§17-7多電子原子和元素周期表

描述原子中的電子運動狀態(tài)需要一組量子數(shù)()來表示其量子態(tài).(1)主量子數(shù)n=1,2,3,…決定原子中電子能量的主要因素.n越小,能級越低(2)角量子數(shù)l=0,1,2,…,(n-1)對能量有一定的影響.決定原子中電子的角動量,P245,一不講一、原子中電子的四個量子數(shù)n一定時

有n種取值

l

越小能量越低或決定原子系統(tǒng)的能量引起磁場中能級分裂.決定電子軌道角動量在外磁場中的空間取向影響電子在外磁場中的能量,產(chǎn)生精細結(jié)構(gòu).決定電子自旋角動量在外磁場中的空間取向,(4)自旋磁量子數(shù)(3)磁量子數(shù)自旋角動量也只有一個值不變,可不計入量子數(shù)組合中。

s=1/2△多電子原子中核外電子的排布要遵循泡利不相容原理能量最低原理需要說明的是

自旋量子數(shù)

只有一個值四個量子數(shù)小結(jié)名稱

取值物理意義

電子能量的主體確定的能級角動量的可能取值,對總能量有一定影響“軌道〞角動量在磁場中可能的取向能級分裂譜線精細結(jié)構(gòu)主量子數(shù)角量子數(shù)磁量子數(shù)自旋磁量子數(shù)二、泡利不相容原理

一個原子內(nèi)不可能有兩個或兩個以上的電子具有完全相同的狀態(tài)或說一個原子內(nèi)不可能有兩個或兩個以上的電子具有完全相同的一組量子數(shù)(n,l,ml,ms).

或說一個原子內(nèi)不可能有四個量子數(shù)完全相同的電子

或說不可能有兩個或兩個以上的電子處于同一個量子態(tài)P246,二下段倒1,2行1.泡利不相容原理(1925)獲1945年諾貝爾物理學獎WolfgangPauli

奧地利人

1900-1958

泡利P247,第3段2.原子中電子的殼層結(jié)構(gòu)1916年,柯塞耳提出(不管在強磁場中還是弱磁場中):多電子原子核外的電子分殼層排布.殼層:主量子數(shù)n相同的電子構(gòu)成一個殼層.對n=1,2,3,4,5,…的電子,其殼層分別用K,L,M,N,O,P…表示.支殼層:同一殼層〔n相同〕、角量子數(shù)l相同的電子構(gòu)成一個支殼層(一個殼層包含多個支殼層).對應于l=0,1,2,3,…的各支殼層,其支殼層分別用s,p,d,f,g,h…表示.P247,標題四2.原子中電子的殼層結(jié)構(gòu)1916年，柯塞耳提出:多電子原子核外的電子分殼層排布.殼層:主量子數(shù)n相同的電子組成一個殼層.

對n=1,2,3,4,5,…的電子,

其殼層分別用K,L,M,N,O,P…表示.支殼層:相同n

、角量子數(shù)l相同的電子組成一支殼層(一個殼層包含多個支殼層).

