第一章物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)-1

1、 1. 班主任的任務(wù)和職責(zé)班主任的任務(wù)和職責(zé) 第一章第一章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 本章內(nèi)容3知識(shí)背景氫原子光譜氫原子光譜所有的原子光譜所有的原子光譜都是線狀光譜！都是線狀光譜！如何解釋氫原子如何解釋氫原子線狀光譜？線狀光譜？知識(shí)背景知識(shí)背景玻爾的氫原子模型玻爾提出了原子結(jié)構(gòu)理論的三點(diǎn)假設(shè)：玻爾提出了原子結(jié)構(gòu)理論的三點(diǎn)假設(shè)：軌道能級(jí)軌道能級(jí)：電子在不同的軌道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，能量不同，相應(yīng)的軌道稱為電子在不同的軌道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，能量不同，相應(yīng)的軌道稱為能級(jí)能級(jí)。軌道離原子核越近軌道離原子核越近,勢(shì)能越小勢(shì)能越小,能級(jí)越低。能級(jí)越低。電子在低能級(jí)軌道上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)電子在低能級(jí)軌道上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),叫叫基態(tài)基態(tài)；

2、電子在高能級(jí)軌道上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)電子在高能級(jí)軌道上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),叫叫激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)。知識(shí)背景電子的波粒二象性知識(shí)背景電子的波粒二象性微觀粒子微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)測(cè)不準(zhǔn)態(tài)測(cè)不準(zhǔn)有無描述有無描述微觀粒子微觀粒子運(yùn)動(dòng)的方運(yùn)動(dòng)的方法？法？運(yùn)動(dòng)：統(tǒng)運(yùn)動(dòng)：統(tǒng)計(jì)性計(jì)性能量：量能量：量子化子化知識(shí)背景測(cè)不準(zhǔn)原理 波函數(shù) 222222228()0mEVxyzh薛定諤方程薛定諤方程反應(yīng)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律反應(yīng)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律, 其合理解即為一系列其合理解即為一系列波函數(shù)波函數(shù)和對(duì)應(yīng)的能量和對(duì)應(yīng)的能量 E ; 波函數(shù)波函數(shù) = 薛定諤方程的合理解薛定諤方程的合理解 = 原子軌道原子軌道 波函數(shù)波函數(shù)不是具體的數(shù)值不是

3、具體的數(shù)值, 而是包括三個(gè)常數(shù)而是包括三個(gè)常數(shù) (n, l, m)和三個(gè)變量和三個(gè)變量(x, y, z)的函數(shù)式的函數(shù)式n, l, m (x, y, z) ;薛定諤方程薛定諤方程19261926年，奧地利物理學(xué)家薛定諤（年，奧地利物理學(xué)家薛定諤（Schodinger)Schodinger)提出一個(gè)方程，提出一個(gè)方程，波函數(shù) 11電子云| |2描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的四個(gè)量子數(shù))(6 .132evnE1、主量子數(shù)主量子數(shù) n 在氫原子或類氫離子中，電子的能量完全由主量子數(shù)在氫原子或類氫離子中，電子的能量完全由主量子數(shù) n 決定。決定。 主量子數(shù)是描述主量子數(shù)是描述核外電子層距離核的遠(yuǎn)近核外電子層距離核

4、的遠(yuǎn)近；電子層離核由近到遠(yuǎn)分別用數(shù)值電子層離核由近到遠(yuǎn)分別用數(shù)值n=1,2,3,n=1,2,3,；n n是決定原子中電子能量高低的主要因素。是決定原子中電子能量高低的主要因素。 描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的四個(gè)量子數(shù)1、主量子數(shù)主量子數(shù) n n1234567電子層名稱第一層第二層第三層第四層第五層第六層第七層電子層符號(hào)KLMNOPQ2、角量子數(shù)角量子數(shù) l描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和能量描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和能量 （取從（取從0到到n-1的正整數(shù)）的正整數(shù)）描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的四個(gè)量子數(shù)n1234l00，10，1，20，1，2，3l0123亞層符號(hào)spdf原子軌道圓球形啞鈴形花瓣形花瓣形lm軌道數(shù)軌道數(shù) 0(s

