【正文】 學(xué)中軌道的說法來表示波函數(shù)，把一個(gè)波函數(shù)稱為一個(gè)“原子軌道”。電子的運(yùn)動(dòng)決不是宏觀物體那樣沿著某個(gè)確定的軌道做運(yùn)動(dòng)，這兒的“軌道”只是一種比喻的說法。 2） 從粒子的觀點(diǎn)看 ，對(duì)光的衍射現(xiàn)象，光的衍射極大值處找到光子的幾率最大，極小值處找到光子的幾率最小。 根據(jù)波恩的解釋，波函數(shù)本身并沒有直接的物理意義，有物理意義的是波函數(shù)模的平方。 注意： 在空間某處 附近找到粒子的幾率除和波函數(shù)平方值大小有關(guān)外，還和這個(gè)區(qū)域的大小有關(guān)。波函數(shù)的概念也和通常的經(jīng)典波的概念不同，它既不代表介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的傳播過程，也不是那種純粹經(jīng)典的場(chǎng)量，而是一種比較抽象的幾率波。首先，它代表了電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，它既有大小，又有正負(fù)；其次，從它的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以求出電子的各種性質(zhì)，如：能量、角動(dòng)量等；另外，波函數(shù)的平方 |Ψ|2可以反映 電子在核外空間某微小體積內(nèi)出現(xiàn)的幾率大小，即幾率密度 （玻恩的幾率解釋）： ???dd?2波函數(shù)的數(shù)學(xué)形式非常復(fù)雜，求解薛定諤方程的過程非常復(fù)雜，而且至今只能對(duì)最簡(jiǎn)單的氫原子、類氫離子（ He+)的方程 精確求解 ，對(duì)多電子原子只能近似求解。求解的結(jié)果表明，波函數(shù) Ψ 的具體表達(dá)式與這三個(gè)量子數(shù)有關(guān)，當(dāng)這三個(gè)量子數(shù)一定， Ψ 的表達(dá)形式就一定。而 Y(θ,φ)代表波函數(shù)的角度部分，有兩個(gè)變量。 2..… .177。它只有兩個(gè)取值， 177。“ ↑↓”表示自旋相反，“ ↑↑”表示自旋平行。 取值范圍： n＝ 1， 2， 3， 4…… 正整數(shù) n越大，說明電子離核的平均距離越遠(yuǎn)，電子的能量越高。我們用角量子數(shù) l 來代表 電子亞層 ， 同時(shí)， l 還確定了 原子 軌道的形狀 。也就是說，第三電子層有三個(gè)亞層，分別是： 3s、 3p、 3d。 取值范圍： m＝ 0， 177。 l＝ 2， m＝ 2， 1， 0， +1， +2。 就象地球除了繞太陽公轉(zhuǎn)外，還有自轉(zhuǎn)一樣。 也就是說電子的自旋運(yùn)動(dòng)狀態(tài)只有兩種。 表示電子處于 2pz軌道，自旋方向?yàn)? 21?或“ ↑”。 YR rr ),()(),( ????? ??四、原子軌道的空間圖像 每個(gè)原子軌道都有與之相應(yīng)的波函數(shù)，根據(jù)不同的波函數(shù)，可以得到不同的原子軌道圖形 。 氫原子軌道徑向分布圖 由圖形可看出徑向分布圖特點(diǎn)如下： (1)在 r =0處， D(r)=0，表明在原子核上發(fā)現(xiàn)電子的幾率為零。如 3p的徑向分布圖中，極大值數(shù)為 nl＝ 3－ 1＝ 2，極小值為 nl－ 1=3－ 1－ 1＝ 1。 氫原子各種狀態(tài)徑向分布圖的比較 以 θ、 φ為自變量，以 Y值為函數(shù)值，畫出 Y),( ??的圖形，就是原子軌道的角度分布圖，也就是它的空間圖像。前面我們說原子軌道的形狀，實(shí)際上就是它的角度分布圖的形狀。 注意： 20 原子軌道的形狀與 n無關(guān)，不管 n是幾，其 s、 p、 d軌道的形狀都是一樣的。 |Ψ|2 ∝ ρ 為了形象的描述核外電子的幾率分布情況，化學(xué)上習(xí)慣用小黑點(diǎn)疏密來表示電子出現(xiàn)的幾率密度的相對(duì)大小，小黑點(diǎn)越密，表示該處單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)越多，幾率密度越大。（ 169。也就是說，電子處于不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，就具有不同的能量狀態(tài)，這些能量狀態(tài)也是量子化的，不連續(xù)的，稱為 原子軌道的能級(jí) 。 圖形形狀比原子軌道要小一號(hào)。 虛框表示能量近似的軌道，構(gòu)成一個(gè)能級(jí)組。 例如： 3d軌道和 4s軌道 3d軌道 : (n + )= 3 + 2 = 4s軌道 : (n + )= 4 +0 =4 所以 E3d E4s， 3d和 4s屬同一能級(jí)組。 ? 1）能級(jí)分裂 H原子， n相同， l不同， Ens＝ Enp＝ End＝ Enf 多電子原子， n相同， l增大，鉆穿作用減小，屏蔽作用增大， E增大。 E＝－ 在多電子原子中，一個(gè)電子不僅受到原子核的吸引，還受到其它電子的排斥。 1)位于被屏蔽電子右邊的各組對(duì)被屏蔽電子 σ ＝ 0，即外層電子對(duì)內(nèi)層電子沒有屏蔽作用。 解： 21Sc 電子分組情況： （ 1s)2(2s2p)8(3s3p)8(3d)1(4s4p)2 3s電子： σ =2＋ 8 ＋ 7 = 3d電子： σ ＝ 1 18＝ 18 所以： E3s＝－ ()2/32= E3d＝－ (2118)2/32= E3s不等于 E3d，發(fā)生能級(jí)分裂現(xiàn)象。這種 外層電子鉆到內(nèi)層空間而靠近原子核的現(xiàn)象稱為鉆穿作用?？梢姡?3s電子被內(nèi)層電子屏蔽最少，受核吸引力較大，其能量最低；而 3p及 3d電子鉆入內(nèi)層的程度依次減少，內(nèi)層電子對(duì)它的屏蔽作用依次增強(qiáng)，故使它們的能量相繼增大。 軌道的穿透能力通常按 ns、 np、 nd、 nf的順序減小，導(dǎo)致主量子數(shù)相同的軌道能級(jí)按 Ens Enp End Enf 的順序分裂。圖中橫坐標(biāo)為原子序數(shù)，縱坐標(biāo)為軌道能量。 從圖中又能清楚地看出原子序數(shù)為 19（ K）和 20（ Ca）附近發(fā)生的能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象。 ? 2 說明多電子原子軌 ?道能量相對(duì)高低與原子序數(shù) ?的關(guān)系。 167。所以每一層中最多容納的電子數(shù)為： 2n2。通過量子力學(xué)的計(jì)算證明，這樣分布可以使體系處于能量最低狀態(tài)。 總之，副族和 VIII族元素（ d區(qū)和 ds區(qū)）的最高氧化數(shù)可等于最外層電子數(shù)與次外層電子數(shù)之和（最高為8）。 B、寫出 34Se的電子分布式及價(jià)層電子構(gòu)型？ 解： 34Se的近似能級(jí)順序?yàn)?1s22s22p63s23p64s23d104p4， ?其屬第四周期， VIA族， p區(qū)，電子構(gòu)型為 34Se： 1s22s22p63s23p63d104s24p4， 價(jià)層電子分布為 34Se： 4s24p4。 徐光憲先生總結(jié)出：在失去電子時(shí)，（ n+)之大的電子能量高，先失去?，F(xiàn)代人演繹為“ 元素的許多性質(zhì)隨著原子量的遞增呈現(xiàn)出周期性的變化 。還根據(jù)左鄰右舍的性質(zhì)對(duì)待發(fā)現(xiàn)的元素性質(zhì)作預(yù)言，在周期表中留下空位，后來證實(shí)他的預(yù)言具有較高的準(zhǔn)確性。元素排列的順序稱原子序數(shù)，即等于核電核數(shù)，也等于原子中的電子數(shù)。 