無機化學課件——第1章原子結構與元素周期律

1、邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,教學基本要求,1、了解Bohr的原子結構理論,熟悉雷德寶的測不準原理 2、了解波粒二象性、熟悉波函數和概率密度3、掌握4個量子數；熟悉原子軌道的角度分布圖、徑向分布函數圖的意義和特征4、熟悉近似能級；掌握Paili不相容原理、 能量最低原理、Hund規則和電子組態5、掌握電子組態與元素周期表的關系熟悉原子半徑、電負性的變化規律,第1章 原子結構和元素周期律,邢臺學院化學系無

2、機化學教學課件,2009年11月,1.連續光譜(continuous spectrum) 太陽光或白熾燈發出的白光（復合光），通過玻璃三棱鏡時，所含不同波長的光可折射成紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等沒有明顯分界線的光譜，這類光譜稱為連續光譜。（白熾的固體、液體、高壓下的氣體等）,1-1氫原子光譜和玻爾理論,1-1-1氫原子光譜,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月

3、,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,2. 氫原子光譜 (line spectrum) 原子激發時得到的光譜是一種不連續的光譜即所謂的線狀光譜或原子光 譜。每種元素都有自己的特征線狀光譜。,氫原子光譜實驗示意,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,由圖可見，H原子受激發射所得光譜是不連續的線狀光譜，可見光區有四條譜線，四條譜線有一定的規律。四條譜線的波長符合Balmer經驗公式。,氫原子光譜如下圖所

4、示。,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,當n= 3 4 5 6 ↓ ↓ ↓ ↓ λ 656.3 486.1 434.

5、0 410.對應氫光譜中 H?、 H?、 H?、 H? 、 Balmer線系 紅 綠 藍 紫,另外，當 n1取不同的值時可以得到不同的線系，如紫外的賴曼線系（ n1 =1， n2：2，3，4 …），近紅外布喇開線系等。,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,1、普朗克理論要點：物質對能量的吸收

6、和發射都是不連續的。這種不連續的能量稱為量子化。即物質吸收和發射的能量是一份一份的，有個最小單位。在能量發射過程中能量只可以是這個最小單位的整數倍。這個不連續的能量最小單位稱為光量子簡稱光子。 其能量的大小為：E=hv，h為普朗克常數h =6.626×10-34J·S，v為光的頻率. 能量量子化是微觀領域的重要特征.,1-1-2 玻爾理論,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,要點：(

7、1)電子沿特定軌道繞核運動，不吸收也不輻射能量，稱為定態。 其角動量符合：,(2)基態時能量低穩定： n=1時能量最低，為基態，其它能量較高的狀態都稱為激發態。電子通常是穩定存在.,2、玻爾理論,軌道能量稱為能級。,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,當電子的能量由一個能級改變到另一個能級，稱為躍遷。 躍遷所吸收或輻射光子的能量等于躍遷前后能級的能量差：ΔE = hν = E2 –E1 或,(

8、3) 電子盡可能處于能量最低的軌道,普朗克常量 h = 6.626×10-34 J·s， ν是光子頻率。,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,3、Bohr 的優缺點 Bohr運用量子化觀點，成功地解釋了氫原子的穩定性和不連續光譜。但未能沖破經典物理學的束縛，不能解釋多電子原子光譜，甚至不能說明氫原子光譜的精細結構。Bohr理論屬于舊量子論。電子等微觀粒子的運動不遵守經典物理學規律，必須用量

9、子力學方法來描述。,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,光子既有波動性又有粒子性，稱為波粒二象性（particle-wave duality）。光作為電磁波，有波長λ或頻率ν，能量E=n hν光子作為粒子，又有動量p=mc運用Einstein方程式 E=mc2 及ν=c/λ，得到λ= h/mc,1-2 -1 電子的波粒二象性,1-2 微觀粒子運動的波粒二象性,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11

