第一章 原子结构
一、关键词
1.核外电子运动的描述
量子化特性和波粒二象性是微观粒子所共有的特征，因而核外电子运动状态不能用经典力学来描述。
量子数与对应的原子轨道
主量子数（n） 角量子数（l） 电子亚层符号 1 0 1s 0 2s 2 1 2p 0 ±1 0 3s 3 1 3p 0 ±1 2 3d 0 ±1 ±2 5 0 0 4s 1 4p 0 ±1 4 2 4d 0 ±1 ±2 5 16 32 3 4f 0 ±1 ±2 ±3 7 磁量子数（m） 0 0 0 亚层轨道数（2l+1） 轨道数n 容纳的电子数2n 221 1 2 1 4 8 3 1 3 9 18 1 3
2.电子层结构与元素周期表
元素的分区与原子结构的关系
区 s 区 p 区 d 区 ds 区 f 区 包括的族 ⅠA、ⅡA族 ⅢA~ⅦA族，0族 ⅢB~VIIB族，Ⅷ族 ⅠB、ⅡB 族 镧系、锕系元素 价电子层构型 ns1~2 ns2np1~6 （n-1）d1~9ns0~2 （n-1）d10 ns1~2 （n-2）f0~14（n-1）d0~2 ns2 3.元素性质递变规律 元素基本性质变化趋势 基本性质 原子半径 同周期 同族 减小 增大 电离能 增大 减小 电子亲和能 增大 减小 电负性 增大 减小 二、学习感悟
1.原子结构模型的演变历史给我们的启迪
道尔顿原子学说 核外电子 原子 原子结构 质子 原子核 中子 卢瑟福原子结构模型 汤姆逊原子结构模型 量子力学模型 玻尔原子结构模型 原子结构模型是科学家根据自己的认识，对原子结构的形象描摹。一种模型代表了人类对原子结构认识的一个阶段。人类认识原子的历史是漫长的、无尽的，随着科学技术的发展，人类对原子的认识过程还会不断深化。①化学认识发展的规律和所有科学认识发展的规律一样是继承、积累和突破。②实验方法是科学研究的一种重要方法，实验手段的不断改进促使化学理论向前发展。人类对原子结构的认识体现了人类认识自然的历程，向我们提示了一个科学理论发展的模式：实践-认识-再实践-再认识。
2.研究原子结构涉及较深的数学知识和物理知识
初学者往往觉得枯燥难懂，因此，学习时重点放在理解，接受相关的基本概念，加上一定的空间想像。
3.结构决定性质，性质体现结构
元素的电离能、电子亲和能和电负性在衡量元素的金属性和非金属性强弱时，结果是大致相同的。但由于元素的电负性的大小是表示分子中原子吸引电子的能力大小，所以它能方便地定性反映元素的某些性质，如：金属性与非金属性、氧化还原性；化合物中化学键的类型、键的极性等，故它在化学领域中被广泛地运用。而元素的电子亲和能的数值一般较电离能小一个数量级，而且已知的元素的电子亲和能数据较少，测定的准确性也差，所以其重要性不如元素的电离能。
三、难点辅导 1.
微观粒子运动具有哪些特点？
能量是量子化的。量子化是相对于连续而言，也就是说变化过程是不连续的，是间隔的，是跳跃式的，一个一个的，不连续的。与宏观物体的逐渐的、连续的
运动有很大的区别。打个比方说，光从微观角度讲就是不连续的，爱因斯坦的光子说中把每一个光子叫做光量子，是一个个不连续的能量包，虽然光没有静质量，但光有动质量，有质量就有能量。
能量是不连续的，每个独立的能量叫做一个能级，就象台阶一样，氢原子的第1能级是-13.6eV，这是基态，就是能量最小的时候。它的第2能级是-3.4eV，和上面第1能级的能量并不连续，只能是一些特定值。
运动是二象性的(波粒二象性)，微观粒子想怎么运动就怎么运动，这是它们的自由，微观粒子的运动不受牛顿定律的制约，可以在不受任何力的情况下随时改变自己的运动状态，如电子绕原子核的运动就是不确定的，并没有什么“轨道”。 粒子自由运动的波动性，是粒子运动存在的固有本性，但运动的随机性，根源于真空的各向同性特性，而不是微观粒子运动的本性。
微粒子运动的统计性。海森堡关系式表明，微观粒子的运动速度和位置不能同时测准。因此对微观粒子的运动而言，确定的轨迹已无意义。所以对微观粒子运动的描述常用统计的方法。给出一种统计的规律，微观粒子运动的物质波可以看作是一种几率波。在空间某点，电子物质波的强度与该点附近一个微体积元中电子出现的几率密度成正比的。
2. ψ与│ψ│2 在原子结构理论中的意义。
薛定谔方程的解的解是ψ，称波函数，又称原子轨道，也称伸展方向，它是描述电子运动的函数，每一个波函数代表电子的一种运动状态。│ψ│2也称几率密度，即电子在核外空间某处单位体积中出现的几率，│ψ│2的形象化表达就是电子云。
3. 为何第四、五、六周期电子排布的例外比较多?
