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1、 費(fèi) 曼 (1918-1988)Richard Feynman美 國 理 論 物 理 學(xué) 家1965年 諾 貝 爾 物 理 獎(jiǎng)引 自 費(fèi) 曼 物 理 學(xué) 講 義 如 果 有 一 天 人 類 遭 遇 滅 頂 之 災(zāi) ， 我 們 的 全 部 知 識(shí) 也將 隨 之 被 毀 滅 。 假 如 我 們 還 有 時(shí) 間 給 后 人 留 一 句 話 ，那 么 這 句 話 應(yīng) 當(dāng) 是 ： 所 有 物 質(zhì) 由 原 子 組 成 。 原 子是 一 種 永 遠(yuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 的 、 遠(yuǎn) 距 離 相 互 吸 引 、 近 距 離 相 互排 斥 的 微 小 粒 子 。 n原 子 序 數(shù) = 核 電 荷 數(shù) (z) = 質(zhì) 子 數(shù)

2、= 核 外電 子 數(shù)n質(zhì) 量 數(shù) (A) = 質(zhì) 子 數(shù) + 中 子 數(shù) (N) 質(zhì) 子 z 個(gè) 原 子 核 原 子 ( ) 中 子 N=(A-z)個(gè) 核 外 電 子 z 個(gè) AzX 世 界 上 任 何 東 西 都 是由 原 子 組 成 的 （ 包 括物 質(zhì) 和 靈 魂 ） 。 原 子是 不 可 分 割 的 。Democritus BC460-370古 希 臘 哲 學(xué) 家公 元 前 440年 德 謨 克 利 特 1. 所 有 物 質(zhì) 是 由 原 子 組 成 的 。原 子 不 可 再 分 。2. 某 一 元 素 的 所 有 原 子 都 是相 同 的 ， 但 是 與 其 它 元 素的 原 子 不

3、同 。3. 化 合 物 是 由 不 同 元 素 的 原子 按 一 定 比 例 形 成 的 。4. 化 學(xué) 反 應(yīng) 是 原 子 的 重 排 ，但 既 沒 有 新 原 子 的 產(chǎn) 生 ，也 沒 有 原 來 原 子 的 消 失 。 電 子 在 原 子 內(nèi) 繞 核 旋 轉(zhuǎn) ，就 象 行 星 繞 太 陽 運(yùn) 轉(zhuǎn) 一 樣 盧 瑟 福Sir Ernest Rutherford1871-1937新 西 蘭 裔 英 國 化 學(xué) 家獲 1908年 Nobel化 學(xué) 獎(jiǎng) n 連 續(xù) 光 譜n 氫 原 子 光 譜 1900年 12月 14日 ， 普 朗克 解 釋 了 黑 體 輻 射 現(xiàn) 象 ，并 且 引 入 量 子

4、化 能 量 假說 ：輻 射 能 的 放 出 或 吸 收 不是 連 續(xù) 的 ， 而 是 按 照 一個(gè) 基 本 量 或 基 本 量 的 整數(shù) 倍 被 物 質(zhì) 放 出 或 吸 收E h 普 朗 克Max Ludwig Planck1858-1947德 國 物 理 學(xué) 家1918年 Nobel物 理 獎(jiǎng) 尼 爾 斯 玻 爾N. Bohr1885-1962丹 麥 物 理 學(xué) 家 n 原 子 內(nèi) 電 子 按 能 級(jí) 分 層 排 布 于 適 合 一 定 條 件 的 軌道 上 ， 電 子 在 穩(wěn) 定 軌 道 中 旋 轉(zhuǎn) 時(shí) 完 全 不 放 出 能 量 ，處 于 一 種 穩(wěn) 定 狀 態(tài) ；n 電 子 在 不 同

5、 軌 道 上 旋 轉(zhuǎn) 時(shí) 具 有 不 同 能 量 ， 各 能 級(jí)間 能 量 是 不 連 續(xù) 的 ， 即 量 子 化 的 ；n 電 子 在 軌 道 間 躍 遷 時(shí) 才 有 能 量 的 放 出 和 吸 收 ， 放出 的 量 子 具 有 的 頻 率 由 軌 道 的 能 量 差 決 定-182 =2.18 10 n=1,2,3,4.BE B Jn -342 1 =6.626 10E E J s 的 優(yōu) 點(diǎn) 和n 優(yōu) 點(diǎn) ： 首 先 引 入 量 子 化 的 概 念 ， 解 釋 了 氫 原 子 光譜 為 不 連 續(xù) 光 譜 。n 缺 點(diǎn) ：l未 能 完 全 沖 破 經(jīng) 典 力 學(xué) 連 續(xù) 概 念 ， 只

6、是 勉 強(qiáng) 加 進(jìn) 了一 些 人 為 的 量 子 化 條 件 和 假 定 。l只 能 解 釋 氫 原 子 或 類 氫 原 子 （ He+, Li2+） 光 譜 。 不能 解 釋 多 電 子 原 子 （ 核 外 電 子 數(shù) 大 于 1的 原 子 ） 、分 子 或 固 體 的 光 譜 ， 即 使 是 有 兩 個(gè) 電 子 的 He ， 其結(jié) 果 與 實(shí) 驗(yàn) 相 去 甚 遠(yuǎn) 。l亦 不 能 解 釋 氫 光 譜 的 每 條 譜 線 實(shí) 際 上 還 可 分 裂 為 兩條 譜 線 的 現(xiàn) 象 ， 即 精 細(xì) 結(jié) 構(gòu) l未 考 慮 其 運(yùn) 動(dòng) 的 波 動(dòng) 性 ， 采 用 了 宏 觀 軌 道 的 概 念 。 n

