华南农业大学理学院：《无机及分析化学 Inorganic and analytical chemistry》第四章 物质结构简介 4.3 原子核外电子结构 4.4 元素基本性质的周期性变化

§4-3原子外电子牿构 多电子原子的能級 棱郎电子排市的视律 ■三、原子的电子牿构元素周期森

§4-3 原子核外电子结构 ◼ 一、多电子原子的能级 ◼ 二、核外电子排布的规律 ◼ 三、原子的电子结构与元素周期表

多电子原子的遁动收态 ■对于多电子原子,核与电子的相互作用情况较 复杂,不能从薛定谔方程中精确解出电子的各 种运动状态。 ■在氢原子体系的基础上,通过建立一些近似模 型,如中心立场模型,对薛定谔方程进行近似 处理,来研究多电子原子体系。 得到了与氢原子体系相类似的结果: 原子轨道的能量; 表示电子各种运动状态的一系列波函数; 原子轨道近似能级图

多电子原子的运动状态 ◼ 对于多电子原子，核与电子的相互作用情况较 复杂，不能从薛定谔方程中精确解出电子的各 种运动状态。 ◼ 在氢原子体系的基础上，通过建立一些近似模 型，如中心立场模型，对薛定谔方程进行近似 处理，来研究多电子原子体系。 ◼ 得到了与氢原子体系相类似的结果： ◼ 原子轨道的能量； ◼ 表示电子各种运动状态的一系列波函数； ◼ 原子轨道近似能级图

原子拔与电子作用力示意图 单电子原子 多电子原子 排斥力 吸引力 吸引力 吸引力 简单 复杂

多电子原子 吸引力 吸引力 排斥力 简单 复杂 单电子原子 原子核与电子作用力示意图 吸引力

单电子体系 E=-2.18×108 Z—核电荷数 18 En=-218×106,( 多电子原子 z'=Z-0称为有效核电荷 中心力场模型 把其他电子对指定电子的排斥平 均起来并看成是球形对称的,这 样指定电子可处理成只受带正电 的原子核的作用

◼中心力场模型 ◼把其他电子对指定电子的排斥平 均起来并看成是球形对称的，这 样指定电子可处理成只受带正电 的原子核的作用。 单电子体系 多电子原子 Z—核电荷数 2 18 2 2.18 10 ( ) n Z E J n − = −  *2 18 2 2.18 10 ( ) n Z E J n − = −  Z*=Z-σ称为有效核电荷

能级:最早在玻 原子轨道能量(能般)高低尔理论中提出, 表示各原子轨道 ■单电子原子: 的能量状态是不 原子轨道的能级高低与主量子数n有连续的。通常将 关。n相同,原子轨道的能级相同。某个原子轨道的 例如,E4s=E4p=E4d=E4 能量状态称为某 能级,如1s能级, ■多电子原子: 2p能级等 原子轨道的能级高低与主量子数n和 角量子数有关。 n相同,l越大,原子轨道的能级越高。 例如,E4s<E4<E4d<E4 t相同,n越大,原子轨道的能级越高。 例如,E2p<E3p<E4p

原子轨道能量(能级)高低 ◼ 单电子原子： 原子轨道的能级高低与主量子数n有 关。n相同，原子轨道的能级相同。 例如, E4s=E4p=E4d=E4f ◼ 多电子原子： 原子轨道的能级高低与主量子数n和 角量子数l有关。 n相同，l 越大，原子轨道的能级越高。 例如，E4s<E4p<E4d<E4f l 相同，n越大，原子轨道的能级越高。 例如，E2p<E3p<E4p 能级：最早在玻 尔理论中提出， 表示各原子轨道 的能量状态是不 连续的。通常将 某个原子轨道的 能量状态称为某 能级，如1s能级， 2p能级等

、多电子原子的能缀 1鲍林近他能級图 ■鲍林根据大量光谱实验数据及某些近似计算,提出 多电子原子中原子轨道近似能级图。 鲍林近似能缀圜表明: 原子轨道(用圆圈表示)按能级高低次序排布; 一般来说,n越大,原子轨道的能级越高,n相同,越大, 原子轨道的能级越高。 将能量相近的能级划分为一组,称为能級组,每一能级组 从ns开头,以np结束; 不同能级组之间能量差别较大; ■从第四能级组开始,出现了能级交错现象; 前七个能级组对应于元素周期表的七个周期