10、月,1924年，Louis de Broglie認為：質量為 m ，運動速度為v 的粒子，相應的波長為：,2.電子的波粒二象性,1927年，Davisson和Germer應用Ni晶體進行電子衍射實驗，證實電子具有波動性。即電子具有波粒二象性。同樣其他運動著的微觀粒子也同樣具有波粒二象性。,λ=h/mv=h/p，h=6.626×10-34J·s，Plank常量,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,電子衍

11、射實驗示意圖,結論： 微粒的波粒二象性(Louis de Broglie,1924) ? = h /P = h / m?,1,微觀粒子，不能同時準確測量其位置和動量測不準關系式： ? x －粒子的位置不確定量 ?? －粒子的運動速度不確定量例1: 對于 m = 10 克的子彈，它的位置可精確到?x ＝ 0.01 cm,其速度測不準情況為：

12、 ?? = 6.62×10-27 / 2× 3.14× 0.01×10 =10-26 m ·S-1,1-3-1 不確定原理(Werner Heisenberg, 1926),1-3 核外電子運動狀態的描述,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,?? = 6.62×10-27 / 2×3.14 ×9.1110-28×10-1

13、1 = 1011cm ·S-1 速度不準確程度過大,例2: 對于微觀粒子如電子, m = 9.11 ? 10-31 Kg, 半徑 r = 10-10 m，則?x至少要達到10-11 m才相對準確，則其速度的測不準情況為：,∴若m非常小，則其位置與速度是不能同時準確測定的。,測不準原理可以很好的反映微觀粒子的運動特征，但對于宏觀物體來說不適應。它使我們對微觀世界有了更全面的認識。,邢臺學院化學系無機化學教

14、學課件,2009年11月,Erwin Schrodinger , 奧地利物理學家,1-3-2 薛定諤方程,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,,(1) 薛定諤方程(1926)?－量子力學中描述核外電子 在空間運動的數學函數式，即原子軌道 用?(x,y,z) 波函數表示。 E－軌道能量（動能與勢能總和 ）m—微粒質量，V —勢能，h—普朗克常數x,y, z 為微粒的空間坐標,邢臺學院化學系無機化學教學課件,

15、2009年11月,偏微分方程的解則是一組多變量函數。 在原子體系中薛定諤方程解是一個包含三個常數項的三個變量的函數。通常表示為?ｎ,ｌ,ｍ（ｘ，ｙ，ｚ），用 ?來描述電子運動狀態的波函數（有時是波函數的線性組合），在量子力學上叫做原子軌道。它可以表示核外電子的運動狀態。每一組特定的ｎ、ｌ、ｍ都同時對應一個原子軌道 ?n，l，m（x，y，z），對應著電子在核外的一種運動狀態。在量子力學中把三個特定的常數稱為量子數。

16、是薛定諤方程有合理解的必要條件。這三個量子數分別為主量子數ｎ，角量子數ｌ和磁量子數ｍ。,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,(1)主量子數 n 取值 1， 2， 3， 4 … … n 為正整數 ( 自然數 ) ， 光譜學上用 K，L，M， N … … 表示 。,單電子體系，電子的能量由 n 決定,E 電子能量，Z 原

17、子序數， eV 電子伏特，能量單位，1 eV = 1.603 ? 10－19 J,同一個原子中, n 相同時的電子在離核平均距離相近的空間范圍運動,2 量子數的概念,意義 表示電子在核外出現幾率最大的區域離核的遠近，或者說是電子所在的電子層數。n =1 表示第一層 ( K 層 ) ，離核最近。 n 越大離核越遠，電子的能量越高。,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,對于 H 原子

18、 n = 1 E = － 13.6 eV n = 2 E = － 3.40 eV … … n ? ? E = 0 即自由電子，其能量最大，為 0 。,電子能量是量子化的：主量子數 n只能取 1，2，3，4 等自然數，故能量只有不連續的幾種取值，即能量是量子化的。,(2)角量子數 l 取值 受主量子數

