核外电子的运动状态.doc

核外电子的运动状态电子在原子中的运动状态,可n,l,m,ms四个量子数来描述.〔一〕主量子数n主量子数n是用来描述原子中电子出现几率最大区域离核的远近,或者说它是决定电子层数的.主量子数的n的取值为1,2,3…等正整数.例如,n=1代表电子离核的平均距离最近的一层,即第一电子层；n=2代表电子离核的平均距离比第一层稍远的一层,即第二电子层.余此类推.可见n愈大电子离核的平均距离愈远.在光谱学上常用大写拉丁字母K,L,M,N,O,P,Q代表电子层数.主量子数〔n〕1234567电子层符号KLMNOPQ主量子数n是决定电子能量上下的主要因素.对单电子原子来说,n值愈大,电子的能量愈高.但是对多电子原子来说,核外电子的能量除了同主量子数n有关以外还同原子轨道〔或电子云〕的形状有关.因此,n值愈大,电子的能量愈高这名话,只有在原子轨道〔或电子云〕的形状一样的条件下,才是正确的.〔二〕副量子数l副量子数又称角量子数.当n给定时,l可取值为0,1,2,3…〔n-1〕.在每一个主量子数n中,有n个副量子数,其最大值为n-1.例如n=1时,只有一个副量子数,l=0,n=2时,有两个副量子数,l=0,l=1.余此类推.按光谱学上的习惯l还可以用s,p,d,f等符号表示.l 0 1 2 3光谱符号 s p d F副量子数l的一个重要物理意义是表示原子轨道〔或电子云〕的形状.L=0时〔称s轨道〕,其原子轨道〔或电子云〕呈球形分布〔图4-5〕；l=1时〔称p轨道〕,其原子轨道〔或电子云〕呈哑铃形分布〔图4-6〕；…图4-5 s电子云图 4-6 p电子副量子数l的另一个物理意义是表示同一电子层中具有不同状态的亚层.例如,n=3时,l可取值为0,1,2.即在第三层电子层上有三个亚层,分别为s,p,d亚层.为了区别不同电子层上的亚层,在亚层符号前面冠以电子层数.例如,2s是第二电子层上的亚层,3p是第三电子层上的p亚层.表4-1列出了主量子数n,副量子数l及相应电子层、亚层之间的关系.表4-1 主量子数n,副量子数l及其相应电子层亚层之间的关系n电子层l亚层1101s2202s12p3303s13p23d4404s14p24d34f对于单电子体系的氢原子来说,各种状态的电子能量只与n有关.但是对于多电子原子来说,由于原子中各电子之间的相互作用,因而当n一样,l不同时,各种状态的电子能量也不同,l愈大,能量愈高.即同一电子层上的不同亚层其能量不同,这些亚层又称为能级.因此副量子数l的第三个物理意义是：它同多电子原子中电子的能量有关,是决定多电子原子中电子能量的次要因素.〔三〕磁量子数m磁量子数m决定原子轨道〔或电子云〕在空间的伸展方向.当l给定时,m的取值为从-l到+l之间的一切整数〔包括0在内〕,即0,±1,±2,±3,…±l,共有2l+1个取值.即原子轨道〔或电子云〕在空间有2l+1个伸展方向.原子轨道〔或电子云〕在空间的每一个伸展方向称做一个轨道.例如,l=0时,s电子云呈球形对称分布,没有方向性.m只能有一个值,即m=0,说明s亚层只有一个轨道为s轨道.当l=1时,m可有-1,0,+1三个取值,说明p电子云在空间有三种取向,即p亚层中有三个以x,y,z轴为对称轴的px,py,pz轨道.当l=2时,m可有五个取值,即d电子云在空间有五种取向,d亚层中有五个不同伸展方向的d轨道〔图4-7〕.图4-7 s,p,d电子云在空间的分布n,l一样,m 不同的各轨道具有一样的能量,把能量一样的轨道称为等价轨道.〔四〕自旋量子数ms原子中的电子除绕核作高速运动外,还绕自己的轴作自旋运动.电子的自旋运动用自旋量子数ms表示.ms 的取值有两个,+1/2和-1/2.说明电子的自旋只有两个方向,即顺时针方向和逆时针方向.通常用“↑〞和“↓〞表示.综上所述,原子中每个电子的运动状态可以用n,l,m,ms四个量子数来描述.主量子数n决定电子出现几率最大的区域离核的远近〔或电子层〕,并且是决定电子能量的主要因素；副量子数l决定原子轨道〔或电子云〕的形状,同时也影响电子的能量；磁量子数m决定原子轨道〔或电子云〕在空间的伸展方向；自旋量子数ms决定电子自旋的方向.因此四个量子数确定之后,电子在核外空间的运动状态也就确定了.量子数,电子层,电子亚层之间的关系每个电子层最多容纳的电子数 2 8 18 2n^2主量子数n 1 2 3 4电子层 K L M N角量子数l 0 1 2 3电子亚层 s p d f每个亚层中轨道数目 1 3 5 7每个亚层最多容纳电子数 2 6 10 14核外电子的分布：1. 原子中电子分布原理：〔两个原理一个规那么〕：(1)、泡利〔Pauli〕不相容原理在同一原子中,不可能有四个量子数完全一样的电子存在.即每一个轨道内最多只能容纳两个自旋方向相反的电子.(2)、能量最低原理多电子原子处于基态时,核外电子的分布在不违反泡利原理前提下,总是尽先分布在能量较低的轨道,以使原子处于能量最低状态.(3)、洪特(Hund)规那么原子在同一亚层的等价轨道上分布电子时,尽可能单独分布在不同的轨道,而且自旋方向一样〔或称自旋平行〕.基态原子中电子的分布1、核外电子填入轨道的顺序应用近似能级图,根据“两个原理一条规那么〞,可以准确地写出91种元素原子的核外电子分布式来.在110种元素中,只有19种元素原子层外电子的分布稍有例外：它们是假设再对它们进一步分析归纳还得到一条特殊规律——全充满,半充满规那么：对同一电子亚层,当电子分布为全充满〔P6、d10、f14〕、半充满〔P3、d5、f7〕或全空〔P0、d0、f0)时,电子云分布呈球状,原子构造较稳定,可挑出8种元素,剩余11种可作例外.多电子原子构造1、核外电子排布三原理〔1〕泡利不相容原理：解决各电子层电子数目问题.◆ 在任何一个原子中,决不可能有两个电子具有四个完全一样的量子数,即在同一个原子中,不可能有运动状态完全一样的电子.◆ 当 n一定时,L可取(n-1)个值,而在L限定下,原子轨道可有(2L+1)个伸展方向,即(2L+1)个轨道,而每个轨道可容纳两个电子,所以每层最多容纳电子数为电子层 1 2 3 4电子数 2 8 18 32〔2〕最低能量原理：解决电子排布问题◆ 多电子原子在基态时,核外电子总是尽可能地先占据能量最低的轨道,以使体系能量最低.◆ 轨道能级规律①当角量子数一样时,随主量子数增加,轨道能级升高1s<2s<3s<4s; 2p<3p<4p<5p; 3d<4d<5d②当主量子数一样时,随角量子数增加,轨道能级升高ns