對應于l=0,1,2,3,…的各支殼層,

其支殼層分別用s,p,d,f,g,h…表示.P247,四下2-4行P247,四下2-4行說明:殼層和支殼層中所能容納的最多電子數(shù)當n、l一定時，ml可取(2l+1)個值，對每一個ml，ms可取兩個值，所以角量子數(shù)為l的支殼層上可容納的最大電子數(shù)為2(2l+1)，即一個支殼層內(nèi)電子可有2(2l+1〕種量子態(tài)。n一定時,可取n個值。所以主量子數(shù)為n的殼層內(nèi)可容納的最大電子數(shù)為:1)角量子數(shù)為l的支殼層上可容納的最大電子數(shù)為2(2l+1)2)主量子數(shù)為n的殼層中可容納的最大電子數(shù)為2n2P247,17.84式一個支殼層內(nèi)電子可有〔2l+1〕×2種量子態(tài)∴主量子數(shù)為n的殼層內(nèi)可容納的電子數(shù)為各殼層可容納的電子數(shù)殼層和支殼層中所能容納的最多電子數(shù)當n、l、ml一定時,ms可取兩個值,即不同的量子態(tài)數(shù)目為2；當n、l一定時，ml可取(2l+1)個值，對每一個ml，ms可取兩個值，所以角量子數(shù)為l的支殼層上可容納的最大電子數(shù)為2(2l+1)，即一個支殼層內(nèi)電子可有2(2l+1〕種量子態(tài)。1)角量子數(shù)為l的支殼層上可容納的最大電子數(shù)為2(2l+1)n一定時,可取n個值。所以主量子數(shù)為n的殼層內(nèi)可容納的最大電子數(shù)為:2)主量子數(shù)為n的殼層中可容納的最大電子數(shù)為2n2P247,17.84式練zP47,23附:△主量子數(shù)為n的殼層上最多能容納的電子數(shù)為2n21(K)2(L)3(M)4(N)5(O)6(P)l1(p)5(h)4(g)3(f)2(d)0(s)n22222266666101010101414141818222818325072思考：根據(jù)泡利不相容原理，在主量子數(shù)n=4的電子殼層上最多可能有電子數(shù)為〔〕個。即教案4一個電子可能的狀態(tài)KLMn123l0s0s1p0s1p2dml00-1010-101-2-1012msKL1L2M1M2M3狀態(tài)數(shù)2262610818附表1思考：當n、l、ml一定時，ms可取兩個值，那么不同的量子態(tài)數(shù)目為多少?(2)Nn4l0s1p2d3fml0-101-2-1012-3-2-10123msN1N2N3N4狀態(tài)數(shù)26101432一個電子可能的狀態(tài)B附表2在氫原子的K殼層中，電子可能具有的量子數(shù)〔n,l,ml,ms)是〔〕。練教案2，即B(1,0,-1,1/2)A(1,0,0,1/2)C

(1,1,0,-1/2)D(2,1,0,-1/2)練zP47,23練zP40,11三、能量最低原理表述:“電子優(yōu)先占據(jù)最低能級〞P247,第2段說明:多電子系統(tǒng)原子的能級狀況1)一般：n越小，對應能級越低；

n相同,l越小,對應能級越低；主殼層填充次序K,L,M,N,O,P…s,p,d,f,g,h…

根據(jù)現(xiàn)有的知識，我們還無法確定究竟哪個殼層的能量最低，因要用到量子力學才能在理論上給出。下面給出電子填入殼層的經(jīng)驗規(guī)律。P247,第1段,3-4行支殼層填充次序指出:一般為原子序數(shù)Z不大于18的情況.能級的電子殼層圖其值越大,能級越高四、元素周期表2)對原子外層電子能級上下遵循規(guī)律——徐光憲定那么：P247,第1段,倒第1,2行指出:一般為原子序數(shù)Z大于18的情況.現(xiàn)在常用的元素周期表那么是根據(jù)量子力學理論(多電子原子中核外電子的排布要遵循:泡利不相容原理和能量最低原理),按原子序數(shù)和電子的殼層結(jié)構(gòu)排列出來的,它更科學、更符合實驗。如:……..P248，第2行各態(tài)能量順序P248，第4行開始鉀(K)原子基態(tài)的電子組態(tài)

1s22s22p63s23p64s1

指出:1〕原子的電子殼層結(jié)構(gòu),也叫原子的組態(tài)(電子組態(tài)),可以用符號表示,如:氫(H)原子基態(tài)的電子組態(tài)1s1,這種獲得電子組態(tài)的方法通常稱為構(gòu)造原理.2〕元素周期表最初是門捷列夫按原子量大小順序排列出來的,而現(xiàn)在常用的元素周期表那么是根據(jù)量子力學理論,按原子序數(shù)和電子的殼層結(jié)構(gòu)排列出來的,它比原始周期表更科學、更符合實驗。P248,表17-2及以上兩段結(jié)束練教案3,即練教案1結(jié)束氬(Z=18)原子基態(tài)的電子組態(tài)是().(A)1s22s82p8

