多电子原子的能级与核外电子排布课件.ppt

1、XIAN JIAOTONG UNIVERSITY1.2 原子核外电子的排布和元素周期律原子核外电子的排布和元素周期律1.2.1 多电子原子中轨道的能级多电子原子中轨道的能级1.2.2 核外电子排布的规则与核外电子排布的规则与核外电子构型核外电子构型 能量最低原理能量最低原理 Pauli(泡利）不相容原理泡利）不相容原理 Hund(洪特洪特)规则规则1.2.3 原子结构与元素周期表的关系原子结构与元素周期表的关系1.2.4 元素性质变化的周期性元素性质变化的周期性XIAN JIAOTONG UNIVERSITY单电子体系，单电子原子的能级公式为单电子体系，单电子原子的能级公式为42222220Z

2、E13.6eV8neZhn 单电子体系中，轨道单电子体系中，轨道(或轨道上的电子或轨道上的电子)的能量，的能量，只由主量子数只由主量子数 n 决定。决定。n 相同的轨道，能量相同相同的轨道，能量相同：E 4 s =E 4 p =E 4 d =E 4 f 且且 n 越大能量越高越大能量越高：E 1 s E 2 s E 3 s E 4 s 多电子体系中，电子不仅受到原子核的作用，而多电子体系中，电子不仅受到原子核的作用，而且受到其余电子的作用。多电子体系中，能量不只由且受到其余电子的作用。多电子体系中，能量不只由主量子数主量子数 n 决定。决定。1.2.1 多电子原子中轨道的能级多电子原子中轨道的

3、能级XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 实际上受到的引力已经不会恰好是实际上受到的引力已经不会恰好是+3，受到的，受到的斥力也不会恰斥力也不会恰 好是好是 2。1.屏蔽效应和钻穿效应屏蔽效应和钻穿效应2.能级交错和能级分裂能级交错和能级分裂多电子原子的能级多电子原子的能级XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 外层的一个电子就相当于处在单电子体系中。中和外层的一个电子就相当于处在单电子体系中。中和后的核电荷后的核电荷 Z 变成了有效核电荷变成了有效核电荷 Z*。Z*有效核电荷；有效核电荷；Z 核电荷；核电荷；屏蔽常数。屏蔽常数。Z*=Z 电子之间的排斥相当于部分抵消了核

4、对电子的吸引，电子之间的排斥相当于部分抵消了核对电子的吸引，这种作用被称为这种作用被称为屏蔽效应。屏蔽效应。屏蔽效应的结果使电子能量屏蔽效应的结果使电子能量升高。升高。1.屏蔽效应屏蔽效应XIAN JIAOTONG UNIVERSITYeVn)(Z13.6E22eV,nZ13.6E22*多电子原子核外电子的能量：多电子原子核外电子的能量：受到屏蔽作用的大小，因电子的角量子数受到屏蔽作用的大小，因电子的角量子数 l 的的不同而不同。不同而不同。4s，4p，4d，4f 受到其它电子的屏受到其它电子的屏蔽作用依次增大，故有蔽作用依次增大，故有 E 4 s E 4 p E 4 d np nd nf 能

5、级分裂结果：Ens Enp End Enf l愈小的轨道径向分布函数的个数愈多，第一个峰钻得愈深，离核愈近。l 钻穿结果降低了其它电子对它的屏蔽作用，起到了钻穿结果降低了其它电子对它的屏蔽作用，起到了增加有效核电荷，降低轨道能量的作用。电子钻穿增加有效核电荷，降低轨道能量的作用。电子钻穿得愈靠近核，电子的能量愈低。得愈靠近核，电子的能量愈低。l 钻穿效应的存在不仅能引起轨道能级的分裂，而且钻穿效应的存在不仅能引起轨道能级的分裂，而且还导致能级的交错。还导致能级的交错。XIAN JIAOTONG UNIVERSITY(1)当当l 相同，相同，n不同时，不同时，n愈大。则能级愈高。愈大。则能级愈高

6、。E 1 s E2s E 3S E 4S(2)当当n 相同，相同，l 不同时，不同时，l 愈大。则能级愈高。愈大。则能级愈高。E 4 s E 4 p E 4 d r 共共 因金属晶体中的原子轨道无重叠。因金属晶体中的原子轨道无重叠。3.金属半径金属半径金属晶体中，金属原子被视为刚性球体，彼此金属晶体中，金属原子被视为刚性球体，彼此相切，其核间距的一半，为金属半径。相切，其核间距的一半，为金属半径。讨论原子半径的变化规律时，经常采用共价半径。讨论原子半径的变化规律时，经常采用共价半径。XIAN JIAOTONG UNIVERSITY4.周期表中原子半径的变化规律周期表中原子半径的变化规律 当当

7、d5，d10，f7，f14 半充满和全充满时，半充满和全充满时，占主导占主导地位，原子半径地位，原子半径 r 增大增大 核电荷数核电荷数 Z 增大，对电子吸引力增大，使得原增大，对电子吸引力增大，使得原子半径子半径 r 有减小的趋势。有减小的趋势。核外电子数增加，电子之间排斥力增大，使得核外电子数增加，电子之间排斥力增大，使得原子半径原子半径 r 有增大的趋势。有增大的趋势。以以 为主。即同周期中从左向右原子半径减小。为主。即同周期中从左向右原子半径减小。同周期中同周期中 从左向右，在原子序数增加的过程中，两从左向右，在原子序数增加的过程中，两个因素影响原子半径的变化个因素影响原子半径的变化X

