原子物理学(第七章).ppt

原子物理学 各种元素的化学性质和物理性质的变化显示出高度的规律性，这实际反映了原子结构的情况。以上几章讨论了原子中电子所处的状态及有关原理，现在已有可能对原子的结构进行较全面地描述。本章将扼要地讨论原子中的电子壳层结构和它同元素性质的周期性变化的关系。 原子物理学 7.1 元素性质的周期性变化 1869年门捷列夫按原子量的次序排列起来，它们的性质显出周期性的变化。进一步研究查出，完全按原子量次序，还不能把元素按性质排列成一个很完善的系统，有几处（K和Ar，Te和I，Co和Ni）的次序必须倒过来才合适，经这样整理后，按排列的次序，每一个元素有一个原子序数（即按原子序数排序）。现在已清楚，原子序数等于原子中的电子数，也等于原子核的电荷数。元素周期表如表7.1所示。 原子物理学 原子物理学 7.1 元素性质的周期性变化 从元素周期表可以得到元素的许多方面的性质有如下特点： 1、元素的化学性质有周期性 如同一列的元素有相似的化学性质。 2、元素的光谱性质也显示周期性的变化 如第四章曾讨论，碱金属元素有相仿的光谱结构。 原子物理学 7.1 元素性质的周期性变化 3、元素的电离能显著地显示出周期性的变化 从图7.1就可以看出。 原子物理学 7.1 元素性质的周期性变化 4、元素的物理性质也显示出周期性的变化。 从图7.2就可以看出。 原子物理学 7.1 元素性质的周期性变化 按照化学性质和物理性质排定的元素周期表中，共有七个周期。第一周期只有两种元素（氢和氦）；第二和第三周期各有八种元素；第四和第五周期各有十八种元素；第四周期从钪（Z=21）镍（Z=28）八种元素和第五周期从钇（Z=39）到钯（Z=46）八种元素称为过渡元素，有他们特有的性质；第六周期有32种元素，其中包括一些过渡元素和从镧（Z=57)到镥（Z=71)一组稀土元素，都是三价的金属；第七周期是没有满的一个周期，其中也有一组锕系元素，具有同前一周期中稀土元素相仿的性质。 原子物理学 7.1 元素性质的周期性变化 元素周期系中所有各周期依次含有2、8、8、18、18、32、17种元素，而其中又有所谓过渡元素和稀土族这类元素的存在，这都得从原子的电子结构中去了解。 原子物理学 7.2 原子的电子壳层结构 元素的性质决定于原子的结构（即电子态）。而电子态的则由四个量子数所决定。 一、决定电子态的四个量子数 原子物理学 7.2 原子的电子壳层结构 一、决定电子态的四个量子数 原子物理学 7.2 原子的电子壳层结构 二、每层可容纳最多电子数的计算 原子物理学 7.2 原子的电子壳层结构 二、每层可容纳最多电子数的计算 原子物理学 7.2 原子的电子壳层结构 二、每层可容纳最多电子数的计算 原子物理学 7.2 原子的电子壳层结构 二、每层可容纳最多电子数的计算 从表中可以看到各壳层的最多电子数依次是2，8，18，32，50，72，这显然同周期表中各周期的元素数有关。但各周期的元素数依次是2，8，8，18，18，32，同各壳层的电子数又不完全符合。这两套数值有极相似之处，但也有差别。究竟二者有什么关系，下一节就要讨论。目前可以肯定的是，原子中的电子形成壳层和次壳层，每层有一定的最多电子数。 原子物理学 7.3 原子基态的电子组态 本节将根据上文阐述的原则，进入各种原子的具体壳层结构的讨论。 一、两点说明 1、原子中的电子数等于原子序数。每一种原子，就核外电子部分来说，是周期表中前一位元素的原子加一个电子而成的。 2、原子的基态是原子能量最低的状态。它所有的电子都处在各自可能的最低能量代谢的状态中。按周期表顺序逐个增加的电子也尽可能填补在最低能量的状态。 原子物理学 7.3 原子基态的电子组态 各种原子在基态时的电子组态是根据有关资料和以上讨论的原则推断出来的。表7.3开列了各种原子的电子壳层结构。表中电子壳层按主量子数n=1，2，3，4，5，6，7的数值分别称作K，L，M，N，O，P，Q层。这些名称起源于X射线谱，下一章将论及。 原子物理学 7.3 原子基态的电子组态 二、原子的电子结构（按元素的周期来说明） 原子物理学 7.3 原子基态的电子组态 二、原子的电子结构（按元素的周期来说明） 原子物理学 7.3 原子基态的电子组态 二、原子的电子结构（按元素的周期来说明） 原子物理学 7.3 原子基态的电子组态 二、原子的电子结构（按元素的周期来说明） 原子物理学 7.3 原子基态的电子组态 三、基态原子中电子的填充次序和壳层填满电子的数目 原子物理学 原子物理学 原子物理学 * 第七章 原子 的壳层结构 第七章