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《物质结构基础》

第一部分原子的结构和性质

第一节原子的结构

1、能层

（1）原子核外的电子是分层排布的。根据电子的能级差异，可将核外电子分成不同的能层。

（2）每一能层最多能容纳的电子数不同：最多容纳的电子数为2n2个。

（3）离核越近的能层具有的能量越低。

（4）能层的表示方法：

能层一二三四五六七……

符号KLMNOPQ……

最多电子数28183250……

离核远近由近————————————→远

能量高低由低————————————→高

2、能级

在多电子的原子中，同一能层的电子，能量也可以不同。不同能量的电子分成不同的能级。

【提示】①每个能层所包含的能级数等于该能层的序数n，且能级总是从s能级开始，如：第一能层只有1个能级1s，第二能层有2个能级2s和2p，第三能层有3个能级3s、3p、3d，第四能层有4个能级4s、4p、4d和4f，依此类推。

②不同能层上的符号相同的能级中最多所能容纳的电子数相同，即每个能级中最多所能容纳的电子数只与能级有关，而与能层无关。如s能级上最多容纳2个电子，无论是1s还是2s；p能级上最多容纳6个电子，无论是2p还是3p、4p能级。

③在每一个能层（n）中，能级符号的排列顺序依次是ns、np、nd、nf……

④按s、p、d、f……顺序排列的各能级最多可容纳的电子数分别是1、3、5、7……的两倍，即分别是2、6、10、14……

3、基态原子与激发态原子

（1）基态原子为能量最低的原子。基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子。

（2）基态原子与激发态原子相互转化与能量转化关系：

4、构造原理与基态原子的核外排布

随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素的原子核外电子的排布将遵循如图的排布顺序，我们将这个顺序成为构造原理。

（1）它表示随着原子叙述的递增，基态原子的核外电子按照箭头的方向在各能级上依此排布：1s，2s，2p，3s，3p，4s，3d，4p，5s，4d，5p，6s……这是从实验得到的一般规律，适用于大多数基态原子的核外电子排布。

（2）构造原理的意义：根据构造原理中电子在能级上的填充顺序，只要我们知道原子序数，就可以写出几乎所有原子的电子排布，并用电子排布式表示，如基态Na原子的电子排布式：1s22s22p63s1，基态Ar原子的电子排布式：1s22s22p63s23p6，基态Fe原子的电子排布式：1s22s22p63s23p63d64s2。

（3）各能级的能量高低顺序可表示为：（n表示能层）

①Ens＞E(n－1)s＞E(n－2)s

②Enp＞E(n－1)p＞E(n－2)p

③End＞E(n－1)d＞E(n－2)d

④Enf＞E(n－1)f＞E(n－2)f

⑤Ens＜E(n－2)f＜E(n－1)d＜Enp

（4）由构造原理写出的电子排布式书写过繁，可以把内层电子已达到稀有气体结构的部分写成“原子实”，以稀有气体的元素符号外加方括号表示，如Si、Fe的简化电子排布式分别为：Si:[Ne]3s23p2,Fe:[Ar]3d64s2。

（5）在化学反应中，原子的外围电子发生变化而“原子实”不受影响，所以描述原子核外电子排布时，也可以省去“原子实”，仅写出原子的外围电子排布式（对主族元素的原子，外围电子又称价电子）。如Si、Fe的外围电子排布分别为：Si:3s23p2，Fe:3d64s2。

5、能级交错

从第三电子层起就出现能级交错现象，如3d的能量似乎应低于4s，而实际上E3d＞E4s，按能量最低原理，电子在进入核外电子层时，不是排完3p就排3d，而是先排4s才排3d，由于能级交错，在次外层未达最大容量之前，已出现了最外层，而且最外层未达最大容量时，又进行次外层的填充。如钙的电子排布式易写成：1s22s22p63s23p63d2，若掌握了能级交错的知识，则应写成：1s22s22p63s23p64s2。

6、核外电子排布的特殊稳定状态

量子力学理论指出，在等价轨道上（同一能级）的电子排布在全充满（p6和d10）、半充满（p3、d5）和全空（p0、d0）状态时，体系的能量较低，原子较稳定，如Cu的外围电子排布，若仅根据构造原理，易错写为：3d94s2，实际上Cu的外围电子排布应为3d104s1，同理Ag的外围电子排布应为4d105s1。

7、光谱与光谱分析

（1）光谱：不同元素的原子发生跃迁时会发生吸收或释放不同的光，可以用光谱摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。

（2）光谱分析：在现代化学中，常利用原子光谱上的特征光谱来鉴定元素，称为光谱分析。