【正文】 外電子排布，只要知道了原子序數(shù)，根據(jù)三原則，就可以很快把排布式寫出來。 所以，根據(jù)鮑林能級圖，電子應(yīng)首先排在 1s，然后依次是 2s、 2p、 3s。 元素離子的外層電子構(gòu)型： A、寫出 29Cu的電子分布式和價層電子構(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+?；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：德國化學(xué)家德伯頓納的“三素組”元素分類法，英國化學(xué)家紐蘭茲（ Newlands）的“八音律”元素分類法等。但由于門捷列夫所處時代的限制，使他還不可能認(rèn)識到元素周期表的內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律。 現(xiàn)代元素周期表 現(xiàn)在的元素周期表，共有 109種元素，橫向可以分為七個周期，縱向分為八個主族、八個副族，根據(jù)外層電子構(gòu)型的特點(diǎn)，還可以分為五個區(qū)。 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區(qū)（ 169。 167。（金屬元素） 原子半徑概念示意圖 （ r1為金屬半徑， r2為共價半徑， r3為 Van der Waals半徑） 范氏半徑（ rV） ： 稀有氣體在凝聚態(tài)時，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。主族的變化趨勢較明顯，副族較弱一些。 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，核對外層電子吸引力越來越小，所以電離能逐漸減小。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。第二、三周期元素從左到右電離能變化有兩個轉(zhuǎn)折。 ??? ?? ? ))( 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 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。 同族中：從上到下，雖然核電荷數(shù)逐漸增大，對外層電子吸引力增強(qiáng)，但電子層數(shù)也逐漸增多。 （非金屬元素） 金屬半徑（ rm,metallic） ：金屬單質(zhì)的晶體中，兩個相鄰金屬原子核間距的一半，稱為該金屬原子的金屬半徑。 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 Br 元素的性質(zhì)決定于核外電子的分布。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。 牛頓說過：我是站在巨人肩膀上的。還根據(jù)左鄰右舍的性質(zhì)對待發(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。 徐光憲先生總結(jié)出：在失去電子時，（ n+)之大的電子能量高，先失去。 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）。所以每一層中最多容納的電子數(shù)為： 2n2。 ? 2 說明多電子原子軌 ?道能量相對高低與原子序數(shù) ?的關(guān)系。圖中橫坐標(biāo)為原子序數(shù)，縱坐標(biāo)為軌道能量。可見， 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)層電子對它的屏蔽作用依次增強(qiáng)，故使它們的能量相繼增大。 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)生能級分裂現(xiàn)象。 E＝－ 在多電子原子中，一個電子不僅受到原子核的吸引，還受到其它電子的排斥。 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屬同一能級組。 圖形形狀比原子軌道要小一號。（ 169。 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。 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。 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。 表示電子處于 2pz軌道，自旋方向為 21?或“ ↑”。 就象地球除了繞太陽公轉(zhuǎn)外，還有自轉(zhuǎn)一樣。 取值范圍： m＝ 0， 177。我們用角量子數(shù) l 來代表 電子亞層 ， 同時， l 還確定了 原子 軌道的形狀 。“ ↑↓”表示自旋相反，“ ↑↑”表示自旋平行。 2..… .177。求解的結(jié)果表明，波函數(shù) Ψ 的具體表達(dá)式與這三個量子數(shù)有關(guān)，當(dāng)這三個量子數(shù)一定， Ψ 的表達(dá)形式就一定。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)動的傳播過程，也不是那種純粹經(jīng)典的場量，而是一種比較抽象的幾率波。 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。電子的運(yùn)動決不是宏觀物體那樣沿著某個確定的軌道做運(yùn)動，這兒的“軌道”只是一種比喻的說法。 薛定諤方程是微觀粒子的運(yùn)動方程，是一個二階偏微分方程，是整個量子力學(xué)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。 二、波函數(shù)與原子軌道 在經(jīng)典物理中宏觀物體的運(yùn)動狀態(tài)可以根據(jù)經(jīng)典力學(xué)的方法，用坐標(biāo)和動量來描述。 宏觀物體可處于任意的能量狀態(tài)，體系的能量可以為任意的、連續(xù)變化的數(shù)值；微觀粒子只能處于某些確定的能量狀態(tài)，能量的改變量不能取任意的、連續(xù)的數(shù)值，只能是分立的，即量子化的。