普通化學(xué)第七章原子結(jié)構(gòu)和元素周期律

1、普通化學(xué)第七章原子結(jié)構(gòu)和元素周期律第1頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三要求: (1)了解核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性,了解波函數(shù)和電子云的圖形.(2)能運(yùn)用軌道填充順序圖,按照核外電子排布原理,寫(xiě)出若干常見(jiàn)元素的電子組態(tài).(3)掌握各類(lèi)元素電子構(gòu)型的特征.(4)了解電離勢(shì)、電負(fù)性等概念的意義和它們與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。(5)了解元素周期表和核外電子排布的關(guān)系第2頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三第一節(jié) 核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)7.1.1 氫原子光譜和 Bohr 理論 19世紀(jì)，物理學(xué)家 Crookes 等人在研究稀薄氣體放電現(xiàn)象時(shí)發(fā)現(xiàn)了電子。1897年，Thom

2、son 測(cè)定出電子的荷質(zhì)比(e/me)為 1.761011 Ckg-1。實(shí)驗(yàn)表明，電子的荷質(zhì)比是一個(gè)常數(shù)，它與電極材料或放電管中氣體的性質(zhì)無(wú)關(guān)。 第3頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 1911年，Rutherford用一束高速運(yùn)動(dòng)的粒子（He2）流轟擊一塊106107 m 厚的金箔。發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的粒子幾乎不受阻攔地直線通過(guò)，約萬(wàn)分之一的粒子的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，極個(gè)別的粒子甚至被反彈回來(lái)。 原子像一個(gè)行星系，其中心有一個(gè)體積很小卻幾乎集中了原子全部質(zhì)量的帶正電荷的原子核，而帶負(fù)電荷的電子在核外空間繞核高速運(yùn)動(dòng)，就像行星圍繞著太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)一樣。第4頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5

3、月20日，17點(diǎn)46分，星期三一、氫原子光譜 當(dāng)一束白光通過(guò)石英棱鏡時(shí)，形成的帶狀光譜稱(chēng)為連續(xù)光譜。 氣態(tài)原子被火花、電弧或其他方法激發(fā)產(chǎn)生的光，經(jīng)棱鏡分光后，得到不連續(xù)的線狀光譜，這種線狀光譜稱(chēng)為原子光譜。 氫原子光譜是最簡(jiǎn)單的原子光譜。在抽成真空的光電管中充入稀薄純氫氣，并通過(guò)高壓放電所放出的光經(jīng)棱鏡分光后形成按波長(zhǎng)次序排列的不連續(xù)的線狀光譜。氫原子光譜在可見(jiàn)光區(qū)有4條比較明顯的譜線，分別用 H，H，H，H表示。第5頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 在某一瞬間一個(gè)氫原子只能產(chǎn)生一條譜線，實(shí)驗(yàn)中之所以能同時(shí)觀察到全部譜線，是由于很多個(gè)氫原子受到激發(fā)，躍遷到高能級(jí)后又

4、返回低能級(jí)的結(jié)果。二、Bohr 理論 1913 年，丹麥青年物理學(xué)家 Bohr 提出了新的原子結(jié)構(gòu)模型。其要點(diǎn)如下：第6頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 （1）電子只能在某些特定的圓形軌道上繞核運(yùn)動(dòng)，在這些軌道上運(yùn)動(dòng)的電子既不放出能量，也不吸收能量。 （2）電子在不同軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，其能量是不同的。在離核越遠(yuǎn)的軌道上，能量越高；在離核越近的軌道上，能量越低。軌道的這些不同的能量狀態(tài)稱(chēng)為能級(jí)，其中能量最低的狀態(tài)稱(chēng)為基態(tài)，其余能量高于基態(tài)的狀態(tài)稱(chēng)為激發(fā)態(tài)。原子軌道的能量是量子化的，氫原子軌道的能量為： 第7頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 （3）只

