原子轨道(奥赛)PPT课件

原子轨道·价键轨道·分子轨道atomicorbitalvalenceorbitalmolecularorbital原子轨道ATOMAtomicorbitalsNielsBohr1885–19621922年获诺贝尔物理奖106号元素被命名为Bohrium中文名称元素符号Bh谱　　线　　　HαHβ　HγHδHε…编号(n)１　　　２　　３　　４　　５　　　波长/nm　　656.279486.133434.048410.175397.009　　…里德堡常数RH=1.09677×107m-1巴尔麦方程里德堡方程m-电子质量，v-电子线速度，r-电子线性轨道的半径）εo=L=mvr离心力＝向心力角动量量子化条件角动量量子化氢原子的电离能电子跃迁释放的光子能量电子在线性轨道上的线速度：电子绕原子核运行的轨道半径：n=2的轨道能计算：NIELSBOHRThestructureoftheatomNobelLecture,December11,1922德布罗依对玻尔行星轨道上运行的电子能处于定态而不释放能量的解释——电子是一个波在玻尔行星轨道上运行的电子是一个驻波，图像如下：半波长的n倍等于圆周长。后来的认识否定了德布罗依对行星轨道的图像，但电子处于定态时是一个驻波的认识被证实了。DeBroglie电子具有波粒二象性现代原子核外电子运动模型苍蝇头部的电子显微镜照片烟草花叶病毒的电子显微镜照片单晶的电子衍射谱图驻波的振幅图一维驻波Ψ＝f(x)二维驻波Ψ＝f(x.y)三维驻波Ψ＝f(x.y.z)n=1n=2?核外电子的定态是三维驻波一维波的振幅在二维空间里呈现。二维波的振幅在三维空间里呈现。三维波的振幅如何呈现？核外电子运动状态　　六、核外电子运动状态的描述　　在量子力学处理氢原子核外电子的理论模型中，最基本的方程叫做薛定谔方程，是由奥地利科学家薛定谔（E.Schrödinger1887-1961）在1926年提出来的。薛定谔方程是一个二阶偏微分方程，它的自变量是核外电子的坐标（直角坐标x，y，z或者极坐标r，q，f），它的因变量是电子波的振幅（Y）。　　给定电子在符合原子核外稳定存在的必要、合理的条件时（如Y的取值必须是连续的、单值的，也就是坐标一定时电子波的振幅是唯一的单值，是连续的函数，等等），薛定谔方程得到的每一个解就是核外电子的一个定态，它具有一定的能量（E），具有一个电子波的振幅随坐标改变的的函数关系式[Y=f(x,y,z)或Y=f(r,q,f)]，称为振幅方程或波动方程。薛定谔方程Ψ1＝f1(x,y,z)=f1(r,φ,θ)=R1(r)Y1(φ,θ)Ψ2＝f2(x,y,z)Ψ3＝f3(x,y,z)…Ys=Ypx=Ypz=Ypy=...P=0.9电子出现的概率为90%r=2.6ao描述核外电子的图像波函数的角度分布图像波函数的球面概率图像电子云图像角度分布图像q0153045607590Y0.4890.4720.4230.3450.2440.1260q18016515013512010590Y-0.489-0.472-0.423-0.345-0.244-0.12600.472+-yz15°电子云生成图S电子的电子云图1s2s3s2p电子云3p电子云3dx2-y2电子云1s2s2pD函数图形与电子云图形的关系3s3px2s电子的原子轨道图2pz2px2py电子云轮廓图几种常见描述核外电子的图形对比角函数图Y,Y2(不涉及能层）Ψ(r,θ.φ)=R(r)·Y(θ.φ)电子云黑点图(Ψ2)电子云轮廓图D函数图像(r2R2)电子云黑点图与轮廓图DY2Ψ2YΨ2Ψ21s,2s,3s电子云轮廓图和剖面图s轨道和p轨道的Y图像和Y2图像d轨道的Y和Y2图像f轨道的Y和Y2图像对在三维空间里可制作电子云黑点图的理解计算机模拟的Cu2O晶体的Cu-O键电子云旅美中国学者ZOUJian-Ming等用X衍射和电子衍射结合的技术研究了赤铜矿的Cu-O键的性质，按3d轨道与4s轨道发生杂化形成sd杂化轨道的模型，计算了d轨道的电子移向4s轨道形成的电子空穴的电子云图象，结果令人振奋地得到一个与教科书上画的dZ2轨道十分相似的计算机图象[Nature401，49（1999）]。该图象的获得被美国《化学与》杂志选为1999年美国五大化学新闻之一。核外电子运动状态能层能级轨道可能空间运动状态数可能运动状态数一(K)1s1s12二(L)2s2s12　　　　　2p2px,2py,2pz36三(M)3s3s12　　　　　3p3px,3py,3pz36　　　　　3d3dxy,3dyz,3dxz,　　　　　　　　　　　　　　3dx2-y2,3dz2510 四(N)4s1个轨道12　　　　　4p3个轨道36　　　　　4d5个轨道510　　　　4f7个轨道714基态原子电子组态　　(3)能量最低原理——基态原子是处于最低能量状态的原子。　　能量最低原理认为，基态原子核外电子的排布力求使整个原子的能量处于最低状态。　　随核电荷数递增，大多数元素的电中性基态原子的电子按如下顺序填入核外电子运动轨道，叫做构造原理。　　电子先填最外层的ns，后填次外层的(n-1)d，甚至填入倒数第三层的(n-2)f的规律叫做“能级交错”。　　请注意：能级交错现象是电子随核电荷递增填充电子次序上的交错,并不意味着先填能级的能量一定比后填能级的能量低。　　