随着原子序数增加，电子所受到的有效核电荷增加，使ns电子激发到(n-1)d轨道上只需很少的能量。如果激发后能增加轨道中自旋平行的单电子数，其降低的能量超过激发能或激发后形成全满降低的能量超过激发能时，就将造成特殊排布。
4. 原子的共价半径的变化规律是什么? 1) 同一周期元素原子半径的变化规律：
短周期：自左至右原子半径逐渐降低，变化幅度较大；
长周期过渡元素：自左至右，原子半径逐渐降低，变化幅度较小，变化不规律。 2)周期表中各族元素原子的共价半径变化规律：
同一主族元素自上而下，由于主量子数增大 ，原子半径增大 ；
同一副族元素，自上而下变化幅度小，第五、六周期元素原子半径非常接近。
四、补充习题 (一) 单项选择题
1.下列关于氢原子结构叙述不正确的是( ) A. 电子在r=53pm处出现的几率最大 B. 电子在r=53pm处出现的几率密度最大 C. 电子在r<53pm的区域出现的几率密度大
D. 电子在r>53pm的空间出现的几率和几率密度随r的增大都减小
2.下列关于电子云的说法不正确的是( ) A. 电子云是│ψ│2的数学图形
B. 电子云有多种图形，黑点图只是其中一种
C. 电子就象云雾一样在原子核周围运动，故称为电子云 D. 电子云是描述核外某空间电子出现的几率密度的概念 3. P轨道电子云形状正确叙述为( ) A. 球形对称 B. 对顶双球
C. 互相垂直的梅花瓣形 D. 极大值在X、Y、Z轴上的双梨形 4. 氧原子的第一电子亲合势和第二电子亲合势( ) A. 都是正值 B. E1为正值，E2为负值 C. 都是负值 D. E1为负值，E2为正值 5.下列说法不正确的是( )
A. ψ就是原子轨道 B. ψ表示电子的几率密度
C. ψ没有直接的物理意义 D. ψ是薛定格方程的合理解，称为波函数 6. 描述一确定的原子轨道(即一个空间运动状态)，需用以下参数( ) A. n, l B. n, l, m C. N, l, m,ms D. 只需n 7.下列说法不正确的是( )
A. 氢原子中，电子的能量只取决于主量子数n
B. 多电子原子中，电子的能量不仅与n有关，还与l有关 C. 波函数由四个量子数确定 D. ms= ±?表示电子的自旋有两种方式 8.下列波函数符号错误的是( )
A. ψ1, 0, 0 B. ψ2, 1, 0 C. ψ1, 1, 0 D. ψ3, 0, 0 9. n=4时m的最大取值为( )
A. 4 B. ± 4 C. 3 D. 0 10. 2p轨道的磁量子数可能有( )
A. 1, 2 B. 0, 1, 2 C. 1, 2, 3 D. 0, +1, -1 11.原子中电子的描述不可能的量子数组合是( ) A. 1, 0, 0, +1/2 B. 3, 1, 1, -1/2 C. 2, 2, 0, -1/2 D. 4, 3, -3, -1/2 12.描述核外电子空间运动状态的量子数组合是( ) A. n, l B. n, l, m C. n, l, m, ms D. n, l, ms
13. n, l, m确定后，仍不能确定该量子数组合所描述的原子轨道的( ) A. 数目 B. 形状 C. 能量 D. 所填充的电子数目 14. 下列原子中电离势最大的是( ) A. Be B. C C. Al D. Si 15. 关于下列对四个量子数的说法正确的是( )
A. 电子的自旋量子数是?，在某一个轨道中有两个电子，所以总自旋量子数是1或是0;
B. 磁量子数m=0的轨道都是球形的轨道; C. 角量子数l的可能取值是从0到n的正整数;
D. 多电子原子中，电子的能量决定于主量子数n和角量子数l. 16. 在主量子数为4的电子层中，能容纳的最多电子数是( ) A. 18 B. 24 C. 32 D. 36
17. 多电子原子中，在主量子数为n，角量子数为l的电子层上，原子轨道数为( )
A. 2l + 1 B. n - 1 C. n - l+ 1 D. 2l - 1