5、有當(dāng)電子在能量不同的軌道之間躍遷時(shí)，原子才會(huì)吸收或放出能量。當(dāng)電子從能量較高的軌道 (E2) 躍遷到能量較低的軌道(E1)時(shí)，原子以光子的形式釋放出能量，釋放出光的頻率與軌道能量的關(guān)系為：E=E2-E1=h第8頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三7.1.2核外電子的運(yùn)動(dòng)特征 一、電子的波粒二象性 1924 年，法國(guó)青年物理學(xué)家 de Broglie大膽地提出電子也具有波粒二象性的假說(shuō)。并預(yù)言：對(duì)于質(zhì)量為me，運(yùn)動(dòng)速率為e的電子，其相應(yīng)的波長(zhǎng)e可由下式給出： 第9頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 1927年，美國(guó)物理學(xué)家Davisson和Germe

6、r用電子束代替X射線做晶體衍射實(shí)驗(yàn)，得到了與X射線衍射圖象相似的衍射環(huán)紋圖，確認(rèn)了電子具有波動(dòng)性。（a）X射線的衍射圖（b）電子衍射圖第10頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三二、測(cè)不準(zhǔn)原理 對(duì)于具有波粒二象性的電子，能否同時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定電子的位置和動(dòng)量呢？1927年，德國(guó)物理學(xué)家Heisenberg 對(duì)此做出了否定回答。 Heisenberg 認(rèn)為：不可能同時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定電子的位置和動(dòng)量。這就是測(cè)不準(zhǔn)原理，它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：第11頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三一 方程 1926年，奧地利著名的物理學(xué)家 首先提出描述了電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的波動(dòng)方程，稱(chēng)為

7、方程：方程的每一個(gè)解，就表示電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，與相應(yīng)的E 就是電子在這一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的能量。7.1.3核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述第12頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三二、波函數(shù) 從 方程解出來(lái)的波函數(shù)，是包括n，l，m三個(gè)量子數(shù)的電子在原子核外空間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，每一個(gè)就表示電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通常把波函數(shù)稱(chēng)為原子軌道。三、四個(gè)量子數(shù)（一）主量子數(shù)n(principal quantum number) 主量子數(shù) n 決定電子出現(xiàn)概率最大的區(qū)域距原子核的平均距離，n 的取值為1，2，3第13頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三主量子數(shù)n也是決定電子能量高低

8、的主要因素，n 越大，電子的能量越高。在一個(gè)原子中，常稱(chēng) n 相同的電子為一個(gè)電子層。當(dāng) n1，2，3，4，5，6，7 時(shí)，分別稱(chēng)為第一，二，三，四，五，六，七電子層，相應(yīng)地用符號(hào) K，L，M，N，O ，P，Q 表示。 在氫原子或類(lèi)氫離子中，電子的能量完全由主量子數(shù) n 決定。 第14頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三（二）角量子數(shù)l (azimuthal quantum number) 角量子數(shù)l決定原子軌道的角動(dòng)量，確定原子軌道的形狀，它反映了電子在空間不同角度的分布情況。l的取值受n 的制約，l=0，1，2.n1。當(dāng)l0，1，2，3 時(shí)，分別稱(chēng)為s，p，d，f 亞

9、層。 n1 時(shí)，l0，K層只有s亞層； n2 時(shí)，l0，1，L層有s，p亞層； n3 時(shí)，l0，1，2，M層有s，p，d亞層； n4 時(shí)，l0，1，2，3，N層有s，p，d，f亞層。第15頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三n=1,只有一個(gè)亞層,l只能為0,軌道符號(hào)為1sn=3,有三個(gè)亞層,當(dāng)l =0時(shí),軌道符號(hào)為3s, l =2時(shí),軌道符號(hào)為3d,軌道記號(hào)為 nlcxc是直角坐標(biāo) 在多電子原子中，n 和l共同決定了電子的能量。當(dāng) n 相同時(shí)，隨l的增大，亞層的能量增大。第16頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三（三）磁量子數(shù)(magnetic qu

