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4.1,原子軌域與能階,4.2,電子組態,4.3,週期表,4.1 原子軌域與能階,光的二重性,(1)光可視為一種電磁輻射：C=,(C：波速,：頻率,：波長）,(2)光也可視為一種粒子，稱為光子（photon），,一個光子的能量E=h,（h 稱為普朗克常數6.626 10,34,焦耳秒/光子）,4,-1,原子軌域與能階,光的二重性(1)光可視為一種電磁輻射：C=4-1 原,波長為300 奈米的紫外光，其頻率及莫耳能量為何？,4-1,波長為300 奈米的紫外光，其頻率及莫耳能量為何？4-1,(1)C/(310,8,)/(310,7,)=10,15,(s,-1,),(2)Eh 6.626 10,34,10,15,=6.626 10,19,(J/個),399(kJ/mol),解析,解析,電磁波光譜,【例】頻率：紫外光,可見光,紅外線,波長：紫外光,可見光,紅外光,能量E：紫外光,可見光,紅外光,波速：紫外光可見光紅外光,電磁波光譜【例】頻率：紫外光可見光紅外線,原子光譜(一),(1)在日常生活中，如日光燈、國慶煙火等，若提 供能量將原子激發至高能量狀態，高能量狀態 的原子放出光回到穩定狀態。若以分光儀將其 成分色光分散開來，即得原子光譜（atomic spectrum）,原子光譜(一)(1)在日常生活中，如日光燈、國慶煙火等，,原子光譜(二),(2)各種元素的原子光譜僅含一些特定波長的光譜線，且譜線之間會有間隔而非連續。每一種元素的原子 都有其獨特的原子光譜，科學家利用它來鑑定物質 中所含的元素，就像用指紋區別人一樣。,原子光譜(二)(2)各種元素的原子光譜僅含一些特定波長的光,原子光譜特性,(1)為,不連續明線,光譜，每一條譜線對應一條特別頻 率的光。,(2)線條分成很多群，一群在紫外光區，一群在可見 光區，其他皆在紅外光區。,氫原子光譜動畫,原子光譜特性(1)為不連續明線光譜，每一條譜線對應一條特,拉塞福,的原子模型的失敗,(1)英國物理學家拉塞福利用粒子的 散射實驗結 果，提出了原子核的概念。他認為原子模型略 似太陽系，原子中的正電荷和大部分質量聚集 在一極小空間，稱為原子核，而電子則如行星 般繞原子核作圓周運動。,(2)按照古典電磁學，電子若照拉塞福的 說法作圓周運動，則必輻射出能量，使其能量漸減而逐 漸靠近原子核。這 顯然與原子的穩定 存在不合。,拉塞福的原子模型的失敗(1)英國物理學家拉塞福利用粒子的,波耳的氫原子理論(一),第一假設：當電子在某些圓形軌道運行時，遵守一定的規則而不輻射能量，可處在一穩定態。,（1）波耳計算出氫原子中各穩定態的能量,En=1312/n,2,kJ/mol,（2）n1時，軌道最靠近原子核，半徑最小，能 量最低。,（3）n愈大愈,遠離,核，能量愈,高,，且能量間隔愈,小,波耳的氫原子理論(一)第一假設：當電子在某些圓形軌道運行時,波耳的氫原子理論(二),第二假設：當電子由一個較高能階（E,m,）躍遷至較低能階（E,n,）時，原子會將兩能階的能量差以電磁波的形式放出。,該電磁波的頻率為,=（E,m,E,n,）/h,波耳的氫原子理論(二)第二假設：當電子由一個較高能階（E,氫原子譜線,(1)由m1 至n=1 的系列光譜，稱為,來曼系,光譜。,(2)由m 2 n=2 的系列光譜，稱為,巴耳末系,(3)由m 3 至n=3 的系列光譜，稱為,帕申系,氫原子譜線(1)由m1 至n=1 的系列光譜，稱為來曼,試計算氫原子的電子從n=3 能階躍遷至n=2 能階所放出的光譜線頻率。,4-2,試計算氫原子的電子從n=3 能階躍遷至n=2 能階所放出的,答：n=3 時，E,3,=1312/3,2,kJ/mol,n=2 時，E,2,=1312/2,2,kJ/mol,E=E,3,E,2,=1312（1/2,2,1/3,2,)=182 kJ/mol,故6.62610,34,6.0210,23,=18210,3,=4.5710,14,（1/秒）,解析,解析,原子軌域(一),波耳的理論不適合用於多電子原子,研究量子力學之科學家們開始思索新理論，發現 原子中的電子仍只能具有某些特定的能量，並且 精確算出氫原子各能階的能量，結果與波耳所算 完全一致，亦可解釋氫原子光譜。,科學家們發現電子的運動軌跡是無法被預測的，但我們仍可知道電子在空間中某一點的出現機 率。,電子的出現機率與位置的關係，可以利用數學函 數求得。這些函數均稱為,軌域,（orbital）。,原子軌域(一)波耳的理論不適合用於多電子原子,原子軌域(二),經過對氫原子的計算，在n=1 的主層只有1 個軌域，我們以1s 來代表；而n=2 的能階，新理論算出有4個 軌域，其中有1 個稱為2s，另外3 個稱為2p；而n=3 的能階，則有9 個軌域，其中有1 個3s、3 個3p、5 個3d；而n=4 的能階則有16個軌域，分別為1 個 4s、3 個4p、5 個4d、7 個4f。,原子軌域(二)經過對氫原子的計算，在n=1 的主層只有,軌域能量,若為氫原子（或單電子離子）則軌域能量僅與 該軌域所屬主層數n有關。