19、n 的限制， 對于確定的主量子數 n ，角量子數 l ： 0，1，2，3，4 … … ( n － 1 ) ，有 n 個取值，光譜學符號 s，p，d，f， g … … 表示 。,如 n = 3， 角量子數 l 可取 0， 1， 2 共三個值， 依次表示為 s， p， d 。,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,

20、意義：角量子數 l 決定原子軌道或電子云的形狀 。例如 n = 4 時，l 有 4 種取值，就是說核外第四層有 4 種形狀不同的原子軌道或電子云形狀： l = 0 表示 s 軌道，形狀為球形，即 4 s 軌道； l = 1 表示 p 軌道，形狀為啞鈴形， 4 p 軌道； l = 2 表示 d 軌道，形狀為花瓣形， 4 d

21、 軌道； l = 3 表示 f 軌道，形狀更復雜， 4 f 軌道。,由此可知，在第四層上，共有 4 種不同形狀的軌道。同層中 ( 即 n 相同 ) 不同形狀的軌道稱為亞層，就是說核外第四層有 4 個亞層。其能量的大小為Ｅ4s ＜Ｅ4p ＜Ｅ4d ＜Ｅ4f 但對于單電子原子Ｈ，則Ｅ4s ＝Ｅ4p ＝Ｅ4d ＝Ｅ4f 注：不論n 是否相同，只要 l相同則軌道的形狀就相同。,邢臺學院

22、化學系無機化學教學課件,2009年11月,取值 受角量子數 l 的影響 ，對于給定的 l ， m 可?。?0，? 1，? 2，? 3， … … ， ? l 。 共 2 l + 1 個值。磁量子數和角量子數一起確定空間運動狀態數（軌道數）:,意義： m 決定原子軌道的空間取向。 n 和 l 一定的軌道，軌道就確定。如 2 p 軌道（ n = 2 ，l = 1 ）在空間有三個不同的軌道即三種不同的取向(見下圖

23、)。,l m 空間運動狀態數0 0 s軌道,一個1 +1, 0, -1 p軌道,三個2

24、 +2,+1,0,-1,-2 d軌道,五個3 +3,+2,+1,0,-1,-2,-3 f 軌道,七個,(3)磁量子數 m,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,每一種 m 的取值，對應一種空間取向。,m 的不同取值，或者說原子軌道的不同空間取向，一般不影響能量。3 種不同取向的 2 p 軌道

25、能量相同。我們說這 3 個原子軌道是能量簡并軌道，或者說 2 p 軌道是 3 重簡并的。,而 3 d 則有 5 種不同的空間取向， 3 d 軌道是 5 重簡并的。,m取值 -1 +1 0,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,n, l,

26、 m 一定，軌道也就確定,0 1 2 3 …軌道 s p d f …例如: n =2， l =0， m =0， 2s n =3， l =0， m =0， 3s

27、 n =3， l =1， m =0， 3pz n =3， l =2， m =0， 3dz2,思考題：當n為3時, l ,m 分別可以取何值？軌道的名稱怎樣?,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,(4)自旋量子數 ms 電子既有圍繞原子核的旋轉運動，也有自身的旋轉，這種自身的旋

28、轉稱為電子的自旋，用ms表示。,m s 的取值只有兩個，+ 1/2 和 － 1/2 。電子的自旋方式只有兩種，通常用 “ ? ” 和 “ ? ” 表示。,所以，描述一個電子的運動狀態，要用四個量子數：,n ， l ， m ， ms,同一原子中，沒有四個量子數完全相同的兩個電子存在。因為即使所處的軌道相同但自旋方向不同，則運動狀態也不同。 根據四個量子數的取值規則，可以推出每一電子層中可容納的電子總數為2n2.見下表,

29、邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,例 用四個量子數描述 n= 4，l = 3 的所有電子的運動狀態。,解：l = 3 對應的有 m = 0，? 1，? 2，? 3， 共 7 個值。即有 7 條軌道，符號4f。每條軌道中容納兩個自旋量子數分別為 + 1/2 和 －1/2 的自旋方向相反的電子，所以有 2 ? 7 = 14 個運動狀態不同的電