10、antum number) 磁量子數(shù)m確定原子軌道在空間的伸展方向.m 的取值受l 的制約，磁量子取值m=0,1,2, l，在一個(gè)亞層內(nèi)軌道數(shù)為2l+1個(gè) 當(dāng)l0 時(shí)，m只能取0，s 亞層只有1個(gè)軌道,叫1s軌道, s軌道(l=0，m =0）無(wú)伸展方向，呈球形對(duì)稱(chēng) 當(dāng)l1 時(shí)，m可取1，0，1，p 亞層有3 個(gè)軌道,叫p軌道.在空間有三個(gè)相互垂直伸展方向, 即px、py、pz軌道,呈啞鈴形對(duì)稱(chēng). 同理，d 亞層有5 個(gè)軌道，f 亞層有7 個(gè)軌道。 n 和l相同，但m不同的各原子軌道的能量相同，稱(chēng)為簡(jiǎn)并軌道或等價(jià)軌道。第17頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 n電子層l電

11、子亞層m軌道數(shù) 1 K 0 1s 0 1 2 L 0 1 2s 2p 0 -1,0,+1 3 M 0 1 2 3s 3p 3d 0 4 N 0 1 2 3 4s 4p 4d 4f 0 電子層、電子亞層、原子軌道與量子數(shù)之間的關(guān)系每層中有軌道n2第18頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三（四）自旋量子數(shù)ms 自旋量子數(shù)ms用于描述電子的自旋運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 取值為+1/2 和-1/2，常用箭號(hào)和表示電子的兩種自旋方式。不能從求解 方程得到 綜上所述，n，l ，m三個(gè)量子數(shù)可以確定一個(gè)原子軌道，而n，l ，m， ms四個(gè)量子數(shù)可以確定電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 四、波函數(shù)的圖形 波函數(shù)是描述

12、核外電子在空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)函數(shù)式,沒(méi)有明確直觀的物理意義. 第19頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 但粒子運(yùn)動(dòng)在某一時(shí)間某一點(diǎn)的2卻有物理意義, 2代表在單位體積內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個(gè)電子的幾率,叫幾率密度.用電子云形象地表示電子在核外空間出現(xiàn)的幾率密度,電子出現(xiàn)幾率大的地方,電子云濃密些.氫原子的 s，p，d 軌道的角度分布圖形第20頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三氫原子電子云示意圖 第21頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 電子云圖 電子云界面圖 如果畫(huà)一個(gè)封閉的曲面,在這個(gè)曲面內(nèi)電子出現(xiàn)的概率占90以上,所得到的圖形稱(chēng)為電

13、子云界面圖。通常將界面圖中的小黑點(diǎn)略去。第22頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三波函數(shù),原子軌道,電子云的關(guān)系. 一定的波函數(shù)描述電子一定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),如1s, 2p等,量子力學(xué)中借助經(jīng)典力學(xué)中“軌道”一詞,稱(chēng)原子中一個(gè)電子的可能的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為原子軌道,這些原子軌道各由一個(gè)波函數(shù)來(lái)描述,1s, 2p分別叫1s、2p軌道，氫原子的1s軌道的空間圖形是球形，其電子在空間出現(xiàn)的幾率密度分布是球形對(duì)稱(chēng)的，界面圖是球面，平面圖為圓。 圖形不同。電子云圖沒(méi)有正負(fù)，且“瘦”第23頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三第二節(jié) 核外電子排布和周期系7.2.1 氫原子的

14、軌道能軌道能：解薛定諤方程時(shí)，所得的每個(gè)波函數(shù)都對(duì)應(yīng)著一個(gè)能量E，叫軌道能。 軌道能包括平均勢(shì)能和電子的動(dòng)能，電子離核無(wú)限遠(yuǎn)處勢(shì)能為零，電子向核靠攏時(shí)，其勢(shì)能低于零而為負(fù)值。氫原子的軌道能第24頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三氫原子的軌道能只取決于主量子數(shù)n，E2s=E2pE3s=E3p=E3d，它們屬于同一能級(jí)對(duì)于類(lèi)氫離子（H-like ion），即核外只有一個(gè)電子時(shí)，如He+，Li2+，Be3+軌道能為如Li2+中，電子由2s躍遷到2p時(shí)，E=0第25頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 多電子原子的能級(jí)（一）屏蔽效應(yīng)屏蔽作用：在多電子原子中