7、微 觀 粒 子 ： 電 子 、 原 子 、 分 子n微 觀 粒 子 的 運(yùn) 動(dòng) 特 征l量 子 化l波 粒 二 象 性n光 的 波 粒 二 象 性既 有 波 動(dòng) 性 又 有 微 粒 性 ： 光n波 粒 二 象 性 的 數(shù) 學(xué) 表 達(dá) （ 能 量 量 子 化 ）E=nh (n=1,2, .) P= h/、 ： 波 動(dòng) 性 E、 P： 微 粒 性 德 布 羅 意 波 （ 物 質(zhì) 波 ）電 子 具 有 波 長 h/m德 布 羅 意L. de Broglie法 國 物 理 學(xué) 家獲 1929年 Nobel物 理 獎(jiǎng) C. Davisson和 L. Germar 當(dāng) 電 子 通 過 晶 體 時(shí) ， 在屏

8、 幕 上 產(chǎn) 生 明 暗 交 替 的衍 射 環(huán) 。 這 說 明 電 子 射線 同 X射 線 一 樣 有 衍 射現(xiàn) 象 ， 證 明 了 德 布 羅 意假 設(shè) 的 正 確 性 ， 亦 證 明了 電 子 具 有 波 動(dòng) 性 。 鋁 箔 （ a） 石 墨 （ b）感光屏幕薄晶體片衍射環(huán)紋電子束電子槍電 子 具 有 波 動(dòng) 性 的 實(shí) 驗(yàn) 證 明 具 有 波 粒 二 象 性 的 微觀 粒 子 ， 不 能 同 時(shí) 測準(zhǔn) 其 位 置 和 速 度 （ 動(dòng)量 ） 。 如 果 微 粒 的 運(yùn)動(dòng) 位 置 測 得 愈 準(zhǔn) 確 ，則 相 應(yīng) 的 速 度 愈 不 易測 準(zhǔn) ， 反 之 亦 然 。海 森 堡Werner C

9、arl Heisenberg1902-1972德 國 物 理 學(xué) 家獲 1932年 Nobel物 理 獎(jiǎng) 2 2h hx P x m v 或式 中 x 表 示 位 置 測 不 準(zhǔn) 量 ， P 表 示 動(dòng) 量 測 不 準(zhǔn) 量 ， h 為 普 朗 克 常 數(shù) (6.626 10-34Js)， 為 圓 周 率 ， m 為 質(zhì) 量 ， v 表 示 速 度 的 測 不 準(zhǔn) 量 。 薛 定 鄂Erwin Schrdinger1887-1961奧 地 利 物 理 學(xué) 家獲 1933年 Nobel物 理 獎(jiǎng) “當(dāng) 所 有 其 它 方 法 都 行不 通 時(shí) ， 就 用 薛 定 鄂 方程 。 ” 羅 素 派 克

10、Russell T. Pack 美 國 化 學(xué) 教 育 家 April 1978 薛 定 諤 (Schrdinger)方 程 ：E： 體 系 的 總 能 量V： 勢 能m： 微 粒 的 質(zhì) 量： 描 述 電 子 運(yùn) 動(dòng) 的 波 函 數(shù) ， 也 稱 為 原 子 軌 道 、 原 子 軌 跡 或 原 子 函2 2 2 22 2 2 28 ( ) 0m E Vx y z h n 通 過 薛 定 諤 方 程 求 解 而 得n 可 以 描 述 原 子 核 外 電 子 運(yùn) 動(dòng) 狀 態(tài)22x 22y 22z 對 x的 二 階 偏 導(dǎo) 數(shù)對 y的 二 階 偏 導(dǎo) 數(shù)對 z的 二 階 偏 導(dǎo) 數(shù) n必 須 在 球

11、 極 坐 標(biāo) 系 中 求 解 (x,y,z) (r,) Rn(r)Yl,m(,) 0r0 緯 度0 2 經(jīng) 度x = r sin cosy = r sin sinz = r cos 222 zyxr Ox y z P(r,)P n R(r)只 與 電 子 離 核 半 徑 有 關(guān) ， 稱 為 波 函 數(shù) 的 徑 向 部分n Y(,)只 與 、 兩 個(gè) 角 度 有 關(guān) ， 故 稱 為 波 函 數(shù) 的角 度 部 分n 在 解 R(r)方 程 時(shí) ， 要 引 入 一 個(gè) 參 數(shù) n， 在 解 ()方 程 時(shí) 要 引 入 另 一 個(gè) 參 數(shù) l， 在 解 ()方 程 時(shí) 還要 引 入 一 個(gè) 參 數(shù) m

12、。l 主 量 子 數(shù) n = 1， 2， 3， 4， 7l 角 量 子 數(shù) l = 0， 1， 2， 3， ， n-1， 共 可 取 n個(gè) 數(shù) 值 。l 磁 量 子 數(shù) m = 0， 1， 2， ， l。 共 可 取 2l +1個(gè) 數(shù) 值 。n 在 量 子 力 學(xué) 中 ， 三 個(gè) 量 子 數(shù) 都 有 確 定 值 的 波 函 數(shù)稱 為 原 子 軌 道 。 1.總 能 量2.波 函 數(shù) 徑 向 部 分 ： 角 度 部 分 ： 182 181 2.18 10 J2.18 10 JsE nE 0 0 /30 /3 0 1( ) 2 1( , ) 4 1( , , ) 4r a r aR r eaY r

