电子云的轮廓图
y(r,θ,φ)＝R(r)·Y(θ,φ)
R(r) ——径向分布部分，仅与r (原子轨道半径)有关，与空间取向无关。
Y(q,f)——角度分布部分，只取决于轨道的空间取向，与轨道半径无关。
（1）径向分布：在半径为r、厚度为Δr的球壳内发现电子的概率为4pr2Δr
，将其除以Δr，得到
，以D(r)～
氢原子电子云的径向分布图
r作图，可得各种状态的电子的概率的径向分布图。
(2)角度分布
Y(q,j)对q,j作图可得原子轨道的角度分布图，
对q,j作图可得到电子云的角度分布图。
①原子轨道角度分布图胖一点，而电子角度分布图瘦一点。这是因为?Y?<1，所以?Y?2< ?Y?。 ②原子轨道角度分布图有 “＋”、“－”，符号表示Y(q,j)的角度分布图形的对称性关系，符号相同则表示对称性相同，符号相反则表示对称性相反；而电子云角度分布图均为正值。
原子轨道的角度分布图 电子云的角度分布图 2.3原子的电子层结构与元素周期系 2.3.1多电子原子的能级 1. 鲍林近似能级图
＋＋
（1）对于氢原子或类氢离子(如He 、Li2)原子轨道的能量：
l 原子轨道的能量E随主量子数n的增大而增大，即E1s 1939 年，鲍林(Pauling，美国化学家)根据光谱实验的结果，提出了多电子原子中原子轨道的近似能级图，又称鲍林能级图。 a) 近似能级图按原子轨道能量高低排列。 b) 能量相近的能级合并成一组，称为能级组，共七个能级组，原子轨道的能量依次增大，能级组之间能量相差较大而能级组之内能量相差很小。 c) 在近似能级轨道中，每个小圆圈代表一个原子轨道。 d) 各原子轨道能量的相对高低是原子中电子排布的基本依据。 e) 原子轨道的能量：l相同时，主量子数n 越大能量越高。 原子轨道的近似能级图 主量子数n 相同，角量子数l越大能量越高，即发生“能级分裂”现象。 例如：E4s< E4p < E4d < E4f 当主量子数 n和角量子数 同时变动时，发生“能级交错”。 例如： “能级交错”和“能级分裂”现象都是由于“屏蔽效应”和“钻穿效应”引起的。 屏蔽效应：a.内层电子对外层电子的作用；b.有效核电荷Z*； c.屏蔽系数σ；Z*=Z-σ 各电子层电子屏蔽作用的大小顺序为：K > L > M > N > O > P …… 屏蔽效应使原子轨道能量升高。 钻穿效应：外层电子钻到内部空间而靠近原子核的现象，通常称为钻穿作用。由于电子的钻穿作用的不同而使它的能量发生变化的现象称为钻穿效应，钻穿效应使原子轨道能量降低。 钻穿效应 2．核外电子排布的三个原则 （1）泡利不相容原理：一个原子轨道最多只能容纳2个自旋相反的电子，即在同一个原子中没有四个量子数完全相同的电子。每个电子层中原子轨道的数目是n2个，因此每个电子层最多所能容纳的电子数为2n2个。 （2）能量最低原理：多电子原子在基态时，核外电子总是尽可能分布到能量最低的轨道。 （3）洪德规则：也叫等价轨道原理，电子在能量相同的原子轨道上排布时，总是尽可能地以自旋方向相同的形式分占不同的轨道，此时体系能量低、稳定。 电子填入轨道次序图 61014357 洪德规则的特例：等价轨道全充满(p, d, f) ，半充满（p, d, f） 和全空（ p0 , d0, f0）状态比较稳定。 例如，氮原子核外有7个电子，核外电子排布为1s22s22px12py12pz1。 氮原子核外电子的排布图 3．电子结构式 Ne（Z=10）：1s22s22p6 Na（Z=11）：1s22s22p63s1 K（Z=19）：1s22s22p63s23p64s1 简化写法，用稀有气体表示全充满的结构，称为原子实。例，Ca（Z=20）：1s22s22p63s23p64s2简写为[Ar]4s2；Cr（Z=24）：1s22s22p63s23p63d54s1，简写为[Ar]3d54s1。 2.3.2核外电子排布与周期系的关系 1．每周期的元素数目 周期：元素周期表中的行，共分为七个周期，与七个能级组相对应。 每个周期的元素数量等于各能级组对应的原子轨道所能够容纳的最多电子数。 元素周期表中的周期与各周期元素的数目 周期 1 2 3 4 5 6 7 能级组 1 2 3 4 5 6 7 能级组内原子轨道 1s 2s2p 3s3p 4s3d4p 5s4d5p 6s4f5d6p 7s5f6d 所能容纳的最多电子数 2 8 8 18 18 32 32 最大元素数目 2 8 8 18 18 32 32 2．元素在周期表中的位置 元素在周期表中所处周期的序数等于该元素原子所具有的电子层数。 族：元素周期表中的列，共有7个主族(IA～VIIA族)、零族、7个副族(IB～VIIB族)和VIII族（含3列）。元素在周期表中的族数，基本上取决于元素的最外层电子数或价电子数。 各主族元素(IA～VIIA)、第ⅠB、第ⅡB副族元素的最外层电子数等于族序数；零族元素最外层电子数为2或8，是全充满结构；第Ⅲ至第ⅦB族元素的族的序数等于最外层s电子数与次外层d 电子数之和； Ⅷ族元素的最外层s电子数与次外层d电子数之和为8，9，10。 