一、多电子原子的能级 ◼ 鲍林根据大量光谱实验数据及某些近似计算，提出 多电子原子中原子轨道近似能级图。 ◼ 鲍林近似能级图表明： ◼ 原子轨道(用圆圈表示)按能级高低次序排布； ◼ 一般来说，n越大，原子轨道的能级越高，n相同，l 越大， 原子轨道的能级越高。 ◼ 将能量相近的能级划分为一组，称为能级组，每一能级组 从ns开头，以np结束； ◼ 不同能级组之间能量差别较大； ◼ 从第四能级组开始，出现了能级交错现象； ◼ 前七个能级组对应于元素周期表的七个周期。 1.鲍林近似能级图

鲍林近似能级图 ○oo○6d 7s ○O ○6p 5d 6s a. 5p ○o○4d 5s ao 4p boooo 3d ○3p S1s n=2n=3n=4 n=5 n=6 n=7

1s 鲍林近似能级图 n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6 n=7 2p 2s 3p 3s 4p 3d 4s 5p 4d 5s 6p 5d 4f 6s 7p 6d 5f 7s

电子属与能級组的差别 电子层数与主量子数n有关,同一个电子层中可 有n个电子亚层。 能级组是由一个或多个能量相近的亚层组成, 这些亚层的主量子数n可以相同也可以不同 例如,第四能级组包括3d4ssp三个亚层。 能马元素周期表 能级组 ,二,三,四,五,六,七 周期 ,二,三,四,五,六,七 原子轨道数1,4,4,9,9,16,16 最大电子容量2,8,8,18,18,32,32 各周期元素数2,8,8,18,18,32,32

能级组与元素周期表 能级组 一，二，三，四，五，六，七 周期 一，二，三，四，五，六，七 原子轨道数 1, 4, 4, 9, 9, 16, 16 最大电子容量 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32 各周期元素数 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32 电子层与能级组的差别 电子层数与主量子数n有关，同一个电子层中可 以有n个电子亚层。 能级组是由一个或多个能量相近的亚层组成， 这些亚层的主量子数n可以相同也可以不同。 例如，第四能级组包括3d,4s,sp三个亚层

鲍林 pauling.∠C 190-19%4娟化学家 1931年用量子力学理论研究化学键的本质,创立杂化轨 道理论。 1950年提出蛋白质存在α和γ螺旋体。 ·晚年在维生素C服用效果方面作了大量工作。 1954年,因对化学键本质的研究及生物高分子结构和性 能之间关系的研究获得诺贝尔化学奖。 在1950年-1960年间,他极力反对核试验因而在1963年 获得诺贝尔和平奖。 他是惟一的两次诺贝尔奖获得者。曾于1973年和1981年 到中国访问讲学。著有《量子力学导论》(1935)和《化 学键的本质》(1939)

鲍林 Pauling L C 1901-1994,美国化学家 • 1931年用量子力学理论研究化学键的本质，创立杂化轨 道理论。 • 1950年提出蛋白质存在和螺旋体。 • 晚年在维生素C服用效果方面作了大量工作。 • 1954年,因对化学键本质的研究及生物高分子结构和性 能之间关系的研究获得诺贝尔化学奖。 • 在1950年-1960年间，他极力反对核试验因而在1963年 获得诺贝尔和平奖。 • 他是惟一的两次诺贝尔奖获得者。曾于1973年和1981年 到中国访问讲学。著有《量子力学导论》(1935)和《化 学键的本质》(1939)

徐光 中国物理化学和无机化学家 徐光宪等建议:利用(n+074)来计算原子轨道 的能级相对次序,并将(n+07)的首数相同的原 子轨道合并为一组,称为能级组 ■所得结果与鲍林近似能级图相同。 ■例如,3+07*0=33+07*1=37 3+07*2=444+07*0=44+07米1=47 ■第三能级组有3s和3p能级 n第四能级组有3d4s4p能级

徐光宪 ◼ 中国物理化学和无机化学家 ◼ 徐光宪等建议：利用（n+0.7 l ）来计算原子轨道 的能级相对次序，并将(n+0.7 l )的首数相同的原 子轨道合并为一组，称为能级组。 ◼ 所得结果与鲍林近似能级图相同。 ◼ 例如，3+0.7*0=3 3+0.7*1=3.7 3+0.7*2=4.4 4+0.7*0=4 4+0.7*1=4.7 ◼ 第三能级组有3s和3p能级 ◼ 第四能级组有3d,4s,4p能级