8、IAN JIAOTONG UNIVERSITYXIAN JIAOTONG UNIVERSITY 同族中同族中，从上到下，有两种因素影响原子半径的变，从上到下，有两种因素影响原子半径的变化趋势化趋势 核电荷核电荷 Z 增加许多，对电子吸引力增大，增加许多，对电子吸引力增大，使使 r 减小减小 核外电子增多，增加一个电子层，使核外电子增多，增加一个电子层，使 r 增大增大 主族元素主族元素 Li 123 pm Na 154 pm K 203 pm Rb 216 pm Cs 235 pmr r 增大增大 起主导作用。同族中，从上到下，原子半径增大起主导作用。同族中，从上到下，原子半径增大XIAN J

9、IAOTONG UNIVERSITY副族元素副族元素 Ti V Cr r/pm 132 122 118 Zr Nb Mo 145 134 130 Hf Ta W 144 134 130 第二过渡系列比第一第二过渡系列比第一过渡系列原子半径过渡系列原子半径r增大增大 1213 pm。第三过渡系列和第二第三过渡系列和第二过渡系列原子半径过渡系列原子半径 r r 相相近或相等近或相等。这是镧系收缩。这是镧系收缩的影响结果。的影响结果。XIAN JIAOTONG UNIVERSITY二二 电离能电离能某元素某元素 1 mol 基态气态原子，失去最高能级的基态气态原子，失去最高能级的 1 个个电子，形成

10、电子，形成 1 mol 气态阳离子气态阳离子(M+)所吸收的能量，叫所吸收的能量，叫这种元素的第一电离能这种元素的第一电离能 (用用 I1 表示表示)。M(g)M+(g)+e H =I1 电离能经常以电离能经常以 1 mol 原子为单位进行计算，所原子为单位进行计算，所以电离能的物理学单位是以电离能的物理学单位是 kJmol1。M+(g)M2+(g)+e H =I2 用类似的方法定义用类似的方法定义 I3，I4，In。各级电离能的大小顺序是：各级电离能的大小顺序是：I1 I2 I3 I4 I5 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY同周期从左到右，电离能逐渐增加同周期从左到右，电离能

11、逐渐增加 为何为何 B Be，O N？XIAN JIAOTONG UNIVERSITY(2)同族中同族中同族中自上而下，元素的电离能减小。同族中自上而下，元素的电离能减小。为何？为何？电离能的大小主要取决于：电离能的大小主要取决于：l原子的核电荷原子的核电荷l原子半径原子半径l原子的电子层结构原子的电子层结构XIAN JIAOTONG UNIVERSITY思考题 Li Be B C N O F NeI2 1475 421 581 564 684 812 808 949 从左到右，总的趋势是逐渐增大，但从左到右，总的趋势是逐渐增大，但 Li+（2s），），B+（2s2），），O+（2P3）格外大

12、，为什么？格外大，为什么？XIAN JIAOTONG UNIVERSITY三、三、电子亲合能电子亲合能 电子亲合能定义为形成负离子时所放出的能量，所电子亲合能定义为形成负离子时所放出的能量，所以电子亲合能以电子亲合能 E 的符号与过程的的符号与过程的 H 的符号相反。的符号相反。1 mol 某元素的基态气态原子，得到某元素的基态气态原子，得到 1mol 电子，形电子，形成气态负离子成气态负离子(M )时所放出的能量，叫该元素的第时所放出的能量，叫该元素的第一电子亲合能，用一电子亲合能，用 E1 表示。同样有表示。同样有 E2，E3，E4 例例 F(g)+e =F(g)H=322 kJmol 1

13、，则则 E1=H =322 kJmol 1 XIAN JIAOTONG UNIVERSITY第一电子亲合能在周期表中的变化第一电子亲合能在周期表中的变化XIAN JIAOTONG UNIVERSITY四、元素的电负性四、元素的电负性 电离能电离能 I I，表示元素的原子失去电子，形成正离表示元素的原子失去电子，形成正离子的能力的大小；子的能力的大小；电子亲合能电子亲合能 E E，表示元素的原子得到电子，形成表示元素的原子得到电子，形成负离子的能力的大小。负离子的能力的大小。在许多反应中，并非单纯的电子得失，单纯的形成在许多反应中，并非单纯的电子得失，单纯的形成离子。而是电荷的部分转移，或者说是

14、电子的偏移。因离子。而是电荷的部分转移，或者说是电子的偏移。因而应该有一个量，综合考虑电离能和电子亲合能。而应该有一个量，综合考虑电离能和电子亲合能。1932年，年，Pauling 提出了电负性的概念，电负性表提出了电负性的概念，电负性表示一个元素的原子在分子中吸引电子的能力。并规定氟示一个元素的原子在分子中吸引电子的能力。并规定氟的电负性约为的电负性约为 4.0，其它元素与氟相比，得出相应数据，其它元素与氟相比，得出相应数据XIAN JIAOTONG UNIVERSITY同周期中，自左向右，电负性变大，元素的非金属性增强同周期中，自左向右，电负性变大，元素的非金属性增强同族中，自上而下，电负

15、性变小，元素的金属性增强同族中，自上而下，电负性变小，元素的金属性增强一般认为一般认为 X 2.0 为非金属。为非金属。XIAN JIAOTONG UNIVERSITY电负性值是一个相对值，没有单位。电负性值是一个相对值，没有单位。电负性呈周期性变化，同一周期，从左至右依电负性呈周期性变化，同一周期，从左至右依次增大，同一族中，从上到下，依次减小。过渡元次增大，同一族中，从上到下，依次减小。过渡元素的电负性值无明显规律。素的电负性值无明显规律。电负性除判断元素的金属性和非金属性的强弱电负性除判断元素的金属性和非金属性的强弱外，对于判断化学键的极性，对理解化学键的反应外，对于判断化学键的极性，对理解化学键的反应和性质都有重要的作用。和性质都有重要的作用。XIAN JIAOTONG UNIVERSITY作业作业课后课后 2,4,5,8,10