13、 ea n 沒 有 物 理 意 義 ， 復(fù) 數(shù) 表 達(dá) 式 為 =a+bin|2 代 表 微 粒 在 空 間 某 點(diǎn) 出 現(xiàn) 的 概 率 密 度 ，即 單 位 體 積 中 的 概 率n電 子 云 是 |2 的 具 體 圖 像s 電 子 云 的 界 面 圖 （ 電子 出 現(xiàn) 概 率 達(dá) 到 90 的等 密 度 面 ） 1s電 子 云 | 2 r圖 n假 想 將 核 外 一 個(gè) 電 子 每 個(gè) 瞬 間 的 運(yùn) 動(dòng) 狀 態(tài) ， 進(jìn) 行攝 影 。 并 將 這 樣 數(shù) 百 萬 張 照 片 重 疊 ， 得 到 如 下 的統(tǒng) 計(jì) 效 果 圖 ， 形 象 地 稱 為 電 子 云 圖 。n電 子 云 沒 有 明

14、 確 的 邊 界 ， 在 離 核 很 遠(yuǎn) 的 地 方 ， 電子 仍 有 出 現(xiàn) 的 可 能 ， 但 實(shí) 際 上 在 離 核 200300pm以 外 的 區(qū) 域 ， 電 子 出 現(xiàn) 的 概 率 可 以 忽 略 不 計(jì) 。 n主 量 子 數(shù) n 1， 2， 3， 4n角 量 子 數(shù)l 0， 1， 2， 3， (n-1)， 共 n 個(gè) 取 值 n磁 量 子 數(shù)m 0， 1， 2， ， l， 共 2l+1個(gè) 取 值 n自 旋 量 子 數(shù) ms 取 值 1, 2, 3, 4, n 為 正 整 數(shù) (自 然 數(shù) ) 能 量 量 子 化光 譜 學(xué) 上 用 K , L , M , N , 表 示意 義 表 示

15、 原 子 軌 道 能 量 的 高 低 ， 核 外 電 子 離 核 的 遠(yuǎn) 近 ，或 者 說 是 電 子 所 在 的 電 子 層 數(shù) 。 n= 1表 示 第 一 層(K層 )， 能 量 最 低 ， 離 核 最 近 。 n的 數(shù) 值 大 ， 電 子距 離 原 子 核 遠(yuǎn) ， 則 具 有 較 高 的 能 量 。 -182 =2.18 10 n=1,2,3,4.BE B Jn 主 量 子 數(shù)n 1 2 3 4 5 6 7 電 子 層 一 二 三 四 五 六 七 符 號(hào) K L M N O P Q 用 來 描 述 同 層 中 (n 相 同 ) 不 同 形 狀 的 原 子 軌 道 （ 亞層 ） ， 取 值

16、 受 主 量 子 數(shù) n 的 限 制 ， 對 于 確 定 的 主 量子 數(shù) n ， 角 量 子 數(shù) l 可 以 為 0, 1, 2, 3, 4, ( n-1 )， 共 n 個(gè) 取 值 ， 光 譜 學(xué) 上 依 次 用 s , p , d , f , g , 表 示 。意 義 角 量 子 數(shù) l 決 定 原 子 軌 道 的 形 狀n = 4 時(shí) ：nl = 0 表 示 s 軌 道 ， 能 量 最 低 ， 形 狀 為 球 形 ， 即 4s 軌 道 ；nl = 1 表 示 p 軌 道 ， 形 狀 為 啞 鈴 形 ， 4p 軌 道 ；nl = 2 表 示 d 軌 道 ， 形 狀 為 花 瓣 形 ， 4d

17、 軌 道 ；nl = 3 表 示 f 軌 道 ， 能 量 最 高 ， 形 狀 復(fù) 雜 , 4f 軌 道 取 值 受 角 量 子 數(shù) l 的 影 響 ， 對 于 給 定 的 l， m可 取 ： 0, 1, 2, 3, l意 義 m 決 定 原 子 軌 道 的 空 間 取 向若 l=3， 則 m=0, 1, 2, 3 共 7個(gè) 值 。每 一 種 m 的 取 值 ， 對 應(yīng) 一 種 空 間 取 向 。 n 和 l 一 定 的 軌 道 ， 如 2 p 軌 道 （ n =2 , l=1） 在 空 間有 三 種 不 同 的 取 向 。 但 一 般 不 影 響 能 量 。 3 種 不 同 取向 的 2 p

18、軌 道 能 量 相 同 。能 量 相 同 的 原 子 軌 道 稱 為 等 價(jià) 軌 道 或 簡 并 軌 道 s x z px x z py x y pz x z dxy x y dyz y z dxz x z dx2-y2 xyd z2 xz Stern-Gerlach 實(shí) 驗(yàn)電 子 自 旋 ： 電 子 自 身 存 在 的 兩 種 不 同 的 運(yùn) 動(dòng) 狀 態(tài) 電 子 在 沿 外 磁 場 方 向 上 的 自 旋 角 動(dòng) 量 分 量 ，可 用 Ms 表 示 ：Ms = msh/2ms稱 為 自 旋 量 子 數(shù) ， 取 值 只 有 兩 個(gè) ， + 和 。 電 子 的 自 旋 方 式 只 有 兩 種 ，

19、 通 常 用 “ ” 和 “ ”順 時(shí) 針 ， 逆 時(shí) 針 表 示 。 n n =2 l =( ) m =1 ms=+1/2n n =2 l =1 m =( ) ms=+1/2n n =3 l =0 m =( ) ms=+1/2n n =( ) l =2 m =0 ms=+1/2n n =2 l =( ) m = -1 ms=+1/2n n =4 l =( ) m =0 ms=+1/2n n = 4 l = 2 m =( ) ms=1/2 n1n0, 1n0n 3n1n0n0, 1, 2 n n = 2, l = 1, m = 0n n = 2, l = 2, m = -1n n = 3, l

