原子结构和元素周期律.ppt

一般说来，若电子在核附近出现的概率较大，就可以较好地避免其他电子对它的屏蔽作用，而受到较大有效核电荷的吸引，因而其能量较低；同时，它却可以对其他电子起屏蔽作用，使其他电子的能量升高。这种由于电子在核附近处出现的概率不同，因而其能量不同的现象称为穿透效应。当n相同时，越小的电子在核附近出现的概率越大，原子核作用在该电子上的有效核电荷越大，其能量也越低。同一电子层中各亚层的能量高低顺序为：1E(ns)E(np)E(nd)E(nf)2（二）穿透效应利用穿透效应还可以解释当n、都不同时某些原子轨道发生的能级交错现象。

参考氢原子的3d和4s的径向分布图，4s有小峰钻到离核很近处，对降低轨道能量影响较大，超过了主量子数大对轨道能量升高的作用，因此4s轨道的能量低于3d轨道。美国化学家鲍林根据光谱实验的结果，总结出多电子原子的原子轨道的近似能级高低顺序。图中每个虚线方框代表一个能级组，相当于周期表中的一个周期；虚线方框内的每一横排圆的数目表示各能级组中的原子轨道数；虚线方框和圆的位置高低表示各能级组和原子轨道能量的相对高低。相邻两个能级组之间的能量差较大，而每个能级组中的能级之间的能量差则比较小。12二、鲍林能级图和科顿原子轨道能级图鲍林能级图鲍林的原子轨道能级图1962年，美国无机结构化学家科顿提出了原子轨道的能量与原子序数的关系图。科顿的原子轨道能级图概括了理论和实验的结果，反映了随原子序数增大，多电子原子的原子轨道能量变化的情况。（二）科顿能级图科顿的原子轨道能级图从科顿能级图可看出，对Z=1的氢原子，主量子数相同、角量子数不同的轨道的能量均相同；在Z≥2的原子中，主量子数相同的轨道的能级发生了分裂，且随原子序数增大，分裂程度随之增大。多电子原子的1s、2s、2p、3s、3p轨道的能量高低顺序为：E(1s)E(2s)E(2p)E(3s)E(3p)由于4s电子的穿透作用比3d电子的穿透作用强，在Z≤18的原子中，随原子序数增加，3d轨道的能量基本不变，而4s轨道的能量以较大趋势下降;Z≥14后，4s轨道的能量下降到低于3d轨道;到Z=19时，4s轨道的能量还是比3d轨道低。Z=21时，3d轨道的能量降低到稍低于4s轨道，并在Z=21~30范围内保持这种状态;Z30后，3d轨道的能量继续下降,并与4s轨道的能量差距拉大，最终下降到与3p轨道的能量接近。4d轨道与5s轨道之间也有类似的现象，在Z24时，5s轨道的能量高于4d轨道；在Z=24~36时，4d轨道的能量高于5s轨道；在Z=37~39间，4d轨道的能量急剧下降到接近5s轨道的能量;在Z=39~49间，4d轨道的能量接近并略小于5s轨道的能量；到Z≥49时，4d轨道的能量继续下降，并与5s轨道的能量差距拉大，最终下降到与4p轨道的能量接近。基态原子的核外电子排布遵守泡利不相容原理、能量最低原理和洪德规则。01泡利不相容原理：在一个原子中，不可能存在四个量子数完全相同的两个电子。由泡利不相容原理，可知一个原子轨道最多只能容纳两个电子，而且这两个电子的自旋必须相反。主量子数为n的电子层中最多能容纳的电子数：02三、基态原子的核外电子排布能量最低原理：在不违背泡利不相容原理的前提下，核外电子总是尽可能排布在能量最低的轨道上，当能量最低的轨道排满后，电子才依次排布在能量较高的轨道上。洪德规则：电子在简并轨道上排布时，总是以自旋相同的方式分占尽可能多的轨道。作为洪德规则的补充，简并轨道在全充满、半充满和全空时是比较稳定的。元素的电子层结构与周期的关系01元素的电子层结构与族的关系02元素的外层电子组态与元素的分区03第五节元素周期表元素周期表元素周期表中各周期所包含元素的数目，等于相应能级组中的原子轨道所能容纳的电子总数。元素周期表共有七个横行，每一横行为一个周期，共有七个周期。元素在周期表中所属周期数等于该元素基态原子的电子层数，也等于元素基态原子的最外电子层的主量子数。0201一、元素的电子层结构与周期的关系1924年，法国青年物理学家德布罗意大胆预言电子等微粒也具有波粒二象性。并指出质量为m、运动速率为的微粒，其相应的波长为：1927年，美国物理学家戴维逊和革末用电子束代替X射线进行晶体衍射实验，得到了衍射环纹图，确认了电子具有波动性。1928年，实验进一步证明