15、，每個(gè)電子不僅受到原子核的吸引，而且還受到其他電子的排斥。其余電子對(duì)某個(gè)指定電子的排斥作用相當(dāng)于降低了原子核對(duì)指定電子的吸引作用。稱(chēng)為屏蔽作用。其他電子屏蔽作用對(duì)選定電子產(chǎn)生的效果叫屏蔽效應(yīng)。 在多電子原子中，對(duì)所選定的任何一個(gè)電子所受的作用，可以看作是來(lái)自一個(gè)核電荷為Z-的單中心勢(shì)場(chǎng)，Z-叫有效核電荷數(shù)， 用Z* 表示：叫屏蔽常數(shù)第26頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三在多電子原子中，主要來(lái)自內(nèi)層電子對(duì)外層電子的屏蔽和同層電子間的屏蔽。多電子原子軌道能當(dāng)電子離核較近時(shí)，電子的勢(shì)能比在遠(yuǎn)處低，E3s E2s E1s第27頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分

16、，星期三（二）鉆穿效應(yīng) 在多電子原子中，每個(gè)原子軌道的電子，既有屏蔽它外面電子的作用，又有內(nèi)層電子對(duì)它的屏蔽，為了躲避內(nèi)層電子的屏蔽，它常會(huì)向更靠近核的地方鉆進(jìn)去，鉆得越深，軌道平均勢(shì)能越低，就可以較好地避免其他電子對(duì)它的屏蔽，這種現(xiàn)象稱(chēng)為鉆穿效應(yīng)。 當(dāng)n相同時(shí)，l越小鉆穿能力越強(qiáng)。同一電子層中各亞層的能量高低順序?yàn)椋?E(ns)E(np)E(nd)E(nf)第28頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 比較多電子原子的3d 和4s軌道能，3d 由于由于角量子數(shù)的升高對(duì)軌道能能的升高作用超過(guò)了4s主量子數(shù)大對(duì)軌道能量升高的作用，因此3d 軌道的能量高于 4s軌道。一般來(lái)說(shuō)，

17、n3，End E(n+1)s n4，Enf E (n+2)s多電子原子中，l相同，n越大，能量越高， n 相同， l越大，能量越高，因此會(huì)出現(xiàn)能級(jí)交叉現(xiàn)象。第29頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 我國(guó)化學(xué)家徐光憲提出了多電子原子的原子軌道能級(jí)分組的近似規(guī)則,將（n0.7l ）整數(shù)相同的軌道劃分為一個(gè)能級(jí)組。 第30頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三表 原子軌道的能級(jí)組劃分原子軌道 n+0.7l 能級(jí)組 1s1.02s2p2.02.73s3p3.03.74s3d4p4.04.44.75s4d5p5.05.45.76s4f5d6p6.06.16.4

18、6.77s5f6d7p7.07.17.47.7第31頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三Pauling 原子軌道的近似能級(jí)圖第32頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三基態(tài)原子核外電子排布規(guī)則 基態(tài)原子核外電子排布遵守Pauli不相容原理、能量最低原理和 Hund 規(guī)則。 （1）Pauli不相容原理：在一個(gè)原子中，不可能存在四個(gè)量子數(shù)完全相同的兩個(gè)電子。由Pauli不相容原理，可知一個(gè)原子軌道最多只能容納兩個(gè)電子，而且這兩個(gè)電子的自旋方式必須相反。第33頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 （2）能量最低原理：在不違背Pauli不

19、相容原理的前提下，核外電子總是盡先排布在能量最低的軌道上，依次排布在能量較高的軌道上。 （3）Hund規(guī)則：電子在簡(jiǎn)并軌道（即n，l 相同的軌道）上排布時(shí)，總是以自旋平行的方式分占盡可能多的軌道。作為 Hund 規(guī)則的特例，簡(jiǎn)并軌道在全充滿（s2,p6，d10，f14）、半充滿（s1,p3，d5，f7）和全空（p0，s0,d0，f0）時(shí)是比較穩(wěn)定的。第34頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三將電子按照Pauli不相容原理、能量最低原理和Hund 規(guī)則填充在各個(gè)軌道,這種電子的排布叫電子組態(tài)(構(gòu)型)1H 1s12He 1s23Li 1s22s14Be 1s22s25B 1s