20、 = 0, m = 0n n = 3, l = 1, m = 1n n = 2, l = 0, m = -1n n = 2, l = 3, m = 2 n合 理nl = 1n合 理n合 理nm = 0或 l=1nl=0,1; m=0, 1 或 n3 7351軌 道 個(gè) 數(shù) 3120角 量 子 數(shù) 5432主 量 子 數(shù) 存 在存 在存 在不 存 在存 在是 否 存 在 5f4p3d2d2s電 子 組 態(tài) n 對 于 n = 3, m = -2的 電 子 來 說 ， 下 列 說 法 哪種 正 確 ？A. 電 子 位 于 d軌 道 中B. 電 子 位 于 p軌 道 中C. 電 子 位 于 第 二

21、電 子 層 中D. 以 上 均 不 正 確n=3 l = 0, 1, 2 m-2 l 2 5d軌 道 中 的 電 子 的 磁 量 子 數(shù) m:A. 可 能 為 0-5之 間 的 任 何 一 個(gè)B. 為 0C. 為 + 或 - D. 為 3E. 以 上 都 不 對 用 圖 形 表 示 Yl,m的 數(shù) 值 大 小 隨 角 度 ， 的 變 化 。 s軌 道 p軌 道 n以 |2 作 圖 得 到 的 圖 像 n電 子 云 的 角 度 分 布 圖 和 相 應(yīng) 的 原 子 軌 道 的角 度 分 布 圖 是 相 似 的 ， 它 們 之 間 主 要 區(qū) 別有 兩 點(diǎn) ： （ 1） 因 角 度 函 數(shù) Yl，

22、所 以 Y2值 比 Y值 更 小， 電 子 云 的 角 度 分 布 圖 比 原 子 軌 道 角 度 分布 圖 “ 瘦 ” ； （ 2） 原 子 軌 道 角 度 分 布 圖 有 正 、 負(fù) 之 分 ， 而電 子 云 的 角 度 分 布 圖 因 角 度 函 數(shù) 經(jīng) 平 方 后無 正 、 負(fù) 之 分 ， 全 為 正 值 。 能 級(jí) 交 錯(cuò) 現(xiàn) 象 鮑 林 近 似 能 級(jí) 圖 (1)n近 似 能 級(jí) 圖 是 按 原 子 軌 道 的 能 量 高 低 順 序排 列 的 ， 能 量 相 近 的 劃 為 一 組 ， 成 為 能 級(jí)組 ， 共 七 個(gè) 能 級(jí) 組 。l能 級(jí) 組 的 存 在 ， 是 周 期 表

23、中 化 學(xué) 元 素 可 劃 分 為各 個(gè) 周 期 及 每 個(gè) 周 期 應(yīng) 有 元 素 數(shù) 目 的 根 本 原 因 。l對 于 4、 5、 6、 7能 級(jí) 組 ， 在 一 個(gè) 能 級(jí) 中 包 含 不同 電 子 層 的 能 級(jí) 現(xiàn) 象 稱 為 能 級(jí) 交 錯(cuò)n每 個(gè) 小 圓 圈 代 表 一 個(gè) 原 子 軌 道 ， 同 高 度 的圓 圈 代 表 簡 并 軌 道 。 n l 相 同 ， n 越 大 ， 能 量 越 高n n 相 同 ， l 越 大 ， 能 量 越 高l同 一 主 層 中 各 亞 層 能 級(jí) 產(chǎn) 生 差 別 的 現(xiàn) 象 叫 做 能級(jí) 分 裂n n、 l 都 不 同 ， 比 較 能 量 使

24、 用 (n+0.7l)： (n+0.7l) 越小 ， 能 量 越 低n 注 意 ： Pauling 能 級(jí) 圖l不 能 完 全 反 映 出 每 種 元 素 的 原 子 軌 道 能 級(jí) 的 相對 高 低 ， 有 例 外l不 能 用 此 圖 來 比 較 不 同 元 素 原 子 軌 道 能 級(jí) 的 相對 高 低 。 電 子 排 布 原 理l能 量 最 低 原 理l保 里 不 相 容 原 理 l洪 特 規(guī) 則 按 照 近 似 能 級(jí) 圖 ， 核 外 電 子 總 是 盡 先 排 布 在能 量 最 低 的 軌 道 上 ， 當(dāng) 能 量 最 低 的 軌 道 排 滿后 ， 電 子 才 依 次 排 布 在 能 量

25、 較 高 的 軌 道 上 。電 子 先 填 充 能 量 低 的 軌 道 ， 后 填 充 能 量 高 的軌 道 。 盡 可 能 保 持 體 系 的 能 量 最 低 。E1s E2s E3s E4sE3s E3p E3d 在 一 個(gè) 原 子 中 ， 不 可 能 存在 四 個(gè) 量 子 數(shù) 完 全 相 同 的兩 個(gè) 電 子 。 一 個(gè) 原 子 軌 道最 多 只 能 容 納 兩 個(gè) 電 子 ，而 且 這 兩 個(gè) 電 子 的 自 旋 方式 必 須 相 反 。電 子 層 的 最 大 容 量 ： 2n2亞 層 的 最 大 容 量 ： 4l+2 泡 利Wolfgang Pauli1900-1958奧 地 利 裔

