主量子数n与电子层.PPTVIP

高中化学竞赛 【第四讲 原子结构与元素周期律】 【竞赛基本要求】 1、核外电子运动状态。 2、主、副族同族元素从上到下性质变化一般规律；同周期元素从左到右性质变化一般规律。原子半径和离子半径。s、p、d、ds、f 区元素的基本化学性质和原子的电子构型。 3、元素在周期表中的位置与核外电子结构的关系，对角线规则。 4、金属性、非金属性与周期表位置的关系。主、副族重要而常见元素的名称、符号及在周期表中的位置、常见氧化态及主要形态。铂系元素的概念。 【知识点击】 一、核外电子的运动状态 1、原子核外电子的运动 原子核外的电子运动状态用四个量数描述：n、l、m、m s 。 主量子数 n，n = 1, 2, 3, 4……符号： K, L, M, N, O, …… 角量子数 l，l = 0, 1, 2, 3 , ……, n－1。符号：s, p, d, f, …… 磁量子数 m，m = 0, ?±1, ? ± 2, ……, ? ± l。 当三个量子数都具有确定值时，就对应一个确定的原子轨道。如2p 就是一个确定的轨道。主量子数n与电子层对应，n = 1时对应第一层，n = 2时对应第二层，依次类推。轨道的能量主要由主量子数n决定，n越小轨道能量越低。角量子数 l和轨道形状有关，它也影响原子轨道的能量。n和l一定时，所有的原子轨道称为一个亚层，如n = 2，l = 1就是2p亚层，该亚层有3个2p轨道。n确定时，l值越小亚层的能量越低。磁量子数 m与原子轨道在空间的伸展方向有关，如2p亚层，l=1， m = 0，?1有3个不同的值，因此2p有3种不同的空间伸展方向，一般将3个2p轨道写成2px, 2py, 2pz 。   * 河南省太康县第一高级中学----乔纯杰 实验表明，电子自身还具有自旋运动。电子的自旋运动用一个量子数ms表示，ms称为自旋磁量子数。对一个电子来说，其ms可取两个不同的数值1/2或－1/2。习惯上, 一般将ms取1/2的电子称为自旋向上，表示为 + ； 将ms取－1/2的电子称为自旋向下，表示为－。实验证明，同一个原子轨道中的电子不能具有相同的自旋磁量子数ms， 也就是说，每个原子轨道只能占两个电子，且它们的自旋不同。 【核外电子可能的空间状态——电子云的形状】 s电子云（球形） p电子云，亚铃形，有三个方向 px 、 py 、pz 。 d电子云有五个方向dxy 、 dxz 、dyz 、 dx2-y2 、 dz2 （称五个简并轨道，即能量相同的轨道） 3、核外电子的排布 （1）多电子原子的能级 ①鲍林的轨道能级图 能级交错 能级分裂 鲍林根据光谱实验的结果，提出了多电子原子中原子轨道的近似能级图，图中的能级顺序是指价电子层填入电子时各能级能量的相对高低。 ②屏蔽效应和有效核电荷 在多电子原子中，一个电子不仅受到原子核的引力，而且还要受到其他电子的排斥力。这种排斥力显然要削弱原子核对该电子的吸引，可以认为排斥作用部分抵消或屏蔽了核电荷对该电子的作用，相当于使该电子受到的有效核电荷数减少了。于是有Z* = Z－σ，式中Z*为有效核电荷，Z为核电荷。σ为屏蔽常数，它代表由于电子间的斥力而使原核电荷减少的部分。我们把由于其他电子对某一电子的排斥作用而抵消了一部分核电荷，使该电子受到的有效核电荷降低的现象称为屏蔽效应。一个电子受到其他电子的屏蔽，其能量升高。 ③钻穿效应 与屏蔽效应相反，外层电子有钻穿效应。外层角量子数小的能级上的电子，如4s电子能钻到近核内层空间运动，这样它受到其他电子的屏蔽作用就小，受核引力就强，因而电子能量降低，造成E4s＜E3d。我们把外层电子钻穿到近核内层空间运动，因而使电子能量降低的现象，称为钻穿效应。钻穿效应可以解释原子轨道的能级交错现象。 【注：竞赛要求能够写出元素周期表中所有元素的电子排布式】 Z*= Z－σ 内层电子σ大；同层电子间σ小；外层电子σ= 0；对称σ大。 （2）电离能（势）I 定义：元素的气态原子在基态时失去一个电子成为一价气态正离子所需要的能量，称元素的第一电离能。例如：Al(g) 第一电离能I1= 578 kJ·mol-1；第二电离能I2=1823 kJ·mol-1； 第三电离能 I3=2751 kJ·mol-1 （3）电子亲合能 定义：一个基态的气态原子得到一个电子形成一价气态负离子所放出的能量。称该原子的第一电子亲合能。习惯上把放出能量的电子亲合能EA用正号表示。 O(g)+e→ O－(g) EA=141.8 kJ·mol－1 EA反映原子得电子难易程度。EA大，易得电子，非金