第五章原子结构5.1微观粒子的特性5.1.1物理量变化的不连续性——量子化、玻尔原子模型5.1.2微观粒子的波粒二象性
5.1.3微观粒子波粒二象性的统计解释5.2单电子原子的波函数及其结构5.2.1波函数、量子数5.3多
电子原子结构5.3.1多电子原子轨道能级5.3.2核外电子排布规律5.4原子结构与元素周期律5.4.1
周期表的结构5.4.2影响元素性质的结构因素元素的化学性质，主要取决于原子核外电子构型、作用于价层电子
的有效核电荷数和原子半径。5.4.3元素重要性质的周期性变化7.4.3.1原子半径r5.4.3.2元素的电离能
—衡量金属元素活泼性的参数第一电离能（I1）:由气态的
基态原子失去一个电子,变成正一价的气态的阳离子所吸收的能量.5.4.3.3电子亲和能E
—衡量非金属元素活泼性的参数5.4.3.4电负性2.能量最低原理电子填入原子轨道
时，电子尽可能排入能量最低的原子轨道，使原子的能量状态处于最低。电子填入原子轨道必须遵循原子轨道填充次序图。原子轨道填充次序
图1S＜2S＜2P＜3S＜3P＜4S＜3d＜4P＜5S＜4d＜5P＜6S例如：17号元素Cl1S22S2
2P63S23P5------------电子结构式26号元素Fe1S22S22P63S23P63d64S23.洪
特规则电子填入简并轨道时，尽可能占据不同的原子轨道，且自旋方向相同。如15号元素P:1S2S2P3S
3p4.洪特规则特例1S22S22P63S23P63d54S124号元素Cr29号元素Cu1S22S22P63S23P
63d94S2(×)1S22S22P63S23P63d104S1轨道在全满、半满、全空时，能量最低，最稳定
。例:一个2p电子可以被描述为下列六组量子数之一（1）2、1、0、+1/2（2）2、1、0、-1/2（3
）2、1、1、+1/2（4）2、1、1、-1/2（5）2、1、-1、+1/2（6）2、1、-1、
-1/2试指出氧原子电子层结构中，2P4四个电子组合中正确的是（）A、（1）（2）（3）（4）
B、（1）（2）（5）（6）C、（2）（4）（5）（6）D、（3
）（4）（5）（6）C下列元素的电子结构式或轨道排布式哪些正确,哪些错误,错误的指出违反什么规则?A.1S
22S22P63S23P63d4B.1S22S22P63S23P63d44S2C.1S22S22P63S23Px23Py2
3Pz0D.1S2S2P3S3p(n-1)d1-8ns2ns1-2ns2np1-6(n-1)d10ns1-2
1、周期的划分周期是依据能级组划分的。同一周期元素基态原子中含有的电子所在的最高能级组的序号等于周期数。2、族
的划分包括16族，分别为主族（A）（ⅠA-ⅦA）、副族（B）（ⅠB-ⅦB）、Ⅷ族、0族。主族（
A）：主族元素基态原子内电子层轨道全满或全空，族数与该族元素原子的最外层电子数相等，也与该族元素的最高化合价相一致（O、F除外）。
副族（B）：除ⅠB、ⅡBns上有1~2个电子，其余的(n-1)d、(n-2)f均未充满。其族数通常等于最高能级组
中的电子数。如最高能级组中的电子数大于等于8小于等于10的元素属于Ⅷ族；等于11、12分别属于ⅠB、ⅡB。如：5