5、) 1(p) 2(d) 3(f) 0 1 0 1 2 1 0 1 2 3 2 1 0 1 2 31357n和和l相同，但相同，但m不同的各原子軌道的不同的各原子軌道的能量相同能量相同，稱為，稱為簡(jiǎn)并軌道簡(jiǎn)并軌道或或等價(jià)軌道等價(jià)軌道3、磁量子數(shù)磁量子數(shù) m 磁量子數(shù)磁量子數(shù)m決定原子軌道在空間的取向決定原子軌道在空間的取向 m的取值受的取值受l的限制（的限制（取從取從-l到到+l ，包括，包括0在內(nèi)的整數(shù)值在內(nèi)的整數(shù)值）：）： m ， l ，共可取共可取 l 1個(gè)值。個(gè)值。 描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的四個(gè)量子數(shù) p 軌道軌道(l = 1, m = +1, 0, -1) m 三種取值三種取值, 三種取向三

6、種取向, 三條等價(jià)三條等價(jià)(簡(jiǎn)并簡(jiǎn)并) p 軌道軌道xzy+_pyxyz+_px+_zyx+_pz_描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的四個(gè)量子數(shù)zxy+_-dxy-x yz+-2Zd-z+_dzxx_+y描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的四個(gè)量子數(shù)zy+-dx2+y2x_d 軌道軌道(l = 2, m = +2, +1, 0, -1, -2) : m 五五種取值種取值, 空間五種取向空間五種取向, 五條等價(jià)五條等價(jià)(簡(jiǎn)并簡(jiǎn)并) d 軌道軌道zxy+_dyz4、 自旋量子數(shù)自旋量子數(shù) ms 描述電子繞自軸旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)描述電子繞自軸旋轉(zhuǎn)的狀態(tài) ms 取值取值+1/2和和-1/2，分別用，分別用和和表示表示描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的四個(gè)量子

7、數(shù)主量子數(shù)（n）1234電子層符號(hào)角量子數(shù)（l）電子亞層符號(hào)磁量子數(shù)（m）亞層軌道數(shù)（2l+1） 電子層軌道數(shù)n2四量子數(shù)之間關(guān)系四量子數(shù)之間關(guān)系在同一電子層中電子能量還有微小的差異，根據(jù)這在同一電子層中電子能量還有微小的差異，根據(jù)這些差別把一個(gè)電子層分為一個(gè)或多個(gè)電子亞層。些差別把一個(gè)電子層分為一個(gè)或多個(gè)電子亞層。K 層層只包含一個(gè)只包含一個(gè)s亞層；亞層；L層包含層包含s和和p兩個(gè)亞層；兩個(gè)亞層；M層包含層包含s、p、d三個(gè)亞層；三個(gè)亞層；N層包含層包含s、p、d、f四個(gè)亞層。四個(gè)亞層。主量子數(shù)（n）1234電子層符號(hào)角量子數(shù)（l）電子亞層符號(hào)磁量子數(shù)（m）亞層軌道數(shù)（2l+1） 電子層軌道

8、數(shù)n2四量子數(shù)之間關(guān)系主量子數(shù)（n）1234電子層符號(hào)KLMN角量子數(shù)（l）0010120123電子亞層符號(hào)1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f磁量子數(shù)（m）000000000011 11112223亞層軌道數(shù)（2l+1） 1131 351357電子層軌道數(shù)n214916四量子數(shù)之間關(guān)系P4表1-133-112 142 343 2例例1nlm 例例2 1s電子的各個(gè)量子數(shù)各為多少？電子的各個(gè)量子數(shù)各為多少？解解：1s電子電子 n,s12或或s12四量子數(shù)之間關(guān)系n l |m|Ms = n1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6 n=7 周期周期 K L M N O P Q 能級(jí)組能級(jí)組

9、7654321能量能量1s2p2s3p3s4p3d4s5p4d5s6p5d4f6s7p6d5f7s鮑林近似能級(jí)圖鮑林近似能級(jí)圖核外電子排布三原則1、泡利不相容原理泡利不相容原理 同一個(gè)原子中，同一個(gè)原子中，不可能存在四個(gè)量子數(shù)完全相同不可能存在四個(gè)量子數(shù)完全相同的兩個(gè)電的兩個(gè)電子，即每個(gè)子，即每個(gè)原子軌道中最多只能容納自旋相反的兩個(gè)電子原子軌道中最多只能容納自旋相反的兩個(gè)電子，稱，稱為為泡利（泡利（Pauli)不相容原理不相容原理。 根據(jù)根據(jù)Pauli不相容原理可以知道，各電子層最多能容納的不相容原理可以知道，各電子層最多能容納的電子數(shù)為電子數(shù)為2n2 ，各亞層最多可容納的電子數(shù)為，各亞層最多

