原子结构和元素周期律思维导图

原子结构和元素周期律由微观粒子的运动特征、核外电子运动状态和氢原子结构、多电子原子的结构单个板块。

第9章 原子结构和元素周期律

• 微观粒子的运动特征
  • 量子化特征
    • 普朗克量子论【一个原子不能连续吸收或发射辐射能，按一个能量单位（能量子或量子）一份一份的吸收和发射能量】（E=nhv)（否定了一切自然过程都是连续的）
    • 波尔理论（氢原子光谱不连续、氢原子能量变化存在某种规律性） 优点：解释氢原子光谱产生原因及不连续的特点、计算出氢原子轨道半径和基态氢原子能量、引入量子数 局限：未完全突破经典物理束缚，只能解释氢原子或类氢原子光谱、对多电子原子，误差较大。
      • 定态理论：电子只在定态轨道运动，不吸收释放能量，能力低的定态为基态，能量高的是激发态。
      • 跃迁规则：电子通过吸收或辐射光子，可以在不同定态间跃迁
      • 轨道量子化：电子绕核运动的轨道半径不是任意的
  • 波粒二象性（波动性、粒子性）
    • 波长=h/P=h/mv(德步罗意关系式）（符合的叫德步罗意波）电子波为概率波，表现电子出现在空间区域的概率大小
  • 不确定性原理（波动性的必然结果）
    • 位置和动量不能同时准确测定（x变*p变>=h/2π）
    • 不符合经典力学规律，应用量子力学描述 没有确定的运动轨道，波尔假设的电子运动轨道不存在
• 核外电子运动状态和氢原子结构
  • 波函数与原子结构
    • 薛定鄂方程（描述微观粒子运动规律的量子力学波动方程）（原子轨道包括了波函数对应的全部球形空间，只是概率出现不同）
      • 四个量子数（表示电子的运动状态）
        • 主量子数n：电子层（K L M N）
        • 轨道角动量量子数l：能级s=0(决定原子轨道形状、n与l共同决定电子能量）
        • 磁量子数m（m=2l+1)(决定核外空间的取向）
        • 自旋角动量量子数（表明某一轨道电子的自旋状态）
  • 波函数与电子云图形
    • 径向波函数（大小）和角度波函数（形状）
    • 概率密度（核外某处某体积内电子出现概率）和电子云（电子在核外空间出现概率密度分布的形象化概述）
      • 电子云角度分布图（密度分布的方向性） 电子云径向分布图（概率分布层次及通透性）
• 多电子原子的结构
  • 屏蔽效应（由于其余电子存在，减弱了原子核对该电子吸引作用的现象）和钻穿效应（电子具有渗入到原子内部空间而更靠近核的本领）
    • 屏蔽效应：结果：原子核对电子引力减小，电子离核距离增大，能量升高E=-z^2/n^2(1.核电荷数越大，电子能量越低。2.屏蔽常数越大，电子能量越高。3.电子层数越大，电子能量越高）Z有效=Z-屏蔽常数
      • 内层电子屏蔽作用较强 外层电子屏蔽作用可忽略 同层电子屏蔽作用较弱 起屏蔽作用的电子数越多，总屏蔽作用越强
      • 屏蔽常数的计算： （ns,np)同组中，每个电子屏蔽同组电子为0.35，1s内互相屏蔽为0.30 （ n-1）层每一个电子对外层（ns,np)电子屏蔽为0.85 (n-2)层电子屏蔽为1.00 若被屏蔽电子是（nf/nd)组电子时，同组电子屏蔽为0.35，左边各组电子屏蔽为1.00
    • 钻穿效应：避开了其他电子的屏蔽，增大有效核电数，降低轨道能量
  • 多电子的轨道能级
    • pauling近似能级图1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s
    • 徐光宪能级规则E=n+0.7l
    • cotton原子轨道能级图（反映轨道能级与原子序数的关系） 氢原子电子能量仅与n有关、多电子原子与n l有关、原子轨道能量随原子序数增大而减小，能级曲线产生了交错现象
  • 基态原子电子分布原理
    • 泡利不相容原理（原子壳层结构的理论基础） 推论：1.每个原子轨道最多容纳两个电子，且自旋相反 2.各电子层最多容纳2n^2个电子 3.s,p,d,f亚层最多容纳电子数为2，6，10，14
    • 能量最低原理：在不违背泡利原理的前提下，核外电子总是优先占据能量最低的原子轨道，原子基态、能量高低由n和l共同决定
    • 洪特规则：优先占轨，自旋相同
  • 电子层结构与元素周期表
    • 周期与能级组：周期=电子层数
    • 族与原子的电子构型：主族：价层电子总数=族序数、副族：三到八副族（n-1)d+ns电子总数 一、二副族（n-1)亚层已填满，最外层ns亚层电子数等于族序数
    • 分区：s.p.d.ds.f
  • 元素性质的周期性
    • 原子半径（共价半径、金属半径、范德华半径）（先看电子层数，再比核电荷数，最后比带电数）
    • 元素的电离能：使基态气态原子或离子失去电子形成基态正离子所需最低能量（越大越难失电子）（从左到右逐渐增大）
    • 电子亲和能：使基态的气态原子获得电子形成气态负离子所放出能量（越大越易得电子）
    • 子主题