26、 美 國 物 理 學(xué) 家獲 1945年 Nobel物 理 獎(jiǎng) “電 子 在 能 量 相 同 的 軌道 上 分 布 時(shí) ， 總 是 盡 可能 以 自 旋 相 同 的 方 向 分占 不 同 的 軌 道 。 ”洪 特Friderich Hermann Hund1896-1997德 國 物 理 學(xué) 家 電 子 分 布 到 能 量 相 同的 等 價(jià) （ 簡 并 ， 即 n 相同 ） 軌 道 時(shí) ， 總 是 盡先 以 自 旋 相 同 （ 自 旋平 行 ） 的 方 向 ， 單 獨(dú)占 據(jù) 能 量 相 同 的 軌 道 ，即 總 是 以 自 旋 相 同 的方 式 分 占 盡 可 能 多 的軌 道 。 各 軌 道

27、保 持 一致 ， 則 體 系 的 能 量 低 。 作 為 Hund 規(guī) 則 的 特 例 ， 簡 并 軌 道 在 全 充 滿 (p6，d10， f14)、 半 充 滿 (p3， d5， f7)和 全 空 (p0， d0，f0)時(shí) 是 比 較 穩(wěn) 定 的 。重 要 的 特 例 n能 級(jí) 交 錯(cuò) 現(xiàn) 象 ： 電 子 進(jìn) 入 軌 道 的 能 級(jí) 順 序1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d(5)(4)(2)(3)(6) nAr中 磁 量 子 數(shù) m =1的 電 子 有 多 少 ？ A. 1 B. 2 C. 4 D. 6 E. 018Ar: 1s22s22p63s23p6nCl中 有

28、多 少 電 子 的 量 子 數(shù) n = 3 和 l = 0 ？A. 2 B. 4 C. 6 D. 8 E. 1017Cl: 1s22s22p63s23p5 以 (1)為 例 ， 完 成 下 列 (2)至 (6)題 : (1) Na (z=11) 1s22s22p63s1 (2) _ 1s22s22p63s23p3 (3) Ca (z=20) _ (4) _ (z=24) 3d54s1 (5) _ Ar3d104s1P (z=15) Ar1s22s22p63s23p64s2CrCu (z=29) 對 于 Sc來 說 ， 下 列 哪 一 個(gè) 電 子 排 布 正 確 ：a. 1s22s22p63s2

29、3p64s2b. 1s22s22p63s23p64s23d1c. 1s22s22p63s23p63d1d. 1s22s22p63s23p64s3e. 以 上 均 不 正 確 下 列 哪 一 個(gè) 是 Mn2+的 電 子 排 布 ：a. Ar 4s23d5b. Kr 4s23d5 c. Ar 4s23d3 d. Ar 3d5 e. Kr 4s23d3 哪 一 個(gè) 原 子 或 離 子 具 有 的 未 成 對 電 子 最 多 ？(a) F (b) P (c) Cr (d) Ag (e) Mn4+F: 1s22s22p5P: 1s22s22p63s23p3Cr: 1s22s22p63s23p63d54s

30、1Ag: Kr4d104s1Mn4+: 1s22s22p63s23p63d3 (Mn: 3d54s2) 已 知 某 元 素 在 氪 前 ， 當(dāng) 此 元 素 的 原 子 失 去 3個(gè)電 子 后 ， 在 它 的 角 量 子 數(shù) 為 2的 軌 道 內(nèi) ， 電 子恰 為 半 充 滿 ， 試 推 斷 該 元 素 為 何 元 素 ？ 氪 原 子 序 數(shù) 36， 核 外 電 子 排 布 ： Ar3d104s24p6角 量 子 數(shù) 為 2的 軌 道 (l=2): n3， d 軌 道最 外 層 電 子 排 布 應(yīng) 為 ： 3dx 4sy失 去 的 3個(gè) 電 子 可 能 包 括 ：4s 上 的 2個(gè) 電 子 和

31、3d 上 的 1個(gè) 電 子失 去 電 子 的 3d 軌 道 內(nèi) 電 子 恰 為 半 充 滿 ：中 性 元 素 的 3d電 子 數(shù) 為 6則 該 元 素 核 外 電 子 排 布 ： Ar3d64s2 原 子 序 數(shù) 為 ： 26該 元 素 為 鐵 (Fe)。 n 因 電 子 之 間 的 相 互 排 斥 而 使 核 對 外 層 電 子 的 吸 引被 減 弱 的 作 用 稱 為 屏 蔽 效 應(yīng) （ 或 屏 蔽 作 用 ） 。n 多 電 子 原 子 中 ， 電 子 運(yùn) 動(dòng) 的 能 量 用 “ 中 心 勢 場 模型 ” 近 似 處 理 ： 每 個(gè) 電 子 都 在 核 和 其 余 電 子 所 構(gòu)成 的 平

32、 均 勢 場 中 運(yùn) 動(dòng) ， 其 余 電 子 對 該 選 定 的 電 子的 排 斥 作 用 看 作 相 當(dāng) 于 個(gè) 電 子 電 荷 是 從 原 子 中 心產(chǎn) 生 的 ， 相 當(dāng) 于 核 電 荷 數(shù) 減 少 了 個(gè)z z z: 有 效 核 電 荷 ； z: 核 電 荷 數(shù) ; : 屏 蔽 常 數(shù)n 屏 蔽 常 數(shù) 與 其 余 電 子 的 多 少 及 它 們 所 處 軌 道 ， 以及 選 定 電 子 所 在 軌 道 有 關(guān) 。 n 內(nèi) 層 電 子 對 外 層 電 子 的 屏 蔽 作 用 較 大 ， 外 層 電 子對 較 內(nèi) 層 電 子 近 似 看 作 不 屏 蔽 。n n越 小 ， 屏 蔽 作 用