牛頓說過：我是站在巨人肩膀上的。每一橫行為一個(gè)周期，隨著元素原子序數(shù)的遞增，核外電子數(shù)也逐漸遞增，電子層數(shù)越來越多。外層電子構(gòu)型相同或相近、化學(xué)性質(zhì)相似的元素劃為一族，排在同一列中。當(dāng)原子失去電子形成離子時(shí)，不論是主族元素還是副族元素，均先失去的是最外層電子，因此往往會(huì)引起電子層數(shù)的減少；但在書寫離子的電子分布式時(shí)，則應(yīng)按照主量子數(shù)大小的順序進(jìn)行。 n＝ 4，最外層電子數(shù)＝ 7，外層電子構(gòu)型： 5244 ps∴ 電子分布式： ? ? 5210 443 psdAr →35號(hào) Br 元素的性質(zhì)決定于核外電子的分布。通常說的半徑是指原子在形成化學(xué)鍵或者相互接觸時(shí)，最接近的兩個(gè)原子核之間的距離的一半。 （非金屬元素） 金屬半徑（ rm,metallic） ：金屬單質(zhì)的晶體中，兩個(gè)相鄰金屬原子核間距的一半，稱為該金屬原子的金屬半徑。 如，氖（ Ne)的范德華半徑為 160pm。 同族中：從上到下，雖然核電荷數(shù)逐漸增大，對(duì)外層電子吸引力增強(qiáng)，但電子層數(shù)也逐漸增多。 Zr Nb Mo Hf Ta W pm 145 134 130 144 134 130 原子半徑的大小與原子得失電子的能力有密切關(guān)系。 ??? ?? ? ))( geg M （基態(tài)原子 第一電離能（ I1） ??? ? ?? ? 2 )()( geg MM 第二電離能（ I2） 原子半徑在周期表中的變化趨勢(shì) 元素電離能越小，說明元素的原子或離子越容易失去電子；越大，說明元素的原子或離子越難失去電子。副族元素除 Ⅲ B族外，其它副族元素從上到下金屬性有逐漸減小的趨向。第二、三周期元素從左到右電離能變化有兩個(gè)轉(zhuǎn)折。稀有氣體原子外層電子構(gòu)型 ns2np6 和堿土金屬外層電子型 ns2以及具有 (n1)d10ns2 構(gòu)型的 Ⅱ B族元素，都屬于軌道全充滿構(gòu)型，它們的電離能較大。一般來說，具有 p3， d5 ， f7 等半滿電子構(gòu)型的元素電離能較大，即比前、后元素的電離能都要大。 同一周期 元素 從左到右，隨核電荷數(shù)升高，原子半徑減小，核對(duì)外層電子吸引力增大，所以電離能逐漸增大。 電離能的變化規(guī)律 同一主族中：從上到下，電子層數(shù)越來越多，半徑越來越大，核對(duì)外層電子吸引力越來越小，所以電離能逐漸減小。（但稀有氣體元素是個(gè)例外，它們本身具有非常穩(wěn)定的電子結(jié)構(gòu)，所以既不容易得電子，也不易失電子。主族的變化趨勢(shì)較明顯，副族較弱一些。 變化規(guī)律： 同周期中：在短周期（一、二、三周期）中，從左到右，隨原子序數(shù)增大，核電荷數(shù)增多，核對(duì)外層電子吸引力增強(qiáng)，原子半徑逐漸減??； 數(shù)量級(jí)： 長(zhǎng)周期（四、五、六、七）中：主族元素原子半徑的變化趨勢(shì)與短周期相同，而副族元素原子半徑從左到右減小趨勢(shì)較弱，因?yàn)楦弊逶氐淖詈笠粋€(gè)電子是填入次外層d軌道，這樣就抵消了一部分核對(duì)外層 s電子的吸引力（ 屏蔽作用 ），所以有效核電荷數(shù)隨原子序數(shù)增加而增加的趨勢(shì)減緩，因而原子半徑的減小趨勢(shì)也比較弱。（金屬元素） 原子半徑概念示意圖 （ r1為金屬半徑， r2為共價(jià)半徑， r3為 Van der Waals半徑） 范氏半徑（ rV） ： 稀有氣體在凝聚態(tài)時(shí)，原子之間不是靠化學(xué)鍵結(jié)合而是靠微弱的分子間作用力（范德華力）結(jié)合在一起，取固相中相鄰原子核間距的一半作為原子半徑稱為范德華半徑。