20、22s22p16C 1s22s22p27N 1s22s22p3第35頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三8O 1s22s22p49F 1s22s22p510Ne 1s22s22p66C的兩個(gè)2p電子自旋平行地分占不同軌道,7N的兩個(gè)3p電子自旋平行地分占不同軌道較溫定,因此難失電子. 當(dāng)原子、分子、離子中有單個(gè)電子時(shí)，為順磁性，且順磁性的大小與該物質(zhì)中單個(gè)電子數(shù)有關(guān)。當(dāng)物質(zhì)中電子都成對(duì)時(shí)，具有反磁性。第36頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三1、在多電子原子中具有下列量子數(shù)的電子，按其能量高低排列先后順序（2，1，1，-1/2） （2，1，0，-1/

21、2）（3，1，1，-1/2） （3，2，-2，-1/2）2、指出下列各套量子數(shù)中所描繪的電子亞層最多容納幾個(gè)電子n=5，l=0n=5，l=3n=4，l=3 n=3，l=2 n=2，l=1 第37頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三3、下列各種外電子層結(jié)構(gòu)中，哪一種相應(yīng)于原子的激發(fā)態(tài)，哪種處于基態(tài)，哪種是錯(cuò)誤的 1s22s1 1s22s22d1 1s22s12p2 1s22s22p43d1 1s22s42p2 1s22s22p63d1第38頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 7.2.4 原子的基態(tài)電子組態(tài) 原子基態(tài)電子組態(tài) 按Pauli不相容原理、能

22、量最低原理和 Hund 規(guī)則可以將電子逐一填在軌道中,即構(gòu)成了原子的基態(tài)電子組態(tài)1H 1s12He 1s23Li 1s22s14Be 1s22s25B 1s22s22p16C 1s22s22p27N 1s22s22p3第39頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 8O 1s22s22p4 9F 1s22s22p510Ne 1s22s22p6 11Na 1s22s22p63s1 12Mg 1s22s22p63s2 13Al 1s22s22p63s23p1 14Si 1s22s22p63s23p2 15P 1s22s22p63s23p3 16S 1s22s22p63s23p4

23、17Cl 1s22s22p63s23p5 18Ar 1s22s22p63s23p6第40頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三（1）電子排布式。（2）軌道表示式。（3）量子數(shù)表示法。量子數(shù)表示是用一套量子數(shù)（n，l，m，ms）定義電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如3s2 電子用量子數(shù)可以表示為：（3，0，0，1/2）。（4）“原子實(shí)+價(jià)層組態(tài)”表示法。 第41頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 充滿的稀有氣體電子層結(jié)構(gòu)的內(nèi)層電子(稱(chēng)為原子實(shí)或叫核實(shí))；另一部分是原子實(shí)以外的外層電子，稱(chēng)之為價(jià)層電子。原子實(shí)部分可用“稀有氣體元素”來(lái)表示，而價(jià)層電子我們常用價(jià)層電子結(jié)構(gòu)

24、或價(jià)層組態(tài)來(lái)表示。如11Na Ne3s1 20Ca Ar4s2 第42頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三寫(xiě)出29Cu、24Cr、30Zn、26Fe的基態(tài)原子的電子組態(tài)1s22s22p63s23p63d104s11s22s22p63s23p63d54s11s22s22p63s23p63d104s21s22s22p63s23p63d64s2第43頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三7.2.5、原子的電子層結(jié)構(gòu)和周期系一、原子的電子層結(jié)構(gòu)和周期系1.元素周期表共有七個(gè)橫行，每一橫行為一個(gè)周期，共有七個(gè)周期。元素在周期表中所屬周期數(shù)等于該元素基態(tài)原子的電子

25、層數(shù)，也等于元素原子的最外電子層的主量子數(shù)。2.各周期所包含的元素的數(shù)目，等于相應(yīng)能級(jí)組中的原子軌道所能容納的電子總數(shù)。第44頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 各周期中元素的數(shù)目與相應(yīng)能級(jí)組的原子軌道的關(guān)系 周期能級(jí)組能級(jí)組內(nèi)原子軌道 元素?cái)?shù)目電子最大容量 1 1s 2 2 2 2s 2p 8 8 3 3s 3p 8 8 4 4s 3d 4p 18 18 5 5s 4d 5p 18 18 6 6s 4f 5d 6p 32 32 7 7s 5f 6d (未完) 23 (未完) 未滿第45頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 3.為什么每周期元素的原