33、 越 大K L M N核 外 電 子 能 級(jí) ：考 慮 屏 蔽 效 應(yīng) ： eVnZE 6.13 22 eVnZE 6.13)( 2 2 n 分 組 ： 按 以 下 次 序 (1s) , (2s,2p), (3s,3p), (3d), (4s, 4p), (4d), (4f), (5s, 5p), (5d), (5f)； n 每 一 小 組 右 邊 各 組 的 電 子 對 該 組 電 子 不 產(chǎn) 生 屏 蔽作 用 ；n 在 (ns,np)同 組 中 ， 每 一 個(gè) 電 子 屏 蔽 同 組 電 子 為 0.35，而 1s組 內(nèi) 的 電 子 相 互 屏 蔽 為 0.30；n 內(nèi) 層 (n-1)層

34、中 每 一 個(gè) 電 子 對 外 層 (ns, np)上 電 子 屏蔽 為 0.85；n (n-2)內(nèi) 層 或 更 內(nèi) 層 中 的 每 一 個(gè) 電 子 對 外 層 (ns, np)上 電 子 屏 蔽 為 1.00；n 當(dāng) 被 屏 蔽 電 子 是 (nd)組 或 (nf)組 電 子 時(shí) ， 同 組 電 子屏 蔽 為 0.35， 左 邊 各 組 電 子 屏 蔽 為 1.00。 26Fe 1s2 2s22p6 3s23p6 3d6 4s24s電 子 ：Z=Z-=26-(21.00+8 1.00+14 0.85+10.35)=3.753d電 子 ： Z=Z-=26-(181.00+50.35)=6.25

35、3p電 子 ：Z=Z-=26-(21.00+80.85+70.35)=14.753s電 子 ：Z=Z-=26-(21.00+80.85+70.35)=14.752p電 子 ： Z=Z-=26-(20.85+70.35)=21.852s電 子 ： Z=Z-=26-(20.85+70.35)=21.851s電 子 ： Z=Z-=26-10.30=25.70 19K的 電 子 排 布 是 1s22s22p63s23p64s1而 不 是1s22s22p63s23p63d1？ （ 兼 解 釋 能 級(jí) 交 錯(cuò) 現(xiàn) 象 ）解 ：4s: Z = 19 (0.858 + 110) = 2.2 E = (2.22

36、/42)13.6 = 4.114eV3d: Z= 19 (181) = 1 E = (12/ 32)13.6 = 1.51eV能 量 越 低 越 穩(wěn) 定 計(jì) 算 Ti原 子 中 作 用 在 4s 和 3d 電 子 上 的 有 效 核 電 荷 。解 ： Ti原 子 序 數(shù) Z=22， 其 電 子 分 布 式 為 ：1s22s22p63s23p63d24s2按 近 似 計(jì) 算 規(guī) 則 ， （ 1） 作 用 在 4s電 子 上 的 屏 蔽 常 數(shù) 為 ： = 10.35+100.85+101.0=18.85所 以 ， 作 用 在 4s電 子 上 的 有 效 核 電 荷 為 ： Z*4s = Z- =

37、 22-18.85=3.15（ 2） 作 用 在 3d電 子 上 的 屏 蔽 常 數(shù) 為 ： = 10.35+181.0=18.35所 以 ， 作 用 在 3d電 子 上 的 有 效 核 電 荷 為 : Z* 3d = Z- = 22-18.35=3.65 宇 宙 間 所 有 的 化 學(xué) 變化 ， 好 似 戲 臺(tái) 上 扮 演的 戲 劇 ， 在 化 學(xué)變 化 的 戲 劇 里 ， 最 主要 的 角 色 ， 當(dāng) 然 要 推元 素 了 。 -溫 克 勒 德 國 化 學(xué) 家元 素 是 具 有 相 同 質(zhì) 子數(shù) 的 一 類 單 核 粒 子 的總 稱 。 n尚 古 都螺 旋 圖n邁 爾六 元 素 表n杜 伯

38、 乃 勒三 音 律n紐 蘭 茲 八 音 律 Dmitri Mendeleev 1834-1907俄 國 化 學(xué) 家 n把 看 起 來 孤 立 的 、 雜 亂 無 章的 化 學(xué) 元 素 知 識(shí) ， 納 入 到 一個(gè) 嚴(yán) 整 的 自 然 體 系 之 中n元 素 之 間 的 協(xié) 調(diào) 性 和 分 類n化 合 物 知 識(shí) 的 系 統(tǒng) 化n從 理 論 上 選 定 和 修 正 部 分 元素 的 原 子 量n對 未 發(fā) 現(xiàn) 元 素 的 預(yù) 言 n元 素 在 周 期 表 中 的 原 子 序 數(shù) 等 于 該 元 素 原 子 的 核 電 荷數(shù) 或 核 外 電 子 數(shù) 。n元 素 周 期 律隨 著 元 素 的 原 子

39、 序 數(shù) (核 電 荷 數(shù) )的 依 次 遞 增 ， 最 外 層電 子 周 期 性 地 重 復(fù) 著 相 同 排 布 ， 元 素 以 及 由 它 形 成的 單 質(zhì) 和 化 合 物 的 性 質(zhì) 也 呈 現(xiàn) 周 期 性 的 變 化 。n周 期 ： 每 一 能 級(jí) 組 對 應(yīng) 于 一 個(gè) 周 期每 一 周 期 開 始 ， 核 外 都 出 現(xiàn) 新 的 電 子 層 ； 元 素 原 子的 電 子 層 數(shù) 等 于 該 元 素 所 在 的 周 期 數(shù)n族 ： 原 子 的 電 子 層 結(jié) 構(gòu) 排 布 導(dǎo) 致同 一 族 各 元 素 的 外 層 電 子 構(gòu) 型 相 同 ， 性 質(zhì) 相 似 n橫 向 為 7個(gè) 周 期

