第七章 原子结构（ 2）
四,多电子原子结构与元素周期律
1 多电子原子轨道的能级次序
2 屏蔽效应和钻穿效应
3 核外电子排布与元素周期律
五,元素某些基本性质的周期性变化规律
1 原子半径核离子半径
2 电离能核亲合能
3 电负性
四个量子数和电子运动状态
主量子数
n
角量子数
l
磁量子数
m
自旋磁量子数
ms
电子运动
状态数
取值 取值
能级
符号 取值
原子轨道 取值 符号
符号 总数
1 0 1s 0 1s 1 ± 1/2 ?? 2
2
0 2s 0 2s
4
± 1/2 ??
8
1 2p
0 2pz ± 1/2 ??
± 1
2px ± 1/2 ??
2py ± 1/2 ??
l = 0,1,2,……,(n-1); m = 0,± 1,± 2,……,± l
参见 (p127-128)
1s
2s,2p
3s,3p,3d
E
能层、能级、轨道
四、多电子原子结构
与元素周期律
? 轨道能量
(屏蔽效应、钻穿效应 )
? 电子排布
(Pauli 原理、能量最低原理,Hund规则 )
? 元素周期律
(原子半径、电离能、电子亲合能、电负性 )
能级分裂,
n 同,l 不同,
如,E3s ? E3p ? E3d
能级交错,
n,l 均不同,
E4s ? E3d (Z ? 21)
多电子原子轨道的能级次序
吸引与排斥
有效核电荷,Ze = Z - ? （ ?称屏蔽常数 ）
Slater规则,
(1) 分组； (2) 外层 ? = 0；
(3) 同组 ? = 0.35； (4) 邻组 ? = 0.85 (s,p),1.00(d,f)；
(5) 内组 ? = 0.85 (s,p),1.00(d,f)
[例 ] 求碳原子的 2p电子的屏蔽常数
C,1s22s2sp2 ? = 3 ? 0.35 + 2 ? 0.85 = 2.75
Ze = Z -? = 6 - 2.75 = 3.25
能级 除取决于主量子数 n 外，还与角量子数 l 等有关。
屏蔽效应 (Shielding),电子作为客体
有效核电荷
n相同,l 不同
l 越 小 ? 在 离核近 的地方
发现的几率越大 ? 受其他
电子的 屏蔽越小 ? 受核的
吸引越强
能级分裂
能级序,s < p < d < f
钻穿效应 (penetration),电子作为主体
能级交错
19号,20号, E4s < E3d
?21号 (Sc),E4s > E3d
电子排布
? Pauli 不相容原理
每个原子轨道中最多只能排布两个自旋相反的电子
? 能量最低原理
? Hund规则
电子分布在角量子数 l 相同的简并轨道上时，总是尽
可能分占不同的轨道，且自旋平行。
(全满、半满和全空 )
21号元素
1s22s22p63s23p64s23d1
(全空时，先填 s,钻穿效应 )
1s22s22p63s23p63d14s2
(填充后，由于 d 的屏蔽，使得 s 轨道能量升高 )
Sc [Ar] 3d14s2
失去电子时，先失去 4s2 电子，然后失去 3d1电子。
40号元素
1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d2 (全空时，先填 s,penetrate)
1s22s22p63s23p63d104s24p64d25s2 (填充后，由于 d的屏蔽,s↑)
Zr [Kr] 4d25s2
[例 ]
五,元素某些基本性质的周期性变化规律
元素周期表 (1-18族 )
? 周期数 = 电子层数 (主量子数 n,7个 )
? 族数 = 最外层电子数 (主族,8个 )
= 外围电子数 (副族,10个 )
? 价电子构型与价电子数
s区,(ns)1-2 ; p区,(ns)2(np)x; d区,(n-1)s1-2ndx
电子排布的周期性决定了元素性质的周期性
原子半径和离子半径
减小
增
大
主族
原子
半径
图：原子半径
图：原子半径
半充满和全充满时，原子半径大
离子半径
阳
离
子
和
阴
离
子
与
其
母
原
子
的
相
对
大
小
电离能 气态原子 气态正离子 (需要的能量 )
增
减
电离能数据 失去 p电子，易 P轨道半满，稳定
趋势
电离能：图
电离能：图
Cl (g) + e = Cl- (g) ?Ho = -349 kJ/mol
Eea = - ?Ho = 349 kJ/mol （ 释放能量 ） 增
减
电子亲合能,
s轨道满，稳定
p轨道半满，稳定
分子中的 原子 对于成键电子吸引能力相对大小的量度。
电负性,
增
减
电负性数据
小结
原子的核外电子排布和元素周期表
1,Bohr模型和量子论
2,微观粒子的波粒二象性
3,波函数和电子云
1） 四个量子数
2） 电子云径向分布图
3） 波函数角度分布图
4）多电子原子的核外电子排布
4,元素周期表及元素周期律
① 原子半径
② 电负性
四,多电子原子结构与元素周期律
1 多电子原子轨道的能级次序
2 屏蔽效应和钻穿效应
3 核外电子排布与元素周期律
五,元素某些基本性质的周期性变化规律
1 原子半径核离子半径
2 电离能核亲合能
3 电负性
四个量子数和电子运动状态
主量子数
n
角量子数
l
磁量子数
m
自旋磁量子数
ms
电子运动
状态数
取值 取值
能级
符号 取值
原子轨道 取值 符号
符号 总数
1 0 1s 0 1s 1 ± 1/2 ?? 2
2
0 2s 0 2s
4
± 1/2 ??
