6.1人類對原子結構的認識過程6.2核外電子運動狀態的近代描述6.3原子結構與元素性質的關系6.1人類對原子結構的認識過程原子(A)原子核電子(Z)帶負電，m0質子(Z)帶正電中子(N)不帶電原子量(A)=質量數=質子數（Z）+中子數（N）德國物理家和化學學家道爾頓成立原子學，覺得原子如同一個小得不能再小的玻璃實心球。湯姆遜（）發覺了電子的存在行星結構原子模型1901年日本數學學家佩蘭（）提出的結構模型，覺得原子的中心是一些帶正電的粒子，外圍是一些繞轉著的電子，電子繞轉的周期對應于原子發射的波譜線頻度，最內層的電子拋出就發射陰極射線。中性原子模型1902年美國化學學家勒納德（nard）提出了中性微粒動力子模型。實心帶電球原子模型－湯姆生模型日本知名化學學家、發明家開爾文(年提出了實心帶電球原子模型，就是把原成是均勻帶正電的圓球，上面潛藏著帶負電的電子，正常狀態下處于靜電平衡。獼猴桃干面包模型湯姆遜（以為原子富含一個均勻的陽電球，若干陽性電子在這個圓球內運行。
它除了能解釋原子為何是電中性的，電子在原子里是如何分布的，并且能夠解釋陰極射線現象和金屬在紫外線的照射下能發出電子的現象木星模型美國數學學父母岡半太郎(圍繞帶正電的核心有電子環轉動的原子模型。太陽系模型——有核原子模型盧瑟福提出的原子模型像一個太陽系，帶正電的原子核像太陽，帶負電的電子像繞著太陽轉的行星。在這個“太陽系”，支配它們之間的斥力是電磁互相斥力。他解釋說，原子中帶正電的物質集中在一個很小的核心上，但是原子質量的絕大部份也集中在這個很小的核心上。玻爾模型法國科學家尼玻爾(）在盧瑟福模型的基礎上，他提出了電子在核外的量子化軌道，解決了原子結構的穩定性問題，描畫出了完整而令人信服的原子結構學說。1、氫原子核外電子是處在一定的線形軌道上繞核運行的。在此軌道上運動的電子不放出能量也不吸收能量。2、在一定軌道上運動的電子有一定的能量，這些狀態稱為定態。3、當電子從某一軌道躍遷到另一軌道時，才會有能量的吸收或放出。具有量子化特點。白光波譜氫原子波譜氫原子波譜特不連續的、線狀的，是很有規律的.缺點：不能解釋多電子原子波譜,甚至不能說明氫原子波譜的精細結構緣由：沒有考慮微觀世界粒子的特點—波粒二象性(wave–)微觀粒子的波粒二象性光的干涉、衍射現象表現出光的波動性，而光壓、光電效應則表現出光的粒子性。
稱為光的波粒二象性。戴維遜()和蓋革()的電子衍射實驗所否認微觀粒子也具有波粒二象性。電子的粒子性只需通過下邊實驗即可否認：陰極射線管內兩極之間裝一個可旋轉的小飛輪，當陰極射線打在小飛輪上，小飛輪即可旋轉，說明電子是有質量、有動量的粒子，借以具有粒子性。6－2核外電子運動狀態的近代描述波函數和四個量子數（一）波函數我們上面說電子具有波粒二象性，并不是說電子象個波一樣分布于一個大的空間區域，而是指電子在空間出現的機會的種種圖象，它的表現有波的特點。科學家用一個二階偏微分等式來表示，即知名的薛定諤多項式。四個量子數(1)主量子數化學意義：主量子數n是描述電子離核的遠近程度的參數，電子運動的能量主要由主量子數n來決定，n值越大，電子的能量越在一個原子內，具有相同主量子數的電子，近乎在同樣的空間范圍運動，故稱主量子數。n相同的電子為一個電子層。常用電子層的符號：主量子數(主電子層數)6，7…電子層符號:（2）角量子數l化學意義：它是確定原子軌道的形狀并在多電子原子中和主量子數一起決定電子的基態。角量子數l的取值:0，1，2，3…，(n-1)，只能取大于n的正整數。
