7 原子结构和元素周期表
7.1 原子结构模型
一、卢瑟福的原子模型
二、波尔模型
波尔在氢原子光谱和普朗克量子论的基础上提出了如下假设：
（1）在原子中，电子只能沿着一定能量的轨道运动，这些轨道称为稳定轨道。电子运动时所处的能量状态称为能级。轨道不同，能级也不同。
（2）当电子从某一轨道跃迁到另一轨道时，才能有能量的吸收或放出。
但波尔理论只能解释H原子光谱，不能解释多原子光谱，也不能解释H原子光谱的精细结构。
实际上，微观粒子具有波粒二象性：λ= h/mV
7.3核外电子运动状态的近代描述
一、波函数与原子轨道（ψ）；几率密度和电子云（|ψ|2）
一系列与x、y、z有关的波函数，描述电子运动状态（即几率分布，而不是固定轨迹）。
其图像即原子轨道，有“+”“-”号。每一个ψ对应能量E。
用统计的方法推算出电子在空间各处出现的几率，即几率密度。
如H原子：
二、四个量子数
1、主量子数（n）
原子核外电子是分层排布的，即核外具有电子层—能层。离核越远，能级越高。
n：表示电子层离核的远近，即表示核外电子所处能级的高低。
n =
1
2
3
4
5
6
7
—电子层
K
L
M
N
O
P
Q
—符号
2、角量子数（l）（副量子数）
l：确定了原子轨道的形状。
l =
0
1
2
3
……
（n-1）
—亚层
s
p
d
f
……
—符号
n相同，l越大，能量越大，即在多电子原子中，角量子数与主量子数一起决定电子的能级。每一个l值表示一种形状的电子云（p103）：
l = 0
l = 1
l = 2
s亚层
p亚层
d亚层
圆球形
哑铃形
花瓣形
n，l的关系：
主量子数（n）
1
2
3
4
电子层符号
K
L
M
N
角量子数（l）
0
0
1
0
1
2
0
1
2
3
电子亚层符号
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
3、磁量子数（m）
m：表示原子轨道在空间的伸展方向。
m = 0，±1，±2，……，±l；即l亚层轨道共有（2l+1）个方向的亚层轨道数。
l = 0
s亚层
m = 0
一个方向：s
l = 1
p亚层
m = 0，+1，-1
三个方向：px，py，pz
l = 2
d亚层
m = 0，±1，±2
五个方向：dxy，dxz，dyz，dx2-y2，dz2
伸展方向不同，能量完全相同。称等价轨道或简并轨道。
4、自旋量子数(mS)
mS：描述电子自身的运动特征。
一个原子中不可能有两个运动状态完全相同的电子，每个轨道（n、l、m相同）只能容纳两个电子，这两个电子有不同的自旋方式，取值（ +1/2、-1/2），符号“↑”、“↓”表示。
主量子数（n）
1
2
3
4
电子层符号
K
L
M
N
角量子数（l）
0
0
1
0
1
2
0
1
2
3
电子亚层符号
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4d
4f
磁量子数（m）
0
0
0、±1
0
0、±1
0、±1
±2
0
0、±1
0、±1
±2
0、±1
±2、±3
亚层轨道数（2l+1）
1
1
3
1
3
5
1
3
5
7
电子层轨道数（n2）
1
4
9
16
7.4原子中核外电子的排布
一、核外电子的排布规律
1、泡利不相容原理
同一原子中不可能有四个量子数完全相同的电子，即每个轨道最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。
例1：Na11 1s22s22p63s1
电子在轨道的分布：
2、能量最低原理（p108图7-8）
在不违背相容原理的前提下，电子的排布方式应使得系统的能量最低。
3、洪特规则
同一亚层的等价轨道上，电子将尽可能占据不同的轨道，且自旋方向相同。
例2：N7 1s22s22p3
电子在轨道上的分布：
例3：O8 1s22s22p4
电子在轨道上的分布：
特例：等价轨道(伸展方向不同，能量完全相同。称等价轨道或简并轨道。)在全充满、半充满或全空的状态下是比较稳定的。
例4：Cr24 根据前两个原理，应为：1s22s22p63s23p63d44s2 (p114)
二、周期系中各元素原子的电子层结构（p110、111）
三、原子电子层结构与元素周期表的关系
1、元素的外层电子构型
为书写方便： Cr24 [Ar]3d54s1 Cu29 [Ar]3d104s1
[Ar]3d54s1：核外电子分布
[Ar]：原子实，指原子内层电子分布与相应的希有气体原子的电子排布相同。
3d54s1：价电子构型。反应元素原子电子层结构的特征，从中可看出：元素原子结构、性质、价电子。
价电子：原子参加化学反应时，能提供成键的电子。
4s1：最外层电子构型。
2、族与价电子构型
族
价电子构型
ⅠA
ns1
ⅠA-ⅦA：主族元素，最后
ⅡA
ns2
一个电子填入ns或np
ⅢB
(n-1)d1ns2
ⅣB
(n-1)d2ns2
ⅠB-ⅦB：副族元素，最后一个
ⅤB
(n-1)d3ns2
电子填入（n-1）d或（n-2）f
ⅥB
(n-1)d5ns1
镧系、锕系
ⅦB
(n-1)d5ns2
Ⅷ（B）
(n-1)d6-10ns1-2
Ⅷ(B):d6-10s1-2
（Pd无ns电子）
ⅠB
(n-1)d10ns1
ⅡB
(n-1)d10ns2
ⅢA
ns2np1
ⅣA
ns2np2
ⅤA
ns2np3
ⅥA
ns2np4
ⅦA
ns2np5
0（ⅧA）
ns2或ns2np6
根据周期、族和原子结构特征的关系可将周期表中的元素划分为四个区域：
价电子构型
s区：ⅠA、ⅡA，ns1，ns2
d区：过渡元素： ⅢB -Ⅷ（B），（n-1）d1-10ns1-2
ⅠB、ⅡB，ds区：（n-1）d10ns1-2
p区：ⅢA-ⅧA，ns2np1-6
f区：镧系，锕系
3.原子的电子层结构和元素周期系的关系(p117)