40、， 縱 向 為 18列n1-2列 為 IA和 IIA主 族 元 素 ， 13-17列 為 IIIA-VIIA主 族 元 素 ， 18列 為 零 族 元 素n3-10列 為 IIIB-VIIIB副 族 元 素 ， 11-12列 為IB-IIB副 族 元 素n按 價(jià) 電 子 構(gòu) 型 的 不 同 ， 周 期 表 分 為 s, p, d, ds 和 f 五 個(gè) 區(qū)n主 族 元 素 的 族 數(shù) =原 子 的 最 外 層 電 子 數(shù) 目 =主 族 元 素 的 最 高 化 合 價(jià) 數(shù) 周 期數(shù) 原 子序 數(shù) 元 素?cái)?shù) 目 最 高 能 級(jí) 組 最 大 電 子容 量1 12 2 1s第一能級(jí)組22 310 8

41、2s,2p第二能級(jí)組83 1118 8 3s,3p第三能級(jí)組84 1936 18 4s,3d,4p第四能級(jí)組185 3754 18 5s,4d,5p第五能級(jí)組186 5586 32 6s,4f,4d,6p第六能級(jí)組327 87109 23 7s,5f,5d,7p第七能級(jí)組32 ns區(qū)l最 后 一 個(gè) 電 子 填 充 在 s能 級(jí) 上 的 元 素l元 素 周 期 表 左 側(cè) ， 包 括 IA, IIA l結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) ： ns12 l化 學(xué) 性 質(zhì) ： 易 失 電 子 成 離 子 ， 活 潑 金 屬np區(qū)l最 后 一 個(gè) 電 子 填 充 在 p能 級(jí) 上 的 元 素l元 素 周 期 表 右 側(cè)

42、 ， 包 括 IIIAVIIA,VIII族l結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) ： ns2 np16 l化 學(xué) 性 質(zhì) ： 主 族 元 素 nd區(qū)l最 后 一 個(gè) 電 子 填 充 到 d能 級(jí)l元 素 周 期 表 中 部 ， 包 括 IIIBVIIIBl結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) ： (n-1)d19ns12 (Pd: 4d10)l化 學(xué) 性 質(zhì) ： 過 渡 元 素nds區(qū)l最 后 一 個(gè) 電 子 填 充 到 d能 級(jí) 但 未 達(dá) 到 d10l元 素 周 期 表 中 部 ， 包 括 IB, IIB l結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) ： (n-1)d10ns12 l化 學(xué) 性 質(zhì) ： 過 渡 元 素 nf區(qū)l最 后 一 個(gè) 電 子 填 充 到

43、 f能 級(jí) 上 的 元 素l位 于 下 部 ， 包 括 鑭 系 元 素 和 錒 系 元 素l結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) ： (n-2)f014(n-1)d02ns2l化 學(xué) 性 質(zhì) ： 內(nèi) 過 渡 元 素 元 素 原 子 序 數(shù) 增 加 時(shí) ， 原 子 的 有 效 核 電 荷 Z呈 現(xiàn) 周 期 性 的 變 化 。同 一 周 期 ： 短 周 期 ： 從 左 到 右 ， Z 顯 著 增 加 。C: Z =3.25 N: Z =3.90 O: Z =4.55 F: Z =5.20 長 周 期 ： 從 左 到 右 ， 前 半 部 分 有 Z 增 加 不 多 ， 后 半 部 分 顯 著 增 加 。同 一 族 ： 從

44、 上 到 下 ， Z 增 加 ， 但 不 顯 著 。 n共 價(jià) 半 徑同 種 元 素 的 兩 個(gè) 原 子 以 共 價(jià) 單鍵 結(jié) 合 時(shí) ， 其 核 間 距 離 的 一 半n金 屬 半 徑金 屬 單 質(zhì) 的 晶 體 中 ， 相 鄰 兩 原 子 的 核 間 距離 的 一 半n范 德 華 半 徑當(dāng) 原 子 間 沒 有 形 成 化 學(xué) 鍵 而 只 靠 分 子 間 的作 用 力 互 相 接 近 時(shí) ， 相 鄰 兩 原 子 的 核 間 距離 的 一 半 d n主 族 元 素 ：l從 左 到 右 r 減 小l從 上 到 下 r 增 大n過 渡 元 素 ：l從 左 到 右 r 緩 慢 減 小 ； l從 上 到

45、 下 r 略 有 增 大l四 到 五 ， 增 大l五 到 六 ， 基 本 沒 有 變 化 （ 鑭 系 收 縮 ） 鑭 系 元 素 從 左 到 右 ， 原 子 半 徑 減 小 幅 度 更 小 ，這 是 由 于 新 增 加 的 電 子 填 入 外 數(shù) 第 三 層 上 ，對 外 層 電 子 的 屏 蔽 效 應(yīng) 更 大 ， 外 層 電 子 所 受到 的 Z* 增 加 的 影 響 更 小 。鑭 系 元 素 從 鑭 到 鐿 整 個(gè) 系 列 的 原 子 半 徑 減 小不 明 顯 。 鋯 Zr 鈮 Nb 鉬 Mo 鉿 Hf 鉭 Ta 鎢 W 元 素 的 氣 態(tài) 原 子 在 基 態(tài) 時(shí) 失 去 一 個(gè) 電 子

