【大学课件】多电子原子

多电子原子欢迎来到多电子原子的深入探索本课程将带您揭示原子世界的奥秘，从基本概念到复杂理论，全面了解原子结构原子结构概述原子核电子云由质子和中子组成，携带正围绕原子核运动的负电荷电电荷子能级轨道电子所处的不同能量状态描述电子在原子中可能存在的空间区域氢原子的电子结构基态1电子处于最低能级，轨道1s激发态2电子跃迁到更高能级能级跃迁3电子在不同能级间的跳跃多电子原子的电子结构复杂性电子排布能级分裂多个电子相互作用，结构更为复杂遵循特定规则，形成独特的电子层由于电子间相互作用，能级出现分裂现象量子数及其含义主量子数角量子数n l描述电子所在的主能级表示电子轨道的形状磁量子数自旋量子数m s描述轨道在空间的取向表示电子自旋状态电子排布规则能量最低原理电子优先占据低能级轨道洪特规则同一轨道电子自旋平行排列泡利不相容原理一个轨道最多容纳两个自旋相反的电子泡利不相容原理排斥平衡结构同一量子态不能容纳两个完全相同的确保原子中电子分布的稳定性决定了原子的电子层结构电子轨道和能级轨道s1球形对称轨道p2哑铃形轨道d3复杂形状轨道f4更复杂形状电子云分布轨道1s1球形分布轨道2s2球形，但有节点轨道2p3哑铃形分布轨道3d4复杂的花瓣状分布电子云密度90%10%核周区域外围区域电子云密度最高，约占总密度的电子云密度较低，仅占总密度的90%10%0节点某些位置电子云密度为零，称为节点有效核电荷定义影响因素计算电子实际感受到的核电荷内层电子的屏蔽作用减弱核电荷有效核电荷实际核电荷屏蔽常数=-原子半径定义周期性变化原子核心到最外层电子的平同周期从左到右减小，同主均距离族从上到下增大影响因素测量方法主要受核电荷和电子层数影通过射线衍射或分子间距X响离间接测定离子化能定义1从中性原子中移除一个电子所需的能量第一离子化能2移除最外层电子所需能量第二离子化能3从一价正离子中移除电子所需能量趋势4周期表中从左到右增大，从上到下减小电负性定义波尔电负性原子吸引化学键中电子的能基于离子化能和电子亲和能力计算鲍林标度应用最常用的电负性标度，氟的预测化学键类型和分子极性电负性最大电离能定义使原子失去电子形成离子所需的能量第一电离能移除最外层一个电子所需能量连续电离能依次移除更多电子所需的能量逐渐增加影响因素原子半径、核电荷和电子层结构电子亲和能定义趋势中性原子获得一个电子时释放的周期表中从左到右增大，从上到能量下减小应用预测原子形成阴离子的倾向相对原子量定义计算应用元素原子质量与碳原子质量考虑同位素的自然丰度加权平均化学计量学中的基本参数-121/12的比值原子价定义主价12原子形成化学键的能力最外层电子参与成键副价变价34内层电子参与成键某些元素可表现出不同价态价电子配置最外层电子1决定化学性质区元素s2个价电子1-2区元素p3个价电子3-8区元素d4价电子包括轨道d电子跃迁基态电子处于最低能级激发电子吸收能量跃迁到高能级弛豫电子返回低能级，释放能量发射电子跃迁过程中发射光子原子光谱连续光谱1包含所有波长的光线状光谱2特定波长的离散光线吸收光谱3原子吸收特定波长光发射光谱4原子发射特定波长光原子吸收和发射光吸收发射能量关系原子吸收特定波长光，电子跃迁到高激发态电子返回低能级，发射特定波发射或吸收光子能量等于能级差能级长光原子光谱的应用元素分析天文学通过特征光谱鉴定元素分析恒星和星系的化学组成医学诊断检测体内微量元素原子的稳定性核外电子排布电子层填充遵循能量最低原理，确保稳完全填满的电子层更稳定定性价电子数量核力平衡个价电子的原子通常最稳质子和中子数量的平衡影响8定核稳定性原子结构的简单模型道尔顿模型1原子是不可分割的实心球汤姆逊模型2葡萄干布丁模型，电子嵌在正电荷中卢瑟福模型3行星式模型，电子围绕原子核运动玻尔模型4电子在固定轨道上运动，能量量子化量子力学模型电子云轨道描述电子在原子中的概率分布电子可能出现的空间区域量子数不确定性原理描述电子状态的一组数字无法同时精确测量电子的位置和动量波粒二象性粒子性波动性双缝实验电子表现出离散的粒子特性电子同时具有波的特性证明了电子的波粒二象性泡利不相容原理排斥自旋同一量子态不能有两个完全相同同一轨道的两个电子必须自旋相的电子反结构决定了原子的电子层结构德布罗意波波长，为普朗克常数，为质量，为速度λ=h/mv hm v物质波所有粒子都具有波动性电子衍射实验证明了电子的波动性薛定谔方程波函数概率解释描述粒子状态的数学函数波函数的平方表示粒子出现的概率本征值应用方程的解对应于粒子的能量求解原子中电子的状态和能量总结与思考复杂性量子世界原子结构远比早期模型复杂微观世界遵循量子力学规律技术进步未来展望实验技术的进步推动了原子原子结构研究仍有待深入理论发展。