反映的是物質(zhì)的波性，并非儀器精度不夠。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一束電子流以一定速度通過晶體粉末（晶體起光柵的作用）時，在照相底片上出現(xiàn)的不是一個點(diǎn)，而是一系列因電子衍射所產(chǎn)生的明暗交替的同心圓。光的波粒二象性： hvmcE ?? 2?hmcp ?? 與實(shí)物相作用的現(xiàn)象（粒子性） 與光的傳播有關(guān)的現(xiàn)象（波動性） 光的輻射、吸收、光電效應(yīng)； 光的干涉、衍射。在精密分光鏡下觀察氫原子光譜，發(fā)現(xiàn)每條譜線還可以分裂為幾條波長相差甚微的譜線，在磁場作用下，各條譜線還可以分裂為幾條譜線。每個能級的能量公式： JneVnE 2182101 7 ??????（ n=1,2,3… ） 原子在常態(tài)時，電子盡可能處于能量最低的軌道，這種狀態(tài)稱為 基態(tài) 。 二、玻爾理論 （一）定態(tài)軌道： 核外電子不能再任意的軌道上運(yùn)動，只能沿某些特許的圓形軌道運(yùn)動。 光子學(xué)說： （ 1）光的能量是不連續(xù)的，也是量子化的。偏振現(xiàn)象，波的傳播需要介質(zhì)（以太， ether的尋找）。例如，宏觀上時間的變化是連續(xù)的（微觀是量子化的，量子數(shù)很?。?，電量（微觀量）有最小單位 1e = 1019 C， ?電量是量子化的。 原子光譜在一定程度上反映了原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。 167。他認(rèn)為 原子中心有一個極小的核，他幾乎之中了遠(yuǎn)在的全部質(zhì)量，并帶有 Z個正電荷，在核周圍有 Z個電子就像行星繞太陽一樣繞核運(yùn)轉(zhuǎn)。 他第一次從物質(zhì)結(jié)構(gòu)的微觀角度來揭示 宏觀化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)。因為結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，只有深入了解物質(zhì)的深層結(jié)構(gòu)，才有可能深入把握物質(zhì)的性質(zhì)及其變化規(guī)律。 atom atom (a”no”, tom”separate”) 古代古代 ? 一 、 原子學(xué)說的歷史 ? 西周的 “ 五行 ” 說 （ 金 、 木 、 水 、 火 、 土 ） ? ? ? 公元前四世紀(jì) ， （ 希 ） 亞里士多得 “ 四元素 ” 說 （ 土 、 水 、 氣 、 火 ） ? ? 17世紀(jì)波義耳 （ Boyle） 和 18世紀(jì)拉瓦錫 （ Lavasier） “ 原子 ” 含義較模糊 ? ? 定量定律 （ 定比 、 倍比和質(zhì)量守恒等 ） ? 19世紀(jì)道爾頓 （ (Dalton)英 ， 1803） 原子說 ? 原子在化學(xué)變化中保持其本性不變； ? 同元素原子其性質(zhì)和重量相同 ， 否則不同； ? 化合物質(zhì)量為所含元素原子的質(zhì)量總和。 到十九世紀(jì)末，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)了電子(1897)，英國的湯姆遜 (,18561940)和美國的密立根 (. Mulliken)分別于 1897年和 1909年用實(shí)驗確定了電子的電荷和質(zhì)量。但是，卻引起了另外一個按常理不可理解的問題，以氫原子為例，氫原子是由帶一個正電荷的原子核和一個帶負(fù)電核的核外電子構(gòu)成，原子核與電子必然互相吸引，原子中帶負(fù)電的電子若不運(yùn)動的話，就會被帶正電的原子核吸引過去；倘若電子繞核旋轉(zhuǎn)，按照經(jīng)典電磁理論，這樣運(yùn)動著的帶電體要輻射能量而能量損失并減小，速率變慢，那么電子就會依著螺旋線形的途徑，最后墜于核上，殊途同歸，原子毀滅，這與事實(shí)矛盾；其次，由于核外電子是連續(xù)的輻射能量，因此，發(fā)射的電磁波的頻率應(yīng)當(dāng)是連續(xù)的。具有各種不同波長的光譜叫連續(xù)光譜。 氫原子光譜示意圖 1885年 ， 巴爾麥 （ 1885— 1898， 瑞士中學(xué)教師 ） 研究發(fā)現(xiàn) ， 這 5條譜線頻率符合下式： )121( 2215 n?????紅外區(qū) 紅 藍(lán)綠 藍(lán) 紫 紫 ? H? H? H? ??/nm 760 660 480 435 408 400 n為大于 2的正整數(shù) 隨著對氫原子光譜研究的進(jìn)一步深入 ， 在紫外區(qū)和紅外區(qū)又分別找到若干條譜線 ， 1890 年 ， 里德堡(— 1919， 瑞典 )將所有的譜線頻率統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)它們都符合一同一公式： n2 n1 從此式可見 ， 氫原子的光譜不是任意的 ， 而是隨兩個正整數(shù)的改變作跳躍式的改變 。 1900年普朗克在研究黑體輻射問題時，提出了著名的量子化理論。一束單色光，有 n個光子，具有的能量 E = n相對論質(zhì)能方程： E=mc2 m=E/c2=hv/c2。 玻爾理論的要點(diǎn)： ?2hnm vrp ???2/h2204efr????2mFr??離 心22204merr????2204emr??? ?氫原子是由一個質(zhì)子的原子核與一個沿著原子核以圓形軌道半徑為 r運(yùn)動的電子所構(gòu)成； 由庫侖定律（ Coulomb’s law）可知 （負(fù)號表示吸引） 電子繞核運(yùn)轉(zhuǎn)，其離心力應(yīng)當(dāng)?shù)扔诤送怆娮优c原子核的引力 2nhmr??? 2nhmr? ??222 2 224nhmr?? ?2 2 22 2 2044e n hmr m r?? ??并非所有的圓形軌道均為電子所容許的，只有電子的軌道角動量 (mvr )等于 h / 2π的正整數(shù)倍，才是電子運(yùn)動所容許的軌道； 所以 波爾根據(jù)經(jīng)典力學(xué)原理計算出了電子運(yùn)動的軌道半徑