26、子最外層電子數(shù)不超過(guò)8個(gè),次外層電子數(shù)不超過(guò)18個(gè),而不都是各個(gè)電子層電子最大容納數(shù)2n2？二、原子的電子結(jié)構(gòu)和族 主族元素在周期表中的族次等于元素基態(tài)原子的最外電子層的電子數(shù)，等于主族元素的最高氧化數(shù);在同一主族內(nèi)，最外電子層上的電子數(shù)都是相同的。第46頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 元素周期表共有18 個(gè)縱行，除第八，九，十3個(gè)縱行為第族外，其余15 個(gè)縱行，每一個(gè)縱行為一個(gè)族。 元素周期表共有 16 個(gè)族，除了稀有氣體（0族）和族外，還有七個(gè)A(主) 族和七個(gè)B(副)族。A族由長(zhǎng)周期元素和短周期元素組成，叫主族；B族只由長(zhǎng)周期元素組成，叫副族。第47頁(yè)，共66

27、頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 第一主族(IA)堿金屬，它們的價(jià)層電子構(gòu)型為ns1。 第二主族(IIA)為堿土金屬，價(jià)層電子構(gòu)型為ns2。 IIIA為硼族，價(jià)層電子構(gòu)型為ns2np1。 IVA為碳族，價(jià)電子構(gòu)型為ns2np2. VA族為氮族，價(jià)電子構(gòu)型為ns2np3，p軌道上電子排布為半充滿. VIA族為氧族，價(jià)電子構(gòu)型為ns2np4.第48頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三VIIA族為鹵素，價(jià)電子構(gòu)型為 ns2np5。0族是稀有氣體元素（以前也稱(chēng)作惰性氣體），包括He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn六種元素。除He為1s2，其余價(jià)電子構(gòu)型均為ns2np

28、6 副族元素基態(tài)原子的最外電子層有1個(gè)或2個(gè)電子，次外層上有918個(gè)電子。第49頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 IIIB族至VIIB族族數(shù)等于最外層s電子與次外層d電子的總數(shù)，即等于其價(jià)層電子數(shù). VIII族為ns和(n-1)d電子總數(shù)等于8、9、10的元素 IB族與IIB族的族數(shù)為最外層的s電子的數(shù)目，且(n-1)d電子數(shù)目為10 。第50頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三三、原子的外層電子構(gòu)型和元素的分區(qū)鑭系 f錒系s第51頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 （1）s 區(qū)元素：包括IA族元素和A族元素， 外層電子構(gòu)

29、型為 。 （2）p 區(qū)元素：包括AA族元素和0族元 素，除He元素外，外層電子構(gòu)型為 。 （3）d 區(qū)元素：d區(qū)元素又稱(chēng)過(guò)渡元素，包括 BB 族元素和 族元素，外層電子構(gòu)型為 （4）ds 區(qū)元素：包括B和B族元素，外層 電子構(gòu)型為 。 （5）f 區(qū)元素：包括鑭系和錒系元素，外層電 子構(gòu)型為 。第52頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三d 區(qū)元素和ds 區(qū)元素又叫過(guò)渡元素例:推測(cè)49號(hào)元素在周期表中的位置 2 2 8 10 8 18 18 36 18 54 32 86第53頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三一、原子半徑 原子半徑，是指分子或晶體中相鄰

30、同種原子的核間距離的一半。稀有氣體原子在低溫下可以認(rèn)為是依靠范德華力形成的單原子分子，相鄰兩個(gè)稀有氣體原子間的核間距的一半稱(chēng)為分子接觸半徑(范德華半徑)第54頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三A 0 H32 He 93 Li123 Be 89 B82 C77 N70 O66 F64 Ne112 Na154Mg136 Al118 Si117 P110 S104 Cl99 Ar154 K203 Ca174 Sc144 Ti132 V122 Cr118Mn117 Fe117 Co116 Ni115 Cu117 Zn125 Ga126 Ge122 As121 Se117 Br1