30、子。分別用 n ，l ， m， m s 描述如下：,n ， l ， m， m s 4 3 0 1/2 4 3 －1 1/2 4 3 1 1/2 4

31、 3 －2 1/2 4 3 2 1/2 4 3 －3 1/2 4 3 3 1/2,n ， l ， m， m s 4 3

32、 0 －1/2 4 3 －1 －1/2 4 3 1 －1/2 4 3 －2 －1/2 4 3 2 －1/2 4 3 －3

33、 －1/2 4 3 3 －1/2,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,例2： (1) n = 3的原子軌道可有哪些軌道？角動量量子數和磁量子數？該電子層有多少原子軌道？ (2) Na原子的最外層電子處于3s亞層，試用n、l、 m 、 s 量子數來描述它的運動狀態。解 (1) 當 n = 3，l =

34、 0，1，2； 當 l = 0，m = 0； 當 l = 1，m = -1，0，+1； 當 l = 2，l = -2，-1，0，+1，+2； 共有9個原子軌道。 (2) 3s亞層的n = 3、l = 0、m = 0，電子的運動狀態可表示為3，0，0，+1/2（或- 1/2 ）。,,,,邢臺

35、學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,波函數ψn,l,m(x,y，z）坐標換算 ψn,l,m(r，θ，φ）變量分離可以分解為函數R n,l (r)和Yl ,m(θ,φ)的積： ψn,l,m(r,θ,φ)= Rn,l(r)·Yl,m(θ,φ) Rn,l(r)稱為徑向波函數，它是電子與核的距離r 的函 數，與n 和 l 有關。,3. 波函數的空間圖象,Yl,m(θ,φ)稱為角度波

36、函數，它是方位角θ和φ的函 數，與l和m有關，表達電子在核外空間的取向。,,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,(1)徑向分布函數圖 （Dn,l(r)-r圖） 電子的徑向分布指R(r)隨原子半徑的變化情況。 考慮距核為r，厚度為△r的球殼上電子出現的概率，如右圖。球殼薄層的體積為4∏r2· △r，所以球殼薄層電子的概率為4∏r2· △r |? |2 ，單位球殼薄層電子的

37、概率為4∏r2· |? |2 ， 令D(r)= 4∏r2· |? |2 ，以D(r) 對r 作圖就可以得到各種運動狀態的徑向分布圖 。,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,(1) 1s 有 1 個峰， 2s 有 2 個峰， 3s 有 3 個峰 … … ns 有 n 個峰； np 有 ( n － 1 ) 個峰； nd 有 ( n

38、 － 2 ) 個峰 … … 幾率峰的數目的規律是：幾率峰的數目 = n － l 。,在幾率峰之間有幾率為零的節面。節面的數目有規律：,節面(點)的數目 = n － l －1 。,(2)電子是按層分布的: 2s，2p 的最強幾率峰比 1s 的最強峰離核遠些，屬于第二層；3s，3p，3d 的最強幾率峰比 2s，2p 的最強峰離核又遠些，屬于第三層 … … 。 如果說核外電子是按層分布的話，其意義應與徑向幾率分布

39、有關。,,從波函數的徑向分布圖可以看出：,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,結論： （1） 在基態氫原子中電子概率的極大值在r＝a0（52.9pm）處，a0稱為玻爾半徑。 （2）核附近概率密度雖大，但r極小，體積幾乎為零，概率也小得為零。 （3）徑向分布函數圖有(n- l)個峰。n一定時，l 越小，峰越 多，電子在核附近出現的可能性越大。例如，4s的第一個 峰甚至鉆到比3d的主峰離核更近的距離之

40、內去了。外層電 子也可以在內層出現，這也反映了電子的波動性。,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,（2）角度分布圖：角度波函數的圖形，描繪Yl,m(θ,φ)值隨方位角改變而變化的情況。,,氫原子的一些波函數,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,s軌道的角度波函數是常數。離原子核(原點)距離相同的點函數值處處相等(a)，這些點形成球面，球面所在球體就是s軌道圖形(b)。概率密度的角度部分Y2l,m