在波譜學上分別以:s，p，d，f，…表示。諸如軌道，形狀為臥推形，3p軌道；軌道；主量子數（n）電子亞層符號n，l的關系：比如，一個電子處在n=2,l=0的運動狀態它就是2s電子（3）磁量子數0，1，2，……，l；即l亞層軌道共有（2l+1）個方向的亞層軌道數。m與l的關系如下：0，+1，-1三個方向：p五個方向：dxy和l相同，但m不同的各原子軌道的能量相同，稱為簡并軌道或等價軌道。一種取值,空間一種取向,一條三種取值,三種取向,三條等價(簡+2,+1,-1,-2)五種取值,空間五種取向,五條等價(簡并)(4)載流子量子數ms數學意義：描述電子自身的運動特點。一個原子中不可能有兩個運動狀態完全相同的電子，每位軌道（n、l、m相同）只能容納兩個電子，這兩個電子有不同的載流子形式，取值（+1/2、-1/2）量子數的物理意義，符號“”、“”表ed核外電子運動載流子運動與一套量子數相對應（自然也有1個能量E軌道運動由前面的討論曉得n,一定,軌道也確定間取向數各軌道各電子2p-1.0.+13p-1.0.+13d-2,-1.0.+1,+24p-1.0.+14d-2,-1.0.+1,+24f-3,-2,-1.0.+1,+2.+31632符號電子層中總軌道數載流子量子狀態數2n原子軌道數量等于磁量子數的數量（2l+1）,一個原子軌道有兩種狀態，所以運動狀態數為2n2。
Rn，l(r)稱為波函數的徑向部份或徑向波函數，它兩個量子數有關。Yl，m(θ，φ)稱為波函數的角度部份或角度波函數，它是方位角θ和φ的函數，只與l兩個量子數有關。為畫圖簡單，將波函數分解成徑向波函數和角度波函數，從兩個不同側面觀察電子的運動狀態。波函數的角度部份如，1s，2s，3s等Y圖都一樣；2px、3px、4px等Y圖都一樣。幾點說明：Yl，m與n無關，只要l、m相同，它們的角度分布圖是一樣正負號沒有“電性”的意思，表示曲面上Y值的正負(估算而至)，也反映電子的波動性。類似精典的波峰與波谷。圖中各點只代表Y值隨θ和φ改變而變化的情況，并不代表電子離核遠近的數值，Y電子云氫原子核外只有一個電子，構想核的位置固定，而電子并不是沿固定的軌道運動，因為不確定關系，也不可能同時測定電子的位置和速率。但我們可以用統計的方式來判別電子在核外空間某一區域出現的機會(機率)是多少。構想有一個高速拍照機能攝入電子在某剎那間的位置。之后在不同頓時拍攝成千上萬張相片，若分別觀察每一張相片，則它們的位置各不相同，似無規律可言，但假如把所有的相片疊合在一起看，就顯著地發覺電子的運動具有統計規律性，電子常常出現的區域是在核外的一個球狀空間這些預想中的圖形就稱作電子云，電子云角度分布圖電子云角度分布圖dr氫原子1s電子的徑向分布函在能級氫原子(1s軌道)中電子出現機率的極大值在r=a0(波爾直徑，a0=52.9pm)的球面上。
而機率密度的極大值處在核附近。不一致的緣由：機率=機率密度容積dV近核的地方Ψ2大，dV小，遠核的地方Ψ2小，dV大，所以在其間a0處有一極大值。6.3原子結構與元素性質的關系最內層電子數(主族，8個)f區，（n-2)f0-14(n-1)d0-2ns2電子排布的周期性決定了元素性質的周期性一原子直徑同一主族元素的原子直徑從上到下逐步減小，這是由于從上到下，元素原子的電子層數增多起主要作用，所以直徑減小。副族元素區內，從上到下，原子直徑通常只是稍有減小。短周期（1、2、3周期）在短周期中，從左到右隨著原子序數的降低，核電荷數在減小，原子直徑在逐步縮小。但最后到稀有二氧化碳時，原子直徑忽然變大。長周期內原子直徑的變化（4、5周期）在長周期中，從左往右，主族元素原子直徑變化的趨勢與短周期基本一致，原子直徑逐步縮小；副族中的d區過渡元素從左往右，原子直徑只是略有減弱，縮小程度不大；到了ds區元素量子數的物理意義，原子直徑反倒有所減小。同短周期一樣，末尾稀有二氧化碳的原子直徑又忽然減小。特長周期內原子直徑的變化（6、7周期）在特長周期中，除了包含有d區過渡元素，還包含有f區內過渡元素（鑭系元素、錒系元素），f區元素從左往右原子直徑減少的幅度更小。這就是鑭系收縮。電離能一個能級的氣態原子喪失1個電子成為+1價氣態正離子所需要的能量，稱為該元素的第一電離能，用表示，單位kJ/mol。Al(g)從+1價正離子再喪失1個電子，成為+2價正離子所消耗的能量稱為第二電離能I電離能的大小，反映原子喪失電子的難易，電離能愈大，失電子愈難，金屬性減慢。