,若為多電子原子，則軌域能量就與主層n與副層 均有關係。,軌域能量 若為氫原子（或單電子離子）則軌域能量僅與,軌域的性質(一),當電子處在s 軌域時，其電子出現機率與該位置 在空間中的方向無關。因此若將電子出現機率相 等的各點描繪出來，將形成一個,球面,。,軌域的性質(一)當電子處在s 軌域時，其電子出現機率與,軌域的性質(二),當電子處在p軌域時，其出現機率就與該位置在空 間中的方向有關。若將出現機率相等的各點描繪 出來，可得到啞鈴形；p 副層有3 個軌域，分別為 p,x,、p,y,、p,z,，各繞著x、y、z 軸,軌域的性質(二)當電子處在p軌域時，其出現機率就與該位,電子組態,原子中電子占用軌域的情形,基態,當電子所占用的軌域情形，使得原子所具有的總能量為最低時,激發態,若電子的占用情形使原子的能量比在基態時高，則稱此時原子處在激發態,4,-2,電子組態,電子組態原子中電子占用軌域的情形4-2 電子組態,電子組態的遞建原理(一),(1)電子依低能階到高能階依序填入軌域。,1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d,各軌域可容納電子數：,s 2個,p 6個,d 10個,f 14個,電子組態的遞建原理(一)(1)電子依低能階到高能階依序填入,電子組態的遞建原理(二),(2),包立不相容原理,：1個軌域至多只能容納2個電子，且此2個電子的自旋方向必須相反。表示法：,電子組態的遞建原理(二)(2)包立不相容原理：1個軌,(3),洪德定則,：若電子要填入同能階且同型態的軌域（如2p,x,、2p,y,、2p,z,），則電子會先以相同的自旋方向在這些軌域中先各,填入1 個電子；若仍有剩餘的電子，則再以另一自旋方向填入這些軌域。,p,x,p,y,p,z,遵守洪德定則,_ 不遵守洪德定則,電子組態的遞建原理(三),(3)洪德定則：若電子要填入同能階且同型態的軌域（如2px、,電子組態一些例子,包立不相容原理,洪德定則,電子組態一些例子,原子序136元素的電子組態寫法,原子序136元素的電子組態寫法,電子組態其他說明,(1)過渡元素之電子組態：先填4s再填3d（依能量大小）但書寫電子組態時：先寫3d再寫4s(依n值排列),(2)Cr與Cu的電子組態較為特殊:依以上規則,24,Cr 應為（1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,4,4s,2,）但正確則為,（1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,5,4s,1,）(半滿效應),依以上規則,29,Cu 應為（1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,9,4s,2,）但正確則為,（1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,10,4s,1,）(全滿效應),(3)原子序較大時，其內層電子組態可用前一週期惰性氣體 的元素符號加 表示。,如,17,Cl：1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,5,或 Ne 3s,2,3p,5,電子組態其他說明(1)過渡元素之電子組態：先填4s再填3d,利用電子組態的遞建原理寫出磷（P，原子序15）的電子組態。,4-3,利用電子組態的遞建原理寫出磷（P，原子序15）的電子組態。,答：,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,3,或,Ne3s,2,3p,3,。,磷有15個電子，因此依電子組態遞建原理，應先於1s填入二個電子，2s填入二個，3個2p軌域中填入六個，再顧3s中填入二個電子。剩餘的三個電子，則填入下一個能階之3p，因此應寫為,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,3,。若要表達電子在3p中的分布，則可寫為：1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,1,3p,1,3p,1,。,因磷的前一週期最後一元素為氖，因此亦可簡寫為,Ne3s,2,3p,3,。,解析,X,Y,Z,解析XYZ,原子序為25 的元素，其原子的電子組態為何？有幾個不成對的電子？,4-4,原子序為25 的元素，其原子的電子組態為何？有幾個不成對的,答：,利用遞建原理，填電子的順序應為1s、2s、2p、3s、3p、4s、4d，因此最後所填入的軌域及個軌域的電子數應為1s2、2s2、2p6、3s2、3p6、4s2、3d5，寫為1s22s22p23s23p64d54s2，可簡記為 Ar3d,5,4s,2,。,利用洪德法則，其3d所填的狀況應為：,有5 個不成對的電子。,解析,解析,
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