41、圖形也是一個球形(c)。,a,b,c,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,p軌道的角度波函數的值隨θ和φ的改變而改變，如pz，Ypz=√3/4πcosθ。據cosθ值繪出雙波瓣圖形。每波瓣為一球體，沿z軸伸展。在xy平面上下，波函數值相反，平面上為零，此平面稱為節面。,,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,下圖a是三個p軌道的角度分布圖，b是電子云的角度部分。電子云圖形比相應的角度波函數圖形瘦；

42、電子云圖形兩個波瓣不再有代數符號的區別。,a,b,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,（3）d軌道有兩個節面，橄欖形波瓣。dz2負波瓣呈環，但和其它d軌道等價。dxy、dxz和dyz波瓣在45o坐標軸夾角伸展，dx2-y2和dz2 在坐標軸上伸展。共軸線的波瓣代數符號相同。電子云圖形相應比較瘦且沒有符號的區別。,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,4. 概率密度的空間分布,概率密度 電子在單

43、位體積內出現的概率。,概率與概率密度之間的關系 概率（D） = 概率密度 ? 體積（V） 。 量子力學理論證明， 概率密度 = |? |2 ，于是有 概率 D = | ? | 2 ? V,（1）電子云圖,微觀物體的運動規律服從統計規律，其運動狀態只能用統計規律來描述。,概率是電子在某一區域出現的多少或機會叫概率。概率與電子出現區域的體積有關，也與所研究區域單位體積內出現的次數（即概率密度）有關。,邢臺

44、學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,,假想將核外一個電子每個瞬間的運動狀態，進行攝影。并將這樣數百萬張照片重疊，得到如下的統計效果圖，形象地稱為電子云圖。,1s,2s,2 p,|? |2的物理意義: 即為概率密度，形象的說其對應的圖形為電子云圖形,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,2P 軌道的電子云分布圖,由上圖可知:電子云圖是概率密度 |? |2 的形象化說明。黑點密集的地方， |? |2 的值大，概率密

45、度大；反之概率密度小。 1s 電子的概率密度隨著 r 的增加單調減少.,S軌道的電子云圖形,S電子云,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,P120 圖6-6 各種電子云的輪廓圖,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,（2）概率密度分布的其他表示法,以1S為例說明,1S 態界面圖,1S 態徑向概率密度面,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,1-4 核外電子的排布,2、多電子原子的能量

46、 等于處于各能級的電子能量的總和，一般規律為:,（1） 角量子數相同，主量子數越大則軌道能級越高 E(1s) < E(2s) < E(3s) < E(4s)…… E(2P) < E(3P) < E(4P)……,1-4-1 影響軌道的能量因素,1、單電子體系 對于氫原子或類氫離子來說，核外只有一個電子，電子的能量只與主量子數有關，各組態的能量由下式計算：,,即：

47、Ens = Enp = End,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,（3）主量子數和角量子數都不同時，軌道能級的變化比較復雜，有時出現能級交錯 E(4s) < E(3d)， E(6s) < E(4f) < E(5d) < E(6p),能級交錯的主要原因,鉆穿效應和屏蔽效應,（2）主量子數相同，角量子數越大軌道能級越高 E(ns

48、) < E(np) < E(nd) < E(nf),邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,(a) 鉆穿效應 n 相同，l 不同的軌道，由于電子云徑向分布不同，電子穿過內層到達核附近以回避其他電子屏蔽的能力不同，而使電子具有不同的能量，這種由于s，p，d，f 軌道徑向分布不同而引起的能量效應（penetrating effect) 叫鉆穿效應。 s 的鉆穿效應最大，可以用鉆穿

