高等无机化学课件(二).ppt

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1、高等无机化学1-1-2第二节原子的电子结构一、单电子原子的结构二、多电子原子的结构一、单电子原子的结构(一）影响单电子原子核外电子能量状态的基本因素（二）单电子原子轨道的能量(一）影响单电子原子核外电子能量状态的基本因素核外电子的量子化特征表现在，薛定谔方程只有在某些特定条件下，才有合理的解(有确定的波函数)。表示这些特定条件的物理量称为量子数，其中表示轨道运动状态的量子数有：主量子数（ｎ）角量子数（ｌ）磁量子数（ｍ）自旋量子数（ms）--求解薛定谔方程的过程中自然产生施登-盖拉赫（Stern-Gerlach）通过电子自旋实验提出的假设既然电子的

2、运动状态是不连续的，因此四个量子数的取值也是不连续的。四个量子数的名称、符号、取值及其意义见表1-6。运动方式名称符号取值范围意义轨道运动主量子数ｎ1，2，3…∞K，L，M，Nn值愈大，电子层数愈大，原子轨道半径愈大，能量愈高。角量子数ｌ0123（ｎ－１）s，p，d，f，决定原子轨道的角度分布形状。磁量子数ｍ０，±１，±２，…，±ｌ反映了原子轨道在空间的不同取向。自旋运动自旋量子数ｍｓ±１/２代表电子的两种自旋运动状态。结论：1。表示轨道运动的三个量子数的组合对应着一个原子轨道，称为电子的一个量子态，2。由于这三个量子数之间存在着特定的制约关系，

3、使主量子数n对应的每一个电子层中，原子轨道种类和个数都是明确的。3。虽然单电子体系中，原子核外只有一个电子，但这些不同电子层和不同原子轨道的存在，表明原子核外的一个电子有可能出现的能量状态。表1-7为量子数与原子轨道的对应关系。主量子数角量子数磁量子数轨道符号1001s表1-7为量子数与原子轨道的对应关系。主量子数角量子数磁量子数轨道符号2002s102pZ2pX2pY表1-7为量子数与原子轨道的对应关系。主量子数角量子数磁量子数轨道符号3003s103pZ3pX3pY203d（z2）3dXY3dYZ3d（x2-y2）3dXY（二）单电子原子轨道

4、的能量求解单电子原子体系的薛定谔方程，可以得到某一状态下原子轨道的能量：或者：=-B（）B=13.6ev=2.179×１０－１８J式中n为主量子数，Z为核电荷数。氢原子的Z=1，故公式改为：=-BB=13.6ev=2.179×１０－１８J）讨论：1。由式可见，n越大，原子轨道的能量越高。2。因为涉及能量E的计算公式中，并不包含角量子数l和磁量子数m，所以同一电子层内的所有原子轨道的能量都是简并的。3。单电子体系原子轨道的能级顺序如下：量子力学模型与玻尔的原子结构模型有着本质的区别：1．量子力学模型可以解决多电子原子问题，而玻尔理论对多电子原子无能

5、为力。2．用波函数能解释原子的其他一些性质，如光谱线的强度等，而玻尔理论不行。3．量子力学模型在求解薛定谔方程中，通过边界条件自然地出现量子数的概念。而玻尔理论中量子数是人为规定的。4．在玻尔理论中，电子占据着像行星绕太阳运行那样明确的轨道，这与事实不相符。在量子力学模型中，电子占据离域轨道，所谓原子轨道是指原子核外电子的某种能量状态，原子轨道半径是指电子出现几率最大的区域离核的距离。实验证明支持薛定谔方程所得的图像。二、多电子原子的结构（一）原子的电子组态(二）原子的电子光谱项和电子光谱支项（一）原子的电子组态1.原子的电子组态的表示形式2．多

6、电子原子核外电子的排布原则3．原子核外电子的排布顺序4．原子的电子组态1.原子的电子组态的表示形式原子的电子组态是原子核外电子能量状态的一种表示形式直接用原子核外的电子排布式所表示。例如:Na原子的电子组态为：表示为[Ne]简称为组态。表示了不同原子中电子的主量子数n、角量子数l的区别，价层电子原子实如果将原子的电子组态用原子轨道能级图表示，则可进一步表示电子的磁量子数和自旋量子数的差异。2S↑↓2P↑↓↑↓↑↓1S↑↓3S↑图1-4Na原子的原子轨道能级图2．多电子原子核外电子的排布原则（1）泡利(W．Pauli)不相容原理（2）最低能量原理（

7、3）洪特(Hund)规则分述如下：（1）泡利(W．Pauli)不相容原理“在同一原子中没有四个量子数完全相同的电子。”或者：“同一原子轨道只能容纳两个自旋相反的电子。”由于每一电子层、每一电子亚层的轨道数确定，因此所能容纳的电子数目也是一定的。表1-8原子轨道与电子最大容量（2）最低能量原理“在不违背泡利原理的前提下，核外电子在各原子轨道中的排布方式应使整个原子的能量处于最低的状态。”因此，应当按照轨道的能量从低到高的顺序填充电子。可是，在多电子原子中，由于电子之间复杂的相互作用，无法精确求出薛定谔方程的解析解，只能用近似方法处理。①钻穿效应指定

8、电子i避开其余电子的屏蔽，其电子云钻到近核区，受到较大的核电荷作用，使其能级降低的效应。钻穿效应把指定电子i看作主体，一般是指价电子对内