31、14 Kr169 Rb216 Sr191 Y162 Zr145 Nb134 Mo130 Tc127 Ru125 Rh125 Pd128 Ag134 Cd148 In144 Sn140 Sb141 Te137 I133 Xe190 Cs235 Ba198 La169 Hf144 Ta134 W130 Re128 Os126 Ir127 Pt130 Au134 Hg144 Tl148 Pb147 Bi146 Po146 At145 Rn222原子半徑ABBB B BB BA A A A A共價(jià)半徑金屬半徑范德華半徑第55頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 原子半徑在周期表中

32、的變化規(guī)律: （1）同一周期主族元素，從左到右，原子半徑明顯減小.每增加一個(gè)電子,核內(nèi)也增加一個(gè)正電荷,同層電子之間的屏蔽作用不大,有效核電荷數(shù)顯著增加，原子核對(duì)外層電子的引力逐漸增強(qiáng)。 （2）同一周期副族元素，從左到右，半徑略有減小,當(dāng)次外層的d 軌道全部充滿形成18電子構(gòu)型時(shí)，原子半徑突然增大。第56頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 因?yàn)槊吭黾右粋€(gè)電子,是填在次外層的d 軌道,對(duì)外層電子的屏蔽作用不太顯著,使得有效核電荷數(shù)增加不多，原子半徑減小比較緩慢。但 ( n-1)d軌道全充滿后對(duì)外層電子屏蔽作用較大，使得有效核電荷數(shù)減小而引起的。 La系收縮是指La系元素隨

33、核電荷數(shù)增大，原子半徑緩慢減小的現(xiàn)象。第五周期和第六周期非常接近，這主要是La系收縮所致。如(Hf,Zr),(Nb,Ta),(Mo,W)第57頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 （3）同一族的主族元素，從上到下，原子半徑顯著增大。由于電子層數(shù)增加. 從上到下, 有效核電荷數(shù)增加不多. 同一族的副族元素，原子半徑的變化趨勢(shì)與主族元素相同，但原子半徑增大的幅度較小。 第58頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三二、元素的電離能（勢(shì)） 基態(tài)的氣態(tài)原子失去1個(gè)電子成為+1價(jià)陽(yáng)離子所需的最低能量稱(chēng)為元素的第一電離能I1；由+1價(jià)氣態(tài)陽(yáng)離子失去 1 個(gè)電子成為+

34、2價(jià)氣態(tài)陽(yáng)離子所需的能量稱(chēng)為元素的第二電離能I2 。 隨著原子失去電子的增多，所形成的陽(yáng)離子的正電荷越來(lái)越多，對(duì)電子的吸引力增強(qiáng)，使電子很難失去。因此，同一元素的各級(jí)電離能依次增大。通常所說(shuō)的電離能是指第一電離能。其單位為kJmol-1第59頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三元素的第一電離能與原子序數(shù)的關(guān)系,第60頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三 在同一周期中，（1）從堿金屬到稀有氣體，電離能呈增大趨勢(shì)，（2）長(zhǎng)周期的過(guò)渡元素，從左到右，電離能增加不顯著，且沒(méi)有規(guī)律，（3）稀有氣體原子具有穩(wěn)定的電子層結(jié)構(gòu)，在同一周期中電離能最大，（4）雖然同一

35、周期元素的電離能呈增大的趨勢(shì)，但Be（2s2)、Mg、Zn、Cd、Hg都有全充滿的內(nèi)層和最外層為ns2的穩(wěn)定結(jié)構(gòu);N、P、As有半充滿的外層穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因而難失電子。 同一主族的元素，從上到下，電離能減小。第61頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星期三三、元素的電子親合能 基態(tài)的氣態(tài)原子獲得1個(gè)電子成為-1價(jià)陰離子所放出的能量稱(chēng)為原子的電子親合能，用EA或Y表示，單位為kJmol-1 。 電子親合能可以衡量原子獲得電子的難易程度。親合能數(shù)值越大，原子變成負(fù)離子的傾向也越大，表明其非金屬性越強(qiáng)。 同一周期中自左向右，元素的原子半徑逐漸減小，EA值逐漸增大。同一族元素的原子半徑由上而下逐漸增大，EA值則依次減小。 第62頁(yè)，共66頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)46分，星