49、效應解釋基態時E4s＜ E3d ，因此電子填充時先填4s；但當電離時因4s和3d被占據這時E3d ＜E4s，因此4s比3d先電離。f 的鉆穿效應最小。,能級交錯及原因：鉆穿越深的電子對其他電子的屏蔽越大，使不同軌道上的電子能級發生變化，ns電子能量變的更低，nd, nf 電子能量變的更高。從而引起能級上的交錯。,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,3d 與 4s軌道的徑向分布圖,邢臺學院化學系無機化學教學課件,

50、2009年11月,(b) 屏蔽效應 核外電子能級：,多電子原子中，不僅受到原子核的吸引同時也存在著電子間的相互斥力, 這種斥力相當于抵消（或削弱）核電荷的作用,引起有效核電荷的降低這種作用稱為屏蔽效應。,Z* = Z - ? ? ：屏蔽常數，,受到屏蔽作用的大小，因電子的角量子數 l 的不同而不同。,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,一般內層電子對外層電子有屏蔽作用，外層電子對內層電子的屏蔽

51、可以忽略。因此屏蔽能力 :K ＞ L ＞ M ＞ N 4s ＞4p ＞ 4d ＞4f,,電子的被屏蔽作用， K < L < M < N E 4 s < E 4 p < E 4 d < E 4 f 依次增大所以能量依次升高。具體數據見下表。,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,(c) 屏

52、蔽常數的計算(Slater)規則：(1)分組：按以下次序(1s) , (2s,2p), (3s,3p), (3d), (4s, 4p), (4d), (4f), (5s, 5p), (5d), (5f) (2) 每一小組右邊各組的電子對該組電子不產生屏蔽作用。,(3) 在(ns,np)同組中，每一個電子屏蔽同組電子為0.35/e，而1s 組內的電子相互屏蔽0.30/e.,(4) 內層(n-1)層中

53、每一個電子對外層(ns, np）上電子屏蔽為0.85/e。(5) 更內層的(n-2)層中每一個電子對外層(ns,np)上電子屏蔽為1.00/ e,(6) 當被屏蔽電子是(nd)組或(nf)組電子時，同組電子屏蔽為0.35/e，左邊各組電子屏為1.00/ e,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,例1-1 分別計算Ti原子中其他電子對一個3p電子和一個3d電子的屏蔽常數σ。并分別計算E3p和E3d。解： Ti原子的電子結

54、構為：1s22s22p63s23p63d24s2 所以σ3p=（0.35×7）+（0.85 ×8）+1 ×2=11.25 σ3d= （0.35×1）+（1.0 ×18）=18.35 E3p=-13.6 ×（22-11.25）/ 32=-174.63 ev E3d=-13.6 ×（22-18.35）/ 32=-20.13

55、 ev,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,例1-2 通過計算說明，19K的電子排布是1s2，2s2 2p6, 3s2 3p6 , 4s1而不是1s2，2s2 2p6, 3s2 3p6 , 3d1？ 解：若最后一個電子填入4S電子： Z﹡ = 19 － (0.85×8 + 1 ×10) = 2.2 相鄰內一組

56、 更內一組 E = － (2.22/ 42) ×13.6 = －4.114eV 若最后一個電子填入3d 電子： Z﹡ = 19 － ( 18 ×1) = 1 更內一組 E = － (12/ 32) ×13.6 = － 1. 51 eV 顯然，4S電子的能量比3d 電子的能量低。,邢

57、臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,1.Pauling近似能級圖,1-4-3 多電子原子的能級,,,,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,2、 F.A.Cotton能級圖:? 在Z=1時， Ens = Enp = End = Enf?能級交錯，Z = 15~20， E3d > E4s ； Z ? 21，E4s > E3d 內層原子軌道不再存在能級交錯。,Sc 排布：3d1, 4s2,

58、 而不是3d2, 4s1；電子排在4s軌道上引起的斥力比全部排在 3d 軌道上要少 4s軌道的鉆穿作用使原子總體能量更低 。,Cr：3d5, 4s1排布，是由于半充滿可使體系總能量更低。,徐光憲近似規律: ?多電子原子體系外層電子的能級與(n+ 0.7l) 有關 ，(n+ 0.7l) 值越大，能級越高；?對于原子或離子來說，能級高低基本上由主量子數確定,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,邢臺學院化學系無機化學教學