3．元素在周期表中的分区 1 2 3 4 5 6 镧系元素 锕系元素 f区 （n-2）f1ns2 ~ （n-2）f14ns2 （有例外） s区 ns1~ns2 IA IIIB~VIIB VIII d区 （n-1）d1ns2 ~ （n-1）d8ns2 （有例外） IB IIB p区 ds区 2126(n-1)d10ns1 nsnp~nsnp ~ (n-1)d10ns2 0 IIA IIIA~VIIA 2.3.3元素性质的周期性 1．原子半径 常用的原子半径有三种： l 共价半径：同种元素的两个原子以共价单键连接时，它们核间距离的一半叫做共价半径。 l 金属半径：把金属晶体看成是由球状的金属原子堆积而成的，假定相邻的两个原子彼此互相接触，它们核间距离的一半叫做金属半径。 l 范德华半径：当两个原子之间没有形成化学键而只靠分子间作用力（范德华力）互相接近时，两个原子核间距离的一半，叫做范德华半径。 原子半径的周期性变化： 主族元素原子半径的递变规律十分明显。同一周期中，随着原子增大，原子半径依次减小，这是因为有效核电荷数增大，原子核对核外电子吸引力增强。同一主族中，自上而下各元素的原子半径依次增大，这是因为原子的电子层数增多，核电荷数逐渐增加。 同一周期中，副族的过渡元素随核电荷增加，有效核电荷增加得比较缓慢，从左至右原子半径减小幅度不大。镧系、锕系元素随着原子序数的增加，原子半径减小的幅度很小，我们把这一现象称为镧系收缩。副族元素自上而下原子半径变化不明显，特别是第五周期和第六周期的元素，它们的原子半径非常相近。这主要是镧系收缩所造成的结果。 主族元素的原子半径（nm） 2．电离能、电子亲合能 （1）元素的电离能：使基态的气态原子或离子失去电子所需要的最低能量称为电离能。其中使基态的气态原子失去一个电子形成＋1价气态正离子时所需要的最低能量叫做第一电离能，以I1表示；从＋1价离子失去一个电子形成＋2价 － 气态正离子时所需的最低能量叫第二电离能，以I2表示，依此类推。电离能的单位为kJ·mol1。对于同一种元素I1 元素的第一电离能随着原子序数的增加呈明显的周期性变化。在同一主族中自上而下，元素的电离能一般逐渐减小。这是因为随着原子序数的增加，原子半径增大，原子核对最外层电子的吸引能力减弱，价电子容易失去，故电离能依次减小。在同一周期中从左至右，电离能总的趋势是逐渐增大的，其中主族金属元素的第一电离能较小，非金属元素的第一电离能较大，而稀有气体的第一电离能最大。 元素第一电离能I1随原子序数Z的变化 元素的电子亲合能：某元素的一个基态的气态原子得到一个电子形成－1价气态负离子时所放出的能量叫该元素的第一电子亲合能，常用E1表示；与此相类似，有元素的第二电子亲合能E2以及第三电子亲合能E3，其数值可用来衡量原 － 子获得电子的难易。单位一般采用kJ·mol1。 一般元素E1<0，表示得到一个电子形成负离子时放出能量；个别元素E1>0，表示得电子时要吸收能量，这说明该元素的原子变成负离子很困难。 元素的电子亲合能随原子序数的变化（图中的稀有气体的数值来自于理论计算） 3．元素的电负性 （1）电负性：1932年鲍林首先提出，定量地描述分子中原子吸引电子的能力，通常用X表示。 （2）电负性的取值：相对值，XF=4.0，根据热化学数据比较各元素原子吸引电子的能力，求出其它元素的电负性。 元素的电负性数值愈大，表示原子在分子中吸引电子的能力愈强。 元素的电负性随原子序数的变化 4．元素的金属性和非金属性 同周期元素从左至右，由于核电荷依次增多，原子半径逐渐减小，最外层电子数也依次增多，电负性依次增大，因此，元素的金属性依次减弱，非金属性逐渐增强。以第三周期为例，从活泼金属钠到活泼非金属氯。 同主族元素自上而下电负性减小非金属性减弱，金属性增强。例如第VA族，从典型的非金属N变为金属Bi。 一般非金属元素（除硅外）X>2.0以上，金属元素（除铂系元素和金）X<2.0。 2.4 化学键与分子结构 化学键：分子中的两个或多个原子（或离子）之间这种强烈的相互作用。 化学键的类型：离子键、共价键和金属键。 2.4.1 离子键 1．离子键的形成 1916年柯塞尔(W. Kossel，德国化学家)根据稀有气体原子的电子层结构特别稳定的事实，提出了离子键理论。要点： 电负性小的活泼金属与电负性大的活泼非金属原子相遇时，都有达到稀有气体原子稳定结构的倾向，因此电子容易从活泼金属原子转移到活泼非金属原子而形成正、负离子，这两种离子通过静电引力形成离子键。 由离子键形成的化合物叫离子化合物。例如NaCl分子的形成过程如下： 静电引力 }——————→n 离子化合物的特点：主要以晶体的形式存在，具有较高的熔点和沸点，在熔融状态或溶于水后其水溶液均能导电。 当两个正、负离子接近的时候既有相互吸引又有相互排斥，总势能为：