10、可容納的電子數(shù)為 2(2l + 1)個(gè)，即個(gè)，即 s、p、d、f 各亞層的電子數(shù)分別為各亞層的電子數(shù)分別為 2、 6、10、14 。 2、能量最低原理能量最低原理 電子在原子軌道上的排布，將盡可能先地進(jìn)入電子在原子軌道上的排布，將盡可能先地進(jìn)入能量最低能量最低的的軌道，然后再按原子軌道近似能級(jí)的次序，依次向能量較高的軌道，然后再按原子軌道近似能級(jí)的次序，依次向能量較高的能級(jí)填充，使整個(gè)體系能量最低，最穩(wěn)定。能級(jí)填充，使整個(gè)體系能量最低，最穩(wěn)定。3、洪德（洪德（Hund）規(guī)則）規(guī)則 在在能量相同能量相同的軌道的軌道 ( 等價(jià)軌道、等價(jià)軌道、簡(jiǎn)并軌道簡(jiǎn)并軌道 )上分布的電子，上分布的電子，將將盡可

11、能分占不同的軌道并且自旋方向相同盡可能分占不同的軌道并且自旋方向相同。 作為洪特規(guī)則的特例，等價(jià)軌道在作為洪特規(guī)則的特例，等價(jià)軌道在全充滿全充滿、半充滿半充滿和和全空全空時(shí)，原子比較穩(wěn)定。時(shí)，原子比較穩(wěn)定。核外電子排布三原則（續(xù)）核外電子排布的表示方法XneAzA:質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)中子數(shù)Z:原子序數(shù)原子序數(shù)=質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù)e:電荷數(shù)，正負(fù)號(hào)后置電荷數(shù)，正負(fù)號(hào)后置n:原子數(shù)目原子數(shù)目根據(jù)上述三條原理、規(guī)則，就可以根據(jù)上述三條原理、規(guī)則，就可以確定大多數(shù)元素的基態(tài)原子中電子確定大多數(shù)元素的基態(tài)原子中電子的排布情況。的排布情況。電子分布式電子分布式 按電子在原子核外各按電子在原子核外

12、各亞層中分布的情況，在亞層中分布的情況，在亞層符號(hào)的亞層符號(hào)的右上角注明排列的電子數(shù)右上角注明排列的電子數(shù)。Al131262233221pspssBr3552106262244333221psdpspss核外電子排布的表示方法備注：備注：（1 1）等價(jià)軌道在全充滿、半充滿）等價(jià)軌道在全充滿、半充滿或全空時(shí)比較穩(wěn)定?；蛉諘r(shí)比較穩(wěn)定。2929CuCu、2424CrCr（2 2）核外電子的分布）核外電子的分布 a a、原子的最外層電子最多只、原子的最外層電子最多只能容納能容納8 8個(gè)電子（第一電子層只能個(gè)電子（第一電子層只能容納容納2 2個(gè)電子）；個(gè)電子）；b b、次外電子層最、次外電子層最多只能容納多只能容納1818個(gè)電子；個(gè)電子；c c、原子的、原子的外數(shù)第三次最多只能有外數(shù)第三次最多只能有3232個(gè)電子。個(gè)電子。核外電子排布的表示方法（3 3）為簡(jiǎn)化電子結(jié)構(gòu)式的書寫，通常將內(nèi)層已達(dá)到稀有氣體電子）為簡(jiǎn)化電子結(jié)構(gòu)式的書寫，通常將內(nèi)層已達(dá)到稀有氣體電子層結(jié)構(gòu)的部分用層結(jié)構(gòu)的部分用稀有氣體的元素符號(hào)加上方括號(hào)稀有氣體的元素符號(hào)加上方括號(hào)表示，稱為表示，稱為原子實(shí)原子實(shí)。核外電子排布的表示方法Br35521062