59、課件,2009年11月,電子填入軌道的次序,1.排布規則（1）能量最低原理 盡可能保持體系的能量最低。電子優先填充能量低的軌道，后填充能量高的軌道。,1- 4-4 核外電子排布的原則,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,,,（2）Pauli ( 保利 ) 不相容原理 即同一原子中沒有運動狀態完全相同的電子，即同一原子中沒有四個量子數完全相同的兩個電子。因此 每個原子軌道中只能容納兩個自旋方向相

60、反的電子。 m相同 時ms不同。,（3）Hunt ( 洪特 ) 規則 電子在能量簡并的軌道中，盡量以相同自旋方式成單排布。簡并軌道電子的方向保持一致，則體系的能量最低,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,半滿、全滿規則： 當軌道處于全滿、半滿時，原子較穩定。,N：1s2 2s2 2p3,例如：,以上幾種情況對稱性高，體系穩定。對于簡并度高的 d 、f 軌道尤其明顯；對于簡并度低的 p 軌道則不明顯。

61、,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,2、電子的排布,把電子在核外的排布情況，稱為電子構型或電子層結構。通常電子構型的表示方法有兩種,即軌道表示式和電子排布式。(1) 軌道表示法 用一個小圓圈或一個小方格代表一個軌道，在軌道下面注明該軌道的能級，在軌道中用箭頭表示電子的運動狀態。 如1S軌道中有兩個電子可表示為 3P軌道中有四個電子： 3d軌道中有5個電子,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2

62、009年11月,原子實,(2)電子排布式: 即在亞層符號前面用數字表示出主量子數，右上角用數字表示出電子數,例如,1s2,2p2,3d5,4f14,(3) 元素原子的電子排布 對于多電子原子的電子排布情況，可以用原子軌道法,也可以用 電子排布法。軌道表示法，可以表示原子序數較小的，但原子序數較大的，表示起來較麻煩，通常用電子排布式,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,1~28號元素的核外電子的排布（原子的電子層結構）

63、,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,11 Na Sodium 鈉 1s2 2s22p63s1 12 Mg Magnesium 鎂 1s2 2s22p63s2 13 Al Aluminium 鋁

64、1s2 2s22p63s23p1 14 Si Silicon 硅 1s2 2s22p63s23p2 15 P Phosphorus 磷 1s2 2s22p63s23p3 16 Si Sulfur 硫

65、 1s2 2s22p63s23p4 17 Cl Chlorine 氯 1s2 2s22p63s23p5 18 Ar Argon 氬 1s2 2s22p63s23p6,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,** 21 Sc Scan

66、dium 鈧 [Ar] 3d14s2 22 Ti Titanium 鈦 [Ar] 3d24s2 23 V Vanadium 釩 [Ar] 3d34s2,24 Cr Chromium

67、鉻 [Ar] 3d54s1,25 Mn Manganese 錳 [Ar] 3d54s2 26 Fe Iron 鐵 [Ar] 3d64s2 27 Co Cob

68、alt 鈷 [Ar] 3d74s2 28 Ni Nickel 鎳 [Ar] 3d84s2,* 19 K Potassium 鉀 [Ar] 4s1 20 Ca Calcium

69、 鈣 [Ar] 4s2,邢臺學院化學系無機化學教學課件,2009年11月,對核外電子的排布一般用能量最低原理和三條排布原則即可排布出每種元素的電子層結構,但有例外。一般≥ 55元素以光譜實驗數據為準。 有幾種比較特殊的如Ce、Pt、Pd需要記住。Cr、Cu、La；還有因亞層能量差別小電子從一亞層轉移到另一亞層46號Pd [Kr]4d104s0 ， 58號Ce[Xe]4f15d16s2 ，