随核电荷数递增,电子每一次从填入ns能级开始到填满np能级,称为建立一个周期，于是有：周期:ns开始→np结束同周期元素的数目第一周期：1s2第二周期：2s，2p8第三周期：3s，3p8第四周期：4s，3d，4p18第五周期：5s，4d，5p18第六周期：6s，4f，5d，6p32第七周期：7s，5f，5d，...?基态原子电子组态　　周期系中有约20个元素的基态电中性原子的电子组态（electronconfiguration，又叫构型或排布)不符合构造原理，其中的常见元素是：元素按构造原理的组态实测组态　　　　(24Cr)1s22s22p63s23p63d44s21s22s22p63s23p63d54s1(29Cu)1s22s22p63s23p63d94s21s22s22p63s23p63d104s1(42Mo)1s22s22p63s23p63d104s24p64d45s21s22s22p63s23p63d104s24p64d55s1(47Ag)1s22s22p63s23p63d104s24p64d95s2　1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1(79Au)1s2···4s24p64d104f145s25p65d96s11s2···4s24p64d104f145s25p65d106s1基态原子电子组态基态原子电子组态：基态电中性原子的电子组态1氢H1s12氦He1s23锂Li[He]2s14铍Be[He]2s25硼B[He]2s22p16碳C[He]2s22p27氮N[He]2s22p38氧O[He]2s22p49氟F[He]2s22p510氖Ne1s22s22p611钠Na[Ne]3s112镁Mg[Ne]3s213铝Al[Ne]3s23p114硅Si[Ne]3s23p215磷P[Ne]3s23p316硫S[Ne]3s23p417氯Cl[Ne]3s23p518氩Ar1s22s22p63s23p619钾K[Ar]4s120钙Ca[Ar]4s221钪Sc[Ar]3d14s222钛Ti[Ar]3d24s223钒V[Ar]3d34s224铬Cr*[Ar]3d54s125锰Mn[Ar]3d54s226铁Fe[Ar]3d64s227钴Co[Ar]3d74s228镍Ni[Ar]3d84s2“电子仁”或“电子实”价电子层价层电子不符合构造原理基态原子电子组态表：基态电中性原子的电子组态29铜Cu*[Ar]3d104s130锌Zn[Ar]3d104s231镓Ga[Ar]3d104s24p132锗Ge[Ar]3d104s24p233砷As[Ar]3d104s24p334硒Se[Ar]3d104s24p435溴Br[Ar]3d104s24p536氪Kr[Ar]3d104s24p637铷Rb[Kr]5s138锶Sr[Kr]5s239钇Y[Kr]4d15s240锆Zr[Kr]4d25s241铌Nb*[Kr]4d45s142钼Mo*[Kr]4d55s143锝Tc[Kr]4d55s244钌Ru*[Kr]4d75s145铑Rh*[Kr]4d85s146钯Pd*[Kr]4d1047银Ag*[Kr]4d105s148镉Cd[Kr]4d105s249铟In[Kr]4d105s25p150锡Sn[Kr]4d105s25p251锑Sb[Kr]4d105s25p352碲Te[Kr]4d105s25p453碘I[Kr]4d105s25p554氙Xe[Kr]4d105s25p655铯Cs[Xe]6s156钡Ba[Xe]6s2元素周期系　　“长式”周期表——每个周期占一个横排。这种三角形周期表能直观地看到元素的周期发展，但不易考察纵列元素（从上到下）的相互关系，而且由于太长，招致排版和印刷的技术困难。元素周期系　　宝塔式或滴水钟式周期表。这种周期表的优点是能够十分清楚地看到元素周期系是如何由于核外电子能级的增多而螺旋性发展的，但它们的每个横列不是一个周期，纵列元素的相互关系也不容易看清。　　长式周期表的主表从左到右可分为s区，d区，ds区，p区4个区，有的教科书把ds区归入d区；副表(镧系和锕系)是f区元素元素周期系价键轨道原子轨道组合形成价键轨道价键轨道是定域轨道电子在两个原子核间运动共价键键合电子对的电子分别由两个原子提供配价键和配位键键合电子对的电子由一方给予，另一方接受，也称给予-接受键。电子对给予体称为路易斯碱电子对接受体称为路易斯酸孤对电子占据的轨道也被按价键轨道处理价键轨道的分类s-轨道p-轨道d-轨道杂化轨道sp-轨道sp2-轨道sp3-轨道dsp2-轨道d2sp2-轨道d2sp3-轨道用VSEPR判断杂化轨道模型AXnEm=AYn+mAY2AY3AY4AY5AY6CO2BF3SiCl4PCl5SF6BeCl2CO32-NH3SF4BrF5HCNO3H2OClF3XeF4spsp2sp3dsp3d2sp3配位化学杂化轨道模型MX2MX3MX4MX5MX6sp2sp2sp3dsp3d2sp3dsp2d2sp2sp3d2分子轨道分子轨道是分子中的电子轨道分子轨道由原子轨道组合而得原子轨道组合成分子轨道时，轨道的总数不变分子轨道按轨道的能量大小分为成键轨道、反键轨道和非键轨道分子轨道按对称性分为s-轨道、p-轨道等原子轨道组合成分子轨道遵循能量相近原理、最大重叠原理和对称匹配原理电子在基态分子中的分子轨道中填充遵循能量最低原理、泡利原理和洪特规则。