(B)1s22s22p63d8

(C)1s22s22p63s23p6

(D)1s22s22p63s23p43d2

附、能量最低原理內(nèi)容:“電子優(yōu)先占據(jù)最低能態(tài)〞ZeKLMnl1021032103d3p3s2p2s1sn=1n=2n=3先看表1后再解釋能級的電子殼層圖2)電子填入殼層的經(jīng)驗規(guī)律其值越大,能級越高五、元素周期表

縱觀元素周期表中各元素核外電子的分布，我們發(fā)現(xiàn)電子在填充過程中遵循如下規(guī)律：對原子外層電子能級上下遵循規(guī)律——徐光憲定那么：P247,第1段,倒第1,2行1.按原子序數(shù)和電子的殼層結(jié)構(gòu)來排列.

各殼層和支殼層所能容納的最大電子數(shù)受泡利不相容原理的制約。指出:一般:原子序數(shù)Z大于18的情況.附:

說明:1)在原子序數(shù)Z不太大時,電子能級由主量子數(shù)n決定,n越小,能級越低,電子一般按n由小到大順序填入各能級.由最低能級n=1的K層開始填起,一個殼層填滿后再填下一個殼層.

殼層容納的最大電子數(shù)為2n2，支殼層容納的最大電子數(shù)為2(2l+1).2.基態(tài)是原子能量最低狀態(tài)，因此，逐一增加電子時，被加電子要盡可能填在能量最低狀態(tài)，即受能量最低原理的制約。2)在原子序數(shù)Z較大時,能級上下次序與主量子數(shù)n的次序不一致,能級上下由徐光憲法那么:n+0.7l確定,電子首先填充低能級.或電子是按光譜實驗歸納的,各態(tài)能量順序從低能級到高能級在各支殼層上填充(見P248,第3行).這就會出現(xiàn)在前一殼層尚未填滿時,電子就填入下一殼層的現(xiàn)象.第一周期2個元素，第二周期8個元素，電子填充很有規(guī)律。逐一增加電子時，從內(nèi)向外進行填充；第三周期一直到18號元素氬(Ar)為止，電子的填充都是從內(nèi)向外進行，到氬時3p支殼層被填滿，但3d支殼層還全空著，下一個元素鉀(K)的第19個電子是填3d還是填4s呢？按徐光憲法那么,3d(n=3,l=2)的(n+0.7l=4.4),而4s(n=4,l=0)的(n+0.7l=4),可見,4s態(tài)的能量比3d態(tài)的能量還小,故這個價電子放棄3d軌道。而進入4s軌道，從而開始了下一周期。這是由能量最小原理決定的。鉀(K)原子基態(tài)的電子組態(tài)

1s22s22p63s23p64s1

指出:1〕原子的電子殼層結(jié)構(gòu),也叫原子的組態(tài)(電子組態(tài)),可以用符號表示,如:氫(H)原子基態(tài)的電子組態(tài)1s1,這種獲得電子組態(tài)的方法,統(tǒng)稱稱為構(gòu)造原理.2〕元素周期表最初是門捷列夫按原子量大小順序排列出來的,而現(xiàn)在常用的元素周期表那么是根據(jù)量子力學理論,按原子序數(shù)和電子的殼層結(jié)構(gòu)排列出來的,它比原始周期表更科學、更符合實驗。練教案1,即05-10,ZP40,14結(jié)束〔1〕原子核外電子數(shù)等于該原子的原子序數(shù)，各殼層和支殼層所能容納的最大電子數(shù)受上述規(guī)律制約。〔即受泡利不相容原理制約〕〔2〕每個殼層的最大電子容量是：2、8、18、32、……；而各周期的元素依次是：2、8、8、18、……。可見兩者并不一致；這說明：某一殼層尚未填滿，電子會開始填一個新的殼層。〔3〕基態(tài)是原子能量最低狀態(tài)，因此，逐一增加電子時，被加電子要盡可能填在能量最低狀態(tài)。〔即受能量最小原理制約〕附：電子在填充遵循的規(guī)律

第一周期2個元素，第二周期8個元素，電子填充很有規(guī)律。逐一增加電子時，從內(nèi)向外進行填充；第三周期一直到18號元素