如果沒有特別指明，通常指的是形成共價(jià)單鍵時(shí)的半徑。 167。 反過來，已知元素在周期表中的位置，也應(yīng)該能夠?qū)懗鏊碾娮臃植际?，確定是什么元素。 族數(shù)＝外層電子數(shù) 主族：最外層電子數(shù)； 副族：最外層＋次外層 d軌道電子數(shù) ★ 但 Ⅰ B、 Ⅱ B、 Ⅷ 例外： Ⅰ B、 Ⅱ B： 2110)1( ?? nsdnⅧ ： 286)1( nsdn ??三、區(qū) 除了按周期和族劃分外，還可以根據(jù)元素外層電子構(gòu)型的 特征把周期表分為五個(gè)區(qū)（ 169。 ∴ 周期數(shù)＝原子的電子層數(shù)。 現(xiàn)代元素周期表 現(xiàn)在的元素周期表，共有 109種元素，橫向可以分為七個(gè)周期，縱向分為八個(gè)主族、八個(gè)副族，根據(jù)外層電子構(gòu)型的特點(diǎn)，還可以分為五個(gè)區(qū)。 門捷列夫 高明之處 為： 1 根據(jù)分子量排列 2 估計(jì)當(dāng)時(shí)測(cè)定的原子量可能有錯(cuò)誤 3 在排列過程中讓出空位，意識(shí)到可能有未發(fā)現(xiàn)的元素。但由于門捷列夫所處時(shí)代的限制，使他還不可能認(rèn)識(shí)到元素周期表的內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律。同年，德國(guó)化學(xué)家邁耶（ Meyer L）也發(fā)表了類似結(jié)果：元素性質(zhì)是原子量的周期函數(shù)，并在論文中提供了一張?jiān)芋w積隨原子量變化的曲線圖?；瘜W(xué)家為探索其內(nèi)在聯(lián)系，提出了各式各樣元素分類法，如：德國(guó)化學(xué)家德伯頓納的“三素組”元素分類法，英國(guó)化學(xué)家紐蘭茲（ Newlands）的“八音律”元素分類法等。 原子失去電子生成離子，原子總是首先失去能量高的電子，但是要注意到，在原子的基態(tài)時(shí)，原子核外電子的能量高低順序與電子填充時(shí)的原子軌道的能量高低順序不同，基態(tài)的原子其核外電子的能量不存在能級(jí)交錯(cuò)的現(xiàn)象，主量子數(shù)大的原子軌道中的電子能量高。 元素離子的外層電子構(gòu)型： A、寫出 29Cu的電子分布式和價(jià)層電子構(gòu)型，所屬周期、區(qū)、族及其離子的外層電子構(gòu)型？ 解： 29Cu： 1s22s22p63s23p63d104s1， 價(jià)層電子構(gòu)型為 29Cu： 3d104s1，故屬第四周期， ds區(qū)，IB，其常見離子有 Cu+、 Cu2+。 29號(hào) Cu，也符合洪特規(guī)則特例： 29Cu： 11062622 4333221 sdpspss★ 書寫電子分布式的注意事項(xiàng)： 10 軌道順序按主量子數(shù)由小到大排列，而電子的填充按軌道能級(jí)順序由低到高填入。 所以，根據(jù)鮑林能級(jí)圖，電子應(yīng)首先排在 1s，然后依次是 2s、 2p、 3s。 如果兩個(gè)電子 n、 l、 m 都相同，那么 其自旋狀態(tài)一定相反。 電子在核外的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是決定元素化學(xué)性質(zhì)的關(guān)鍵因素，所以人們對(duì)各元素核外電子的分布進(jìn)行了深入研究，通過總結(jié)大量光譜實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，得出了所有元素（已發(fā)現(xiàn)）核外電子的分布情況（ P92 表 34）并從中總結(jié)出了 核外電子分布三原則 ，有了這三個(gè)原則，我們就不必耗費(fèi)精力去記住每種元素的核外電子排布，只要知道了原子序數(shù)，根據(jù)三原則，就可以很快把排