材料化学07原子结构.ppt

角量子数(l) 决定原子轨道或电子云角度部分的形状 l = 0 — 球形 l = 1 — 双球(哑铃)形 l = 2 — 花瓣形 决定电子角动量的大小 在多电子原子中和 n 共同决定电子的能量 不同的 l 值代表不同的电子亚层 0　1　2　3　…….. s p d f ……... 磁量子数(m) 决定原子轨道或电子云角度部分的空间取向， 即原子轨道数目 取值： 0，±1, ±2……±l 自旋量子数(ms) 表示电子两种不同的自旋状态 取值： ±1/2 四个量子数间的制约关系 n = 4 l 0 1 2 3 m m m m 0 -1,0,1 -2,-1,0,1,2 -3,-2,-1,0,1,2,3 ? n 个亚层 ? n2 个轨道 n, l, m 一定，轨道也确定 l 0 1 2 3 m m m m n = 4 0 -1,0,1 -2,-1,0,1,2 -3,-2,-1,0,1,2,3 s轨道 p轨道 d轨道 f 轨道 例：用四个量子数表示 Cr 的价层电子。 Cr：3d54s1 n l m ms 3 2 - 2 1/2 3 2 - 1 1/2 3 2 0 1/2 3 2 1 1/2 3 2 2 1/2 4 0 0 1/2 练习： 1. 假定有下列电子的各套量子数，指出哪几套 不可能存在，并说明理由。 ?3，2，2，1/2； ?3，0，-1，1/2； ?2，2，2，2； ?1，0，0，0； ?2，-1，0，1/2； ?2，0，-2，1/2。 2. 以下各“亚层”哪些可能存在？包含多少轨道？ 解释之。 ? 2s； ?3f； ?4p； ?5d。 7.3 原子核外电子的排布和元素周期表 7.3.1 基态原子的核外电子排布 核外电子排布三原则 保里(Pauli)不相容(incompatibility)原理 在同一原子中，不可能存在 四个量子数完全相同的电子 ( 即每一轨道最多容纳两个自旋方向相反的电子) 思考题： s,p,d,f各亚层和每个电子层的最大电子容量是多少？ 能量最低原理(lowest energy principle) 电子在核外排列应尽先分布在低 能级轨道上，使整个原子能量最低 多电子原子轨道的能级： 与主量子数 n 和角量子数 l 有关 l 相同，n 不同时，n 越大，轨道能量越高 E2p E3p E4p E5p …… n 相同，l 不同时，l 越大，轨道能量越高 E4s E4p E4d E4f n 、l 均不同时，有时发生能级交错 E6s E4f E5d E6p n 、l 都相同(简并轨道)时，能级相同 E2px = E2py = E2pz 注：在氢原子中，原子轨道的能级只与主量子数有关 即：E3s = E3p = E3d Pauling近似能级图(P243) 1s 2s 3s 4s 5s 6s 7s 2p 3p 3d 4p 4d 5p 4f 5d 6p 5f 6d 7p 核外电子填充次序图 Cotton原子轨道能级图(P244) 洪特(Hund)规则 在 简并轨道上排布的电子将尽可 能占据 m 值不同的轨道且自旋方 向相同(自旋平行) 特例：简并轨道处于全充满(p6、d10、f14)或半充 满(p3、d5、f7)时，能量较低，比较稳定 如：C：1s22s22p2 核外电子排布式与价层电子构型 核外电子排布式 按照原子轨道的 n 和 l 从低到高，用光谱符号将原 子轨道排序，填入的电子写在光谱符号的右上角 例：N：1s22s22p3 Fe： 1s22s22p6 3s23p63d64s2 Cu：1s22s22p6 3s23p63d104s1 Cr：1s22s22p6 3s23p63d54s1 [Ar]3d54s1 [Ar]3d64s2 [Ar]3d104s1 注：(1) 电子的填充