46、成 為一 價(jià) 氣 態(tài) 正 離 子 所 消 耗 的 能 量 稱 為 該 元 素 的第 一 電 離 能 。 H (g) H+ (g) + e H0 吸 熱這 一 過 程 相 當(dāng) 于 1s態(tài) 電 子 自 由 電 子 電 離 能 I ， 表 示 元 素 的 原 子 失 去 電 子 ， 形 成 正 離 子 的能 力 的 大 小 ， 電 離 能 越 小 ， 說 明 原 子 在 氣 態(tài)時(shí) 越 易 失 去 電 子 。電 離 能 的 大 小 主 要 決 定 于 原 子 的 有 效 核 電 荷 、原 子 半 徑 和 原 子 的 電 子 層 結(jié) 構(gòu) 。 (1)同 一 周 期 自 左 至 右 ， I基 本 上 依 次

47、 增 大 ；反 常 ： Be與 B， Mg與 Al， P與 S， Zn與 Ga等電 離 能 不 僅 與 原 子 的 核 電 荷 有 關(guān) ， 也 與 元 素的 電 子 層 結(jié) 構(gòu) 有 關(guān) 。例 ： IB IO N(2s22p3) N+(2s22p2) N 半 充 滿 ， 更 穩(wěn) 定 O(2s22p4) O+(2s22p3) O+半 充 滿 ， 更 穩(wěn) 定 (2)通 常 主 族 元 素 自 上 而 下 依 次 減 小 ， 即 金 屬性 依 次 增 大 ；(3)同 一 周 期 過 渡 元 素 及 內(nèi) 過 渡 元 素 自 左 至 右電 離 能 變 化 不 大 ， 規(guī) 律 性 也 較 差 ；(4)副 族

48、 元 素 電 離 能 變 化 規(guī) 律 不 規(guī) 則 。(5)同 一 元 素 I1 I2 B C DC. 4s24p3A. 2s22p33. 同 一 周 期： C B D AD. 2s22p2C. 2s22p5 B. 2s22p3 A. 2s22. 同 一 周 期：D B A CD. 4s24p6C. 4s24p4 B. 4s24p5A. 4s24p31. 1mol 某 元 素 的 基 態(tài) 氣 態(tài) 原 子 ， 得 到 1mol 電 子 ， 形成 氣 態(tài) 負(fù) 離 子 (M) 時(shí) 所 放 出 的 能 量 ， 叫 該 元 素 的第 一 電 子 親 合 能 。 用 E1表 示 。 同 樣 有 E2， E3

49、，E4 等 。F(g) + e = F (g) H = -322 kJmol-1 則 E1 = -H = 322 kJmol-1電 子 親 合 能 E， 表 示 元 素 的 原 子 得 到 電 子 ， 形 成 負(fù)離 子 的 能 力 的 大 小 。 親 合 能 越 負(fù) ， 原 子 得 到 電 子 時(shí)放 出 的 能 量 越 多 ， 越 容 易 得 到 電 子 。非 金 屬 原 子 的 第 一 親 合 能 總 為 負(fù) 值 ； 無 法 直 接 測 定 n 同 一 周 期 ： 從 左 到 右 ， Z* 增 大 ， r 減 小 ， 最 外 層電 子 數(shù) 依 次 增 多 ， 趨 向 于 結(jié) 合 電 子 形

50、成 8 電 子 結(jié)構(gòu) ， EA 的 負(fù) 值 增 大 。 鹵 素 的 EA 呈 現(xiàn) 最 大 負(fù) 值 。特 例 ： 氮 族 元 素 ns2np3 （ 半 充 滿 ） 零 族 元 素 ns2np6 （ 全 充 滿 ）n 同 一 主 族 ： 從 上 到 下 ， 規(guī) 律 不 很 明 顯 ， 大 部 分 的 A 負(fù) 值 變 小 。特 例 ： EA(N)為 正 值 ， 是 p 區(qū) 元 素 中 除 稀 有 氣 體 外 唯 一 的 正 值 。 E A的 最 大 負(fù) 值 不 是 F 原 子 而 是 Cl 原 子 。 電 負(fù) 性 ()表 示 一 個(gè) 元 素 的 原 子 在 分 子 中 吸 引電 子 的 能 力 ；

51、電 負(fù) 性 越 大 ， 原 子 在 分 子 中 吸引 電 子 的 能 力 越 強(qiáng)電 負(fù) 性 的 標(biāo) 度 有 多 種 ， 常 見 的 有n Mulliken標(biāo) 度 (M) M 0.5(I+EA)n Allred-Rochow 標(biāo) 度 (A) n Pauling標(biāo) 度 (P) P 0.18(I+EA)規(guī) 定 氟 的 電 負(fù) 性 約 為 4.0， 其 它 元 素 與 氟相 比 ， 得 出 相 應(yīng) 數(shù) 據(jù) 。 電 負(fù) 性 標(biāo) 度 不 同 ， 數(shù) 據(jù) 不 同 ， 但 在 周 期 系 中變 化 規(guī) 律 是 一 致 的 。 電 負(fù) 性 可 以 綜 合 衡 量 各種 元 素 的 金 屬 性 和 非 金 屬 性

52、 。n同 一 周 期 從 左 到 右 電 負(fù) 性 依 次 增 大n同 一 主 族 從 上 到 下 電 負(fù) 性 依 次 變 小n金 屬 元 素 的 電 負(fù) 性 一 般 小 于 2.0， 非 金 屬 元素 的 電 負(fù) 性 一 般 大 于 2.0， F元 素 P為 4.0， 非金 屬 性 最 強(qiáng) 。 0 10 20 30 40 50 6001234 BaCsIInRuYSrRbBrAsZnCuMnScCaKClS PSiAlMgNaFON CBBeLiH相對電負(fù)性 原 子 序 數(shù) 電 負(fù) 性 依 次 減 小 的 是 1) K, Na, Li 2) O, F, N 3) O, N, B 4) As, P, N1) KNaON3) ONB 4) AsPN