相互抵消.ElectronspinvisualizedMagneticfieldscreenSmallclearancespaceSilveratomicraykiln核外电子的运动状态小结：电子层n原子轨道或电子云形状原子轨道或电子云在空间的伸展方向电子的自旋状态（或自旋方向）描述核外电子运动状态的参数总结:四个量子数（受特定限制的常数）①主量子数n1,...2,1,0nl③磁量子数m④自旋量子数ms,21smllm......,0,......21sm②角量子数ln=1,2,3,……判断：下列各组量子数哪些不合理？1.n=2,l=1,m=02.n=2,l=0,m=-13.n=2,l=2,m=-14.n=2,l=3,m=25.n=3,l=1,m=16.n=3,l=0,m=-12346Question1小结：量子数与电子云的关系（意义）•n：决定电子云的大小•l：描述电子云的形状•m：描述电子云的伸展方向•ms：描述电子的自旋运动方向研究表明：在同一原子中，不可能有运动状态完全相同的电子存在。换句话说，同一原子中每个电子中的四个量子数不可能完全相同，因此可推出每一个轨道只能容纳两个自旋方向相反的电子；因此可推出各电子层所能容纳电子最大数值。核外电子运动的特征1.绕着原子核运动---公转2.不定向高速自旋—自转3.象带负电的云雾(电子云)原子的核外电子运动状态原子核外电子运动状态总结电子是运动的,而不是静止的。电子状态描述:波函数/原子轨道/电子云。描述参数（波函数／原子轨道/电子云的参数）:4个量子数描述,前2个与能量有关1.电子状态可用▁▁来描述，它在习惯上被称为▁▁；┃ф┃2表示▁▁，它的形象化表示是▁▁。2.４p亚层中轨道的主量子数为▁▁，角量子数为▁▁，该亚层轨道最多可以有▁▁种空间取向，最多可容纳▁▁个电子。3.填表-----描述电子状态的４个参数符号取值？含义主量子数角量子数磁量子数自旋量子数4.填表--电子层、亚层、轨道及容纳电子之间的关系电子层KLMN每层亚层数量每层轨道数量每层最多容纳电子数量电子层KLMN每层亚层数量s(1)sp(2)spd(3)spdf(4)每层轨道数量14916每层最多容纳电子数量2818324.填表---电子层、亚层数量、轨道数量及容纳电子数之间的关系符号取值？含义主量子数n正整数电子云大小角量子数l0,１,２,….n－１电子云形状磁量子数m0,±1,±2,…±l电子云方向自旋量子数Ms＋１／２，－１／２3.填表----描述电子状态的４个参数1.波函数,原子轨道,概率密度,电子云2.4,1,3,6Question1P108例1Question2写出与轨道量子数n=4,l=2,m=0的原子轨道名称.原子轨道是由n,l,m三个量子数决定的.与l=2对应的轨道是d轨道.因为n=4,该轨道的名称应该是4d.磁量子数m=0在轨道名称中得不到反映,但根据我们迄今学过的知识,m=0表示该4d轨道是不同伸展方向的5条4d轨道之一.Representationsofthefivedorbitals•P123第6题说明下列符号的含义.•d•2p2•3d3•4f量子力学中原子轨道：原子核外电子运动状态可描述为1s,2s,2p(3个),3s,3p(3个),3d(5个)……3.2.1原子轨道的能级8.2多电子原子结构1-5原子轨道的能级根据光谱实验数据确定各原子轨道能级的高低：能级组：能量相近的能级划为一组，称为能级组。Pauling近似能级图(要求会背)6543212.同一电子层（n相同）内，各亚层的能量顺序为nsnpndnf能级近似图的规律：1.每一能级组都是从s开始，p结束；4.同一原子在第三层以上出现能级交错现象：4s3d4p,5s4d5p,6s4f5d6p3.不同电子层内，相同亚层（l相同）的能量顺序为1s2s3s4s原子核外电子的运动与排布第二节核外电子排布规律1能量最低原理(决定电子排布顺序)电子总是优先进入能量最底的能级,使整个原子系统能量最低（基态）。(依照Pauling能级图由低到高逐级填入)需要牢记L.Pauling原子轨道近似能级图1s;2s2p;3s3p;4s3d4p;5s4d5p;6s4f5d6p;2泡利不相容原理(决定电子排布数量)在同一个原子中,不可能有四个量子数完全相同的2个电子,或者说同一轨道上最多只能容纳2个自旋方向相反电子3洪德规则(Hund’srule)(决定电子在等价轨道上排列方式)在n和l相同的轨道(同一电子亚层轨道)上分布的电子,将尽可能分占m值不同的轨道,且自旋平行。Z=7N：1s22s22p3课堂举例1:课堂举例2:Z=6C:1s22s22p215626224s3d3p3s2p2s1sCr24：Z4全充满\半充满或全空规则110626224s3d3p3s2p2s1sCu29：Z154s3dAr原子芯称为Ar4s3dAr110兼并(等价)轨道在全充满、半充满或全空的状态时,原子较稳定。可简写为可简写为2.根据Hund’srule,下列三种排布中哪一种是氮原子的实际电子组态?↓↑↓↑↓↑↑——————————1s2s2px2py2pz↓↑↓↑↑↑↑——————————1s2s2px2py2pz↓↑↓↑↑↓↑——————————1s2s2px2py2pz课堂练习题:1.原子吸收能量由基态变成激发态时,通常是最外层电子向更高的能级跃迁.试指出下列原子的电子排布中,哪些属于基态?哪些属于激发态?哪些却是错误的?(1)1s22s22p1(2)1s22s22p62d1(3)1s22s22p43s1(4)1s22s42p23.请写出O\Cl\K\Ca\Fe五种元素的电子排布式.4.P124第4题ABC第三节元素周期律元素周期律：随原子序数递增,核外电子呈周期性排布,从而造成元素性质呈周期性递变的规律。元素周期表：用于表示元素周期律的图表.学习目标1可正确写出给定元素原子的周期号数\价层电子构型\属于哪一族及其族号\在周期表中的所属分区2正确判断同周期和同族元素元素的原子参数的变化规律价电子:化学反应时参与成键的电子(外层电子);价电子层：价电子所在的亚层(外层轨道):价层电子构型：价层电子排布式(外层电子排布式):例题:6C的价电子有4个；价电子层为2s和2p;价层电子构型：2s22p2；价层电子中未成对电子数为个．24Cr价电子有6个；价电子层为3d和4s;价层电子构型：3d54s1；价层电子中未成对电子数为个．课堂练习1）20Ca的价电子有个;价电子层为;价层电子构型．价层电子中未成对电子数为个．2）7N的价电子有个;价电子层为;价层电子构型．价层电子中未成对电子数为个．3）29Cu的价