1号Sb4d105s25p3(ⅤA);47号Ag4d105s1(ⅠB)28号元素3d84s2(
Ⅷ族)例.价电子构型为3d84s2的元素，属于()A、ds区，第三周期，IIB族
B、d区，第三周期，VI族C、d区，第四周期，VIII族D.d
s区，第四周期，IB族C3、区的划分可分为spddsf五区，根据元素最后一个电子填充能级不同来划分的。
r的大小取决于电子层数和有效核电荷数Z﹡。在周期表中，原子半径的变化规律：（1）对于同周律元素，从左至右，原子半径递减。如
：Li>Be>B>C>N>O>F（2）对于同一族元素，由上至下，电子层数增加，原子半径递增。
I1越小，原子越容易失电子，金属性越强，反之，越弱。电离能在周期表中变化规律：（1）对于同一周期的元素，从左至右，第一电
离能递增，元素金属性递减。（2）对于同族元素，由上至下，第一电离能递减，元素金属性递增。例：下列元素第一电离能最大的是：（
）A、OB、PC、ND、B例：下列元素第一电离能最大的是：（
）A、SiB、PC、SD、AsCB阴
极射线的研究发现电子波尔原子结构理论卢瑟福α粒子散射实验提出经典有核原子模型19世纪初,认为原子不可分割19世纪末
,许多重大发现证明原子由更小微粒组成,具有一定结构.红橙黄绿青
蓝紫光和电磁辐射氢原子光谱HαHβHγHd1.普朗克量子理论电磁波辐射能的发射和吸收不是连续的
,而是一份一份的,量子化的,每份不连续的能量有一个最小单位─光量子.1光量子能量2.波尔理论A、稳定轨道B、
定态C、能量的辐射与吸收ΔE=hν1.光的波粒二象性2.电子的波粒二象性1924年,法国物
理学家德布罗意在光的波粒二象性启发下,提出了电子、原子、分子等微观粒子也具有波粒二象性．海森堡（Heisenberg）提出的
测不准关系：由于电子等微观粒子的波粒二象性,粒子的运动不遵循牛顿力学的原理,其运动的位置(坐标)和动量(速
度)无法同时准确测定.式中ΔX为位置的不准确量,ΔPx为动量的不准确量.电子等微观粒子的波粒二象
性,是由大量微观粒子运动的统计性规律的表现:衍射图中明亮处某点,从粒性考虑,是因为电子在该点附近附近微体积内出现的几率高(几
率密度大);从波性考虑,则是因为该电子波的强度大.任何微观体系的运动状态都可用波函数ψ进行描述，微观粒子在空间某
点出现的几率密度可用波函数的平方ψ2来表示。5.2.1.1波函数（原子轨道）波函数Ψ是描述微观体系中粒子运动状态
的物理量.是空间坐标(x,y,z)的函数,微观体系的波函数可以通过解波动方程得到.氢原子的波动方程—薛定谔方程如下:m—电子的
质量,E—系统的总能量h—普朗克常数,V—系统的势能为了方便,通常将空间坐标(x,y,z)换算成球坐标(r,θ,
φ).x=rsinθcosφy=rsinθsinφz=rcosθ波函数就是原子轨道.每个波
函数都是由三个量子数来确定,即每条原子轨道必须由三个量子数来描述.量子数不同,原子轨道不同.这三个量子数分别为主
量子数n,角量子数l以及磁量子数m.(1)主量子数n:代表电子离核远近和电子层能量高低的参数.即为电子层数.
