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原子的结构
生命的基本化学组成
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11.1知识标准
识记量子数、主量子数、角量子数、磁量子数、自旋量子数的取值范围及作用。
理解原子核外电子的排布规律。
理解元素周期律的本质。
第一节原子的结构
一、四个量子数
1926年，奥地利科学家薛定谔提出了二级偏微分方程：
这是一个描述一个粒子在三维势场中的定态薛定谔方程。所谓势场，就是粒子在其中会有势能的场，电场就是一个带电粒子的势场；所谓定态，就是假设波函数不随时间变化。E是粒子本身的能量；V(x，y，z)是描述势场的函数。这个方程的数学解很多，但从物理意义看，必须引出四个参数，这四个参数就叫量子数。
所谓量子数，是指表示微观运动状态的一些特定的不连续的数字。原子中电子运动状态的四个量子数是：n，l，ml，ms。其中:n为主量子数；l为角量子数；ml为磁量子数；ms为自旋量子数。
三维势场示意图
1.主量子数（n）
主量子数在确定电子运动的能量时起头等重要的作用。
当主量子数增加时，电子的能量随着增加，电子离核的平均距离也相应增加。
当n=1，2，3，4，5，6，7；对应的电子层从里到外依次用字母K，L，M，N，O，P，Q来区别表示。
2.角量子数（l）
角量子数确定原子轨道的形状，并在多电子原子中和主量子数一起决定电子的能级。对于给定的n值，l只能取小于n的正整数。
当l=0，1，2，3，…（n-1）；相应能级的符号为：s，p，d，f…。
s为球型，p为哑铃型，d为花瓣型，f轨道更为复杂
3.磁量子数（ml）
磁量子数ml决定每种轨道在空间的不同延伸方向。角量子数决定磁量子数，磁量子数等于（2l+1）。对于每种形状轨道，磁量子数的取值分别是：
ml=0，±1，±2，±3，…±l。
磁量子数l和角量子数ml的关系和它们确定的空间取向为：
轨道s、p、d、f分别有1个、3个、5个和7个空间取向。
轨道s、p、d、f分别有1个、3个、5个和7个空间取向
4.自旋量子数（ms）
自旋磁量子数ms，表示电子的自旋运动情况。
原子中电子除了以极高速度在核外空间运动之外，也还有自旋运动。
电子有两种不同方向的自旋，即顺时针方向和逆时针方向。它决定了电子自旋角动量在外磁场方向上的分量。
通常取值为±1/2，用↑和↓符号表示，称为自旋量子数。
电子的自旋有顺时针方向和逆时针方向
核外电子运动的可能状态数
二、原子核外电子分布规律
3.能量最小原理
在原子系统内，每个电子总是趋向于占有最低的能级。
如果有n个相同的轨道，则电子在成对前分别平行填充各轨道；
当原子中每个电子能量最小时，整个原子的能量最低，此时原子处于稳定状态。
4.实际排布情况
核外电子严格按能量最小原理排布。
一般来说，能级层高则能量大，但不是绝对的。
如果把壳层与人的辈分对应，把能量与人的年龄对应,那么随着世代的繁衍，就会出现辈分小的人比辈分大的人年龄大的情况。
主量子数
n
角量子数
l
原子轨道
符号
相对能量
n+0.7l
1
0
1s
1
2
0
2s
2
1
2p
2.7
3
0
3s
3
1
3p
3.7
2
3d
4.4
4
0
4s
4
1
4p
4.7
2
4d
5.4
3
4f
6.1
5
0
5s
5
1
5p
5.7
2
5d
6.4
3
5f
7.1
4
5
7.8
6
0
6s
6
1
6p
6.7
2
6d
7.4
理论值：Zn＝2n2
核外电子实际排布情况
三、元素周期律
1.元素周期律的本质
在近代，门捷列夫发现的元素周期律是：化学元素按原子量的大小排列起来，化学性质会呈现出明显的周期性；
在现代，发现元素的性质是随原子序数的增加而呈周期性变化的，而不是像过去认为的那样是由于原子量的增加而呈周期性变化的，两者的区别明显表现在同位素概念方面。
例如，原子序数79的Au（金）原子量为197，原子序数78的Pt（铂）同位素原子量为198；原子序数47的Ag（银）原子量为108，原子序数46