8
1 2p
0 2pz ± 1/2 ??
± 1
2px ± 1/2 ??
2py ± 1/2 ??
l = 0,1,2,……,(n-1); m = 0,± 1,± 2,……,± l
参见 (p127-128)
1s
2s,2p
3s,3p,3d
E
能层、能级、轨道
四、多电子原子结构
与元素周期律
? 轨道能量
(屏蔽效应、钻穿效应 )
? 电子排布
(Pauli 原理、能量最低原理,Hund规则 )
? 元素周期律
(原子半径、电离能、电子亲合能、电负性 )
能级分裂,
n 同,l 不同,
如,E3s ? E3p ? E3d
能级交错,
n,l 均不同,
E4s ? E3d (Z ? 21)
多电子原子轨道的能级次序
吸引与排斥
有效核电荷,Ze = Z - ? （ ?称屏蔽常数 ）
Slater规则,
(1) 分组； (2) 外层 ? = 0；
(3) 同组 ? = 0.35； (4) 邻组 ? = 0.85 (s,p),1.00(d,f)；
(5) 内组 ? = 0.85 (s,p),1.00(d,f)
[例 ] 求碳原子的 2p电子的屏蔽常数
C,1s22s2sp2 ? = 3 ? 0.35 + 2 ? 0.85 = 2.75
Ze = Z -? = 6 - 2.75 = 3.25
能级 除取决于主量子数 n 外，还与角量子数 l 等有关。
屏蔽效应 (Shielding),电子作为客体
有效核电荷
n相同,l 不同
l 越 小 ? 在 离核近 的地方
发现的几率越大 ? 受其他
电子的 屏蔽越小 ? 受核的
吸引越强
能级分裂
能级序,s < p < d < f
钻穿效应 (penetration),电子作为主体
能级交错
19号,20号, E4s < E3d
?21号 (Sc),E4s > E3d
电子排布
? Pauli 不相容原理
每个原子轨道中最多只能排布两个自旋相反的电子
? 能量最低原理
? Hund规则
电子分布在角量子数 l 相同的简并轨道上时，总是尽
可能分占不同的轨道，且自旋平行。
(全满、半满和全空 )
21号元素
1s22s22p63s23p64s23d1
(全空时，先填 s,钻穿效应 )
1s22s22p63s23p63d14s2
(填充后，由于 d 的屏蔽，使得 s 轨道能量升高 )
Sc [Ar] 3d14s2
失去电子时，先失去 4s2 电子，然后失去 3d1电子。
40号元素
1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d2 (全空时，先填 s,penetrate)
1s22s22p63s23p63d104s24p64d25s2 (填充后，由于 d的屏蔽,s↑)
Zr [Kr] 4d25s2
[例 ]
五,元素某些基本性质的周期性变化规律
元素周期表 (1-18族 )
? 周期数 = 电子层数 (主量子数 n,7个 )
? 族数 = 最外层电子数 (主族,8个 )
= 外围电子数 (副族,10个 )
? 价电子构型与价电子数
s区,(ns)1-2 ; p区,(ns)2(np)x; d区,(n-1)s1-2ndx
电子排布的周期性决定了元素性质的周期性
原子半径和离子半径
减小
增
大
主族
原子
半径
图：原子半径
图：原子半径
半充满和全充满时，原子半径大
离子半径
阳
离
子
和
阴
离
子
与
其
母
原
子
的
相
对
大
小
电离能 气态原子 气态正离子 (需要的能量 )
增
减
电离能数据 失去 p电子，易 P轨道半满，稳定
趋势
电离能：图
电离能：图
Cl (g) + e = Cl- (g) ?Ho = -349 kJ/mol
Eea = - ?Ho = 349 kJ/mol （ 释放能量 ） 增
减
电子亲合能,
s轨道满，稳定
p轨道半满，稳定
分子中的 原子 对于成键电子吸引能力相对大小的量度。
电负性,
增
减
电负性数据
小结
原子的核外电子排布和元素周期表
1,Bohr模型和量子论
2,微观粒子的波粒二象性
3,波函数和电子云
1） 四个量子数
2） 电子云径向分布图
3） 波函数角度分布图
4）多电子原子的核外电子排布
4,元素周期表及元素周期律
① 原子半径
② 电负性
