原子结构竞赛辅导讲义.ppt

原子结构 奥赛辅导－－ 一．原子核外电子的排布 二．周期表中元素性质的递变规律 三．电子配对法 四．路易斯结构与共振理论 五．杂化轨道理论 六．价层电子对互斥理论（VSEPR） 七．σ键、π键和大π键 八．等电子体原理 九. 价键理论（配位化学） 一．原子核外电子的排布 电子在原子核外的排布遵循三条规律，即泡利不相容原理、能量最低原理和洪特规则。依据三条规律可以写出不同元素的电子排布式。 电子层、亚层、轨道、自旋四个方面决定了一个核外电子的运动状态。 电子云 电子层、亚层 轨道的意义 能级的概念 氢原子和多电子原子核外的能级 电子排布式和轨道表示式 洪特规则及特例 核外电子运动状态的四个量子数 电子云 电子云是一个形象的比喻，不是实质性的云雾，不能理解为由无数电子组成的云雾。应该指出，氢原子核外只有一个电子，也仍可以用电子云来描述。电子云表示单位体积内，电子出现的几率密度。单独一个小黑点没有任何意义。 2．电子层、亚层、 ①电子层——表示两方面意义：一方面表示电子到原子核的平均距离不同，另一方面表示电子能量不同。K、L、M、N、O、P……电子到原子核的平均距离依次增大，电子的能量依次增高。 ②亚层——也表示两方面意义：表示电子云形状和能量不同。 s电子云：球形 p电子云：无柄哑铃形 d和f电子云形状复杂。s、p、d、f电子能量依次增高。 3.轨道的意义 ③轨道：电子云所占据的立体空间，称为轨道。轨道的大小、形状分别由电子层、亚层决定。除了s电子云是球形外，其余亚层的电子云都有方向（伸展方向），有几个方向就有几个轨道。每一个原子核外都有许多电子层、亚层，因此，每个原子核外都有许多轨道。 p、d、f亚层的电子云分别有3个、5个和7个伸展方向。因而分别有3、5、7个轨道：3个p轨道 、5个 d轨道和7个f轨道。它们的能量完全相同；电子云形状也基本相同 ，只是伸展方向不同。 ② 电子云角度分布图 dx2-y2 dz2 4．能级的概念 在电子层、亚层、轨道和自旋这四个方面中，与电子能量有关的是电子层和亚层。因此，将电子层和亚层结合起来，就可以表示核外电子的能量。核外电子的能量是不连续的，而是由低到高象阶梯一样，每一个能量台阶称为一个能级。因此，1s、2s、2p……分别表示一个能级。 5．氢原子和多电子原子核外的能级 氢原子像其它所有原子一样，可以有许多电子层，电子层又分为若干亚层和轨道。只是在通常条件下，氢原子的这一个电子处于能量是低的1s轨道，这种状态叫基态；当电子从外界吸收能量以后，氢原子的这一个电子可以跃迁到能量较高的能级。氢原子核外能级由低到高的顺序是： 1s2s2p3s3p3d 4s4p4d4f5s…… 但是，对核外有多个电子的原子来说，核外能级的顺序就与氢原子不同了。一般来说，多电子原子核外能级由低到高的顺序是： 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p……这种现象叫做能级交错现象。（原因是多电子之间的相互影响－－屏蔽效应和钻穿效应。 各轨道能量的排序 徐光宪：n + 0.7l规则 能量最低原理：电子尽可能占据能量最低的轨道 电子本身就是一种物质，也具有同样的性质，即它在一般情况下总想处于一种较为安全（或稳定）的一种状态（基态），也就是能量最低时的状态。当有外加作用时，电子也是可以吸收能量到能量较高的状态（激发态），但是它总有时时刻刻想回到基态的趋势。一般来说，离核较近的电子具有较低的能量，随着电子层数的增加，电子的能量越来越大；同一层中，各亚层的能量是按s、p、d、f的次序增高的。这两种作用的总结果可以得出电子在原子核外排布时遵守下列次序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p…… 核外电子的排布原理 2．保里不相容原理 　　我们已经知道，一个电子的运动状态要从4个方面来进行描述，即它所处的电子层、电子亚层、电子云的伸展方向以及电子的自旋方向。在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全相同的两个电子存在，这就是保里不相容原理所告诉大家的。根据这个规则，如果两个电子处于同一轨道，那么，这两个电子的自旋方向必定相反。也就是说，每一个轨道中只能容纳两个自旋方向相反的电子。 3．洪特规则 　　从光谱实验结果总结出来的洪特规则有两方面的含义：一是电子在原子核外排布时，将尽可能分占不同的轨道，且自旋平行； 洪特规则的第二个含义是对于同一个电子亚层，当电子排布处于 全满（s2、p6、d10、f14） 半满（s1、p3、d5、f7） 全空（s0、p0、d0、f0）时比较稳定。 6．电子排布式和轨道表示式 核外电子排布情况有两种表示方法： 电子排布式和轨道表示式。 1s22s