普通化学复习资料
3.1物质的结构与物质的状态
3.1.1原子结构
1．核外电子的运动特性
核外电子运动具有能量量子化、波粒二象性和统计性的特征，不能用经典的牛顿力学来描述核外电子的运动状态。2．核外电子的运动规律的描述
由于微观粒子具有波的特性，所以在量子力学中用波函数Ψ来描述核外电子的运动状态，以代替经典力学中的原子轨道概念。
(1)波函数Ψ(原子轨道)：用空间坐标来描写波的数学函数式,以表征原子中电子的运动状态。
一个确定的波函数Ψ，称为一个原子轨道。
(2)概率密度（几率密度）：Ψ2表示微观粒子在空间某位置单位体积内出现的概率即概率密度。
(3)电子云：用黑点疏密的程度描述原子核外电子出现的概率密度(Ψ2)分布规律的图形。黑点较密的地方,表示电子出现的概率密度较大,单位体积内电子出现的机会较多。
(4)四个量子数:波函数Ψ由n.l.m三个量子数决定，三个量子数取值相互制约：
1)主量子数n的物理意义：
n的取值：n=1,2,3，4……∞ ,
意义：表示核外的电子层数并确定电子到核的平均距离；
确定单电子原子的电子运动的能量。
n = 1，2，3，4, ……∞，对应于电子层K，L，M，N, ···
具有相同n值的原子轨道称为处于同一电子层。
2)角量子数ι:
ι的取值：受n的限制，ι= 0,1,2……n-1 (n个)。
意义：表示亚层，确定原子轨道的形状；对于多电子原
子，与n共同确定原子轨道的能量。…
ι的取值： 1 ， 2 ， 3 ， 4
电子亚层：s, p, d, f……
轨道形状：球形纺锤形梅花形复杂
图3－1
3)磁量子数m:
m的取值：受ι的限制， m=0 ,±1,±2……±ι(2ι+1个) 。
意义：确定原子轨道的空间取向。
ι=0， m=0， s轨道空间取向为1；
ι=1, m=0 ,±1， p轨道空间取向为3；
ι=2, m=0 ,±1,±2 , d轨道空间取向为5；
……
n ，ι相同的轨道称为等价轨道。
s 轨道有1个等价轨道，表示为：
p 轨道有3个等价轨道，表示为：
d 轨道有5个等价轨道，表示为：
……
一个原子轨道是指n 、ι、m 三种量子数都具有一定数值时的一个波函数Ψ（n,ι,m ），例如Ψ(1,0,0)代表基态氢原子的波函数。
n 、ι、m 取值合理才能确定一个存在的波函数，亦即确定电子运动的一个轨道。
n 、ι、m 的取值与波函数： n=1(1个), ι=0,m=0, Ψ(1,0,0)
n=2（4个）, ι={(2,1,-1)
(2,1,1),(2,1,0),(2,0,0)
,,
1,00,,
10ψψψψ±==m m
n=3(9个), ι={)
2,2,3(),2,2,3()
1,2,3()1,2,3()0,2,3()1,1,3(),1,1,3(),0,1,3()
0,0,3(2,1,01,00,,
,
210-ψψ-ψψψ-ψψψψ±±=±==m m m
n=4(16个)
……
波函数Ψ数目＝n 2
在一个确定的原子轨道下，电子自身还有两种不同的运动状态，这由m S 确定. 4)自旋量子数m s ：
m s 的取值：m s ={2
121
-+
意义：代表电子自身两种不同的运动状态(习惯以顺、逆自旋两个方向形容这两种不同的运动状态,可用↑↑ 表示自旋平行,↑↓表示自旋反平行。
这样n 、ι、m 、m S 四个量子数确定电子的一个完整的运动状态,以Ψ（n,ι,m, m S ）表示。
例：Ψ(1,0,0,+2
1),Ψ(1,0,0,-2
1) ，Ψ(2,1,1,+2
1) ，
Ψ(2,1,1, -2
1) 等等。
3.原子核外电子分布三原则
（1）泡利不相容原理：一个原子中不可能有四个量子数完全相同的两个电子.
因为同一个轨道的电子，n 、ι、m 三个量子数已相同，第四个量子数
m s ={2
121
-+
必不相同 由此可得出:一个原子轨道中最多能容纳自旋方向相反的两个电子。表示为：
↑↓
根据每层有n 2
个轨道，每个轨道最多能容纳两个电子，由此可得出每一层电子的最大容量为2 n 2
。
（2）最低能量原理：电子总是尽先占据能量最低的轨道。
电子依据轨道近似能级图由低到高依次排布。轨道近似能级图为:
7s……
6s 4f 5d 6p 5s 4d 5p 4s 3d 4p 3s 3p 2s 2p 1s
（3）洪特规则：在n 和ι值都相同的等价轨道中，电子总是尽可能分占各个轨道且自旋平行。 如2p 3:
洪特规则特例：当电子的分布处于全充满、半充满或全空时，比较稳定。
全充满: p 6
或d 10
或f 14
↑ ↑ ↑
半充满: p 3或d 5或f 7
全空: p 0
或d 0
或f 0
例如, 24Cr 1S 2
2S 2
2P 6
3S 2
3P 6
3d 5
4S 1
, 半充满比较稳定。
29
Ｃu 1S 22S 22P 63S 23P 63d 104S 1, 全充满比较稳定。
(4)核外电子分布式：
原子的核外 原子的 离子的核外 离子的
电子分布式 外层电子分布式 电子分布式 外层电子分布式
（价电子构型）
Na 111s
2
2s 22p 63s
1
3s 1
Na +:1s 22s 22p 6
2s 22p 6
S
16
1s 22s 22p 63s 23p
4
3s 23p
4
S 2-
:1s 2
2s 2
2p 6
3s 2
3p 6
3s 23p 6
Fe
26
1s 22s 22p 6
3s 23p 6
3d 6
4S
2
3d 64s
2
Fe 3+
:1s 2
2s 2
2p 6
3s 2
3p 6
3d
5
3s 2
3p 6
3d
5
24Cr 1S 2
2S 2
2P 6
3S 2
3P 6
3d 54S 1 3d 54S 1 24Cr 3
＋
:1S 2
2S 2
2P 6
3S 2
3P 6
3d
3
3S 23P 63d 3
29Ｃu 1S 2
2S 2
2P 6
3S 2
3P 6
3d 10
4S 1
3d 10
4S 1
29Ｃu
2
＋
:1S 22S 22P 63S 23P 63d
9
3S 23P 63d 9
根据电子的排布，还可判断出轨道中未成对电子的数目。 例：根据Fe 原子的价电子构型3d 6
4s
2
，判断其轨道图中，