n=1代表第一电子层(K层)n=2代表第二电子层(L层)n=3代表第三电子层(M层)
(2)角量子数l:代表电子在空间角度上出现的几率,即决定原子轨道形状.简称电子亚层.l的取值受主量子数n的限制,l=
0，1，2，3……n-1.在光谱学中分别称s，p，d，f亚层.如:当n=1时,l=0,代
表的是1s亚层.当n=2时,l=0,代表的是2s亚层.l=1,代表的是2p亚层.当n=3时,
l=0,代表的是3s亚层.l=1,代表的是3p亚层.l=2,代表的是3
d亚层.S原子轨道形状为球形.P原子轨道形状为双球形(或哑铃形)d原子轨道形状为四瓣形.对于单电子原子（氢原子）
来说,各轨道能量只与主量子数有关,与角量子数无关.主量子数n越大，En即能量越大.当主量子数相同时,角量子数不同
的各原子轨道能量相同.即:E1S来说,各轨道能量除了与主量子数有关外,还与角量子数有关.当n相同时,l越大的原子轨道能量越高.E3SP2,…±l.如:l=0,m=0,即表示s亚层只有一条轨道;l=1,m=0,±1,即表示p亚
层有三条轨道;l=2,m=0,±1,±2,即表示d亚层有5条轨道;同一亚层中,磁量子数不
同的各轨道能量相同,称为简并轨道.如:dxy，dxz，dyz,dx2-y2,dz2为简并轨道,能量相同.(4)自旋
量子数msms=±1/2主量子数、角量子数与磁量子数间的关系例1：描述电子层能量高低的次序
和电子云离核远近的是（）描述原子轨道形状，并在多电子原子中决定电子能级的次要因素是（）
描述电子云或原子轨道在空间的伸展方向的是（）描述核外电子自旋状态的是（）
A、自旋量子数B、角量子数C、磁量子数D、主量子数
DBCA例3：对于多电子原子，下列所描述的各电子中，能量最高的电子是（）
A、（2、1、1、-1/2）B、（2、1、0、±1/2）
C、（3、1、1、-1/2）D、（3、2、2、±1
/2）例2：下列电子的六套量子数（3、2、2、+1/2）;(3、0、1、+1/2);(2、-1、0、+1/2)
;(1、0、0、0);(3、2、2、2);(2、0、-2、+1/2)中,不可能存在的有(
)A.2套B.3套C.5套D.6套CD例4：量
子数组合n=3,l=1的原子轨道，可允许容纳的最多电子数（）
A、6B、2C、8D、16例5：关于原子轨道的下列叙述正确的
是（）A、原子轨道是电子运动的轨迹B、某一原子轨道是电子的一种空间运动状态,即波函数C、原子轨道表示电子在空间各点
出现的几率D、原子轨道表示电子在空间各点出现的几率密度AB例6：当角量子数为5时，可能的简并轨道是（）
A.??6B.9C、11D.13例7：原子核外电子运动状态可
以用量子数——————————————加以描述，而多电子原子的核外电子能级则与————————————有关。C(1)Pa
uling原子轨道近似能级图简并状态:能量相同的状态简并轨道，等价轨道简并度:相同能量的轨道数?l相同的能级,
n越大,E越高?n相同的能级,l越大,E越高?n和l均变动时,出现能级交叉(2)屏蔽效应+2
e-e-He+2e-He+2-σe-假想He由核外电子云抵消一些核电荷的作用。屏蔽效应：Z－σ=Z，
(Z—有效核电荷数;Z—核电荷数;σ—屏蔽常数）σ为屏蔽常数，可用Slater经验规则算得n2E=–1
3.6(Z–s)2eV只有内层或同层电子才有屏蔽作用。Slater经验规则原子中的电子分组(1s)(2s,2p)
(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)(5s,5p)···?外层电子对内层电子没有屏蔽作用,?
=0?1s上的两个电子之间的?=0.30,其它n相同的各分层电子之间的?=0.35.?(n–1
)电子对ns,np电子的屏蔽?=0.85,小于(n–1)电子对ns,np电子的屏蔽?=1.00.?位于nd或nf左边的电子对nd或nf电子的屏蔽,?=1.00例:计算铝原子中其它电子对一个3p电子的?值.解:铝原子的电子排布情况为1s22s22p63s23p1?=2?0.35+8?0.85+2?1.00=9.50进入原子内部空间，受到核的较强的吸引作用.3d与4s轨道的径向分布图(3)钻穿效应2s与2p轨道的径向分布图1.保里不相容原理在同一个原子中，不可能存在四个量子数完全相同的两个电子。如：11号元素Na的核外电子排布式：1S2S2P3S在同一个原子轨道中最多可容纳自旋方向相反的两个电子，每一个电子层最多可容纳2n2个电子。 |
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