第7講-元素周期表

原子結(jié)構(gòu)1803,英國(guó)的道爾頓的原子學(xué)說(shuō)1811,意大利的阿佛加德羅的分子假說(shuō)德謨克里特一、認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)的歷史1.湯姆遜的原子模型1897發(fā)現(xiàn)電子2.1911年盧瑟福的原子模型－行星式原子的模型原子是由帶正電的連續(xù)體和在其內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的負(fù)電子構(gòu)成α散射實(shí)驗(yàn)：帶正電的連續(xù)體其實(shí)是一個(gè)非常小的核，而核外電子受這個(gè)核的吸引在核的外圍運(yùn)動(dòng)與經(jīng)典電磁理論、原子的穩(wěn)定性和線(xiàn)狀光譜發(fā)生矛盾焰火－熱致發(fā)光霓虹燈－電致發(fā)光1672年牛頓創(chuàng)造了光譜一詞（spectrum）1859年德國(guó)的基爾霍夫和本生發(fā)明了光譜儀，奠定了光譜學(xué)的基礎(chǔ)。使光譜分析成為認(rèn)識(shí)和鑒定元素的重要手段，如銫、銣、氦、鎵、銦等等到20世紀(jì)初，人們只知道物質(zhì)在高溫或電作用下會(huì)發(fā)光，卻不知道發(fā)光機(jī)理：即知道每種元素有特定的光譜，卻不知道為什么不同元素有不同的光譜氫原子的光譜問(wèn)題一只裝有氫氣的放電管，通過(guò)高壓電流，氫原子被激發(fā)后所發(fā)出的光經(jīng)過(guò)分光鏡，就得到氫原子的光譜，其特征是（1）不連續(xù)的線(xiàn)狀光譜（2）從長(zhǎng)波到短波，譜線(xiàn)間的距離越來(lái)越小，表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。這是所有元素的光譜中最簡(jiǎn)單的光譜1883年，巴爾麥經(jīng)猜想與嘗試，得出可見(jiàn)光區(qū)的經(jīng)驗(yàn)方程里德堡改寫(xiě)了巴爾麥的經(jīng)驗(yàn)方程不久人們發(fā)現(xiàn)，氫的紅外光譜和紫外光譜的譜線(xiàn)同樣符合里德堡方程巴爾麥系，n1=2，可見(jiàn)光譜帕邢系，n1=3，紅外光譜萊曼系，n1=1，紫外光譜只有氫光譜及類(lèi)氫原子光譜滿(mǎn)足1905年愛(ài)因斯坦的光子學(xué)說(shuō)普朗克的量子化條件電子的波粒二象性1924年德布羅意3.玻爾的原子模型1927年海森堡的測(cè)不準(zhǔn)原理Δx?ΔP≥h/4π=5.273×10－35kg?m2?s-1玻爾理論的四個(gè)要點(diǎn)1.行星模型2.定態(tài)假設(shè)：基態(tài)、激發(fā)態(tài)3.量子化條件L=nh/2πn=1,2,3,…躍遷規(guī)則E=-13.6/n2n=1,2,3,…原子的組成：1、核組成符號(hào)：的含義。XZAA=Z+NN=A-Z二、原子結(jié)構(gòu)：原子結(jié)構(gòu)原子的組成：1、核組成符號(hào)：的含義。XZA2、結(jié)構(gòu)示意圖(原子、離子)：①要標(biāo)明核電荷數(shù)。②注意原子與離子結(jié)構(gòu)示意圖的不同。原子結(jié)構(gòu)原子的組成：1、核組成符號(hào)：的含義。XZA2、結(jié)構(gòu)示意圖(原子、離子)：3、同位素質(zhì)子數(shù)相同____化學(xué)性質(zhì)基本相同。中子數(shù)不同____有些物理性質(zhì)、核反應(yīng)中的性質(zhì)、用途可能不同。同位素質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的不同原子的互稱(chēng)。原子質(zhì)子數(shù)相同!中子數(shù)不同，即質(zhì)量數(shù)不同!核素：具有一定數(shù)目的質(zhì)子和一定數(shù)目的中子的一種原子。?同位素：同一元素的不同核素之間的互稱(chēng)。即質(zhì)子數(shù)相同中子數(shù)不同的一類(lèi)原子的互稱(chēng)。怎樣區(qū)別？三、相對(duì)原子質(zhì)量與相對(duì)分子質(zhì)量同位素（核素）的相對(duì)原子質(zhì)量：指同位素（核素）的一個(gè)原子質(zhì)量與一個(gè)12C原子質(zhì)量的1/12的相對(duì)比值。

元素的相對(duì)原子質(zhì)量：

指某元素各天然同位素的相對(duì)原子質(zhì)量與該同位素原子所占的原子個(gè)數(shù)百分比（豐度）的乘積之和。Ar1×n1%+Ar2×n2%+……元素的近似相對(duì)原子質(zhì)量：

指某元素各天然同位素的質(zhì)量數(shù)與該同位素原子所占的原子個(gè)數(shù)百分比（豐度）的乘積之和。A1×n1%+A2×n2%+……⑴34.969________________⑵35_______⑶24.23%_______________⑷35.453_________________⑸35.485_____________________例1.據(jù)文獻(xiàn)記載，氯元素的相對(duì)原子質(zhì)量有關(guān)數(shù)據(jù)如下表，分析其中數(shù)據(jù)含義。35.485平均35.453平均24.23%3737Cl24.23%36.96637Cl75.77%3535Cl75.77%34.96935Cl原子相對(duì)原子質(zhì)量質(zhì)量數(shù)原子個(gè)數(shù)百分比元素近似相對(duì)原子質(zhì)量元素相對(duì)原子質(zhì)量C例2.

銻元素的相對(duì)原子質(zhì)量為121.760已知銻有與兩種天然同位素，下列說(shuō)法正確的是（）A.121.760是一個(gè)銻原子的質(zhì)量與一個(gè)12C原子質(zhì)量的1/12的比值B.121.760是按銻的兩種天然同位素的質(zhì)量數(shù)與它們的原子百分比算出來(lái)的平均值C.天然存在的銻元素與的原子個(gè)數(shù)比約為31∶19D.的原子質(zhì)量與12C的原子質(zhì)量的比值是123∶1例3

研究證明，在活的生物體中C的放射性同位素，14C的含量保持不變，當(dāng)此生物體死去后，14C會(huì)在其體內(nèi)不斷衰變而減少。因此，考古人員可通過(guò)測(cè)定古生物化石中14C的含量而確定古生物生活的年代。下列有關(guān)14C的敘述中正確的是()

（A）與C60為同素異形體（B）與12C互為同位素（C）與14N含的中子數(shù)相同 （D）與12C化學(xué)性質(zhì)不同B例4正電子、負(fù)質(zhì)子等都屬于反粒子，它們跟普通電子、質(zhì)子的質(zhì)量相等、電性相反?？茖W(xué)家設(shè)想在宇宙中可能存在完全由反粒子構(gòu)成的物質(zhì)即反物質(zhì)。你推測(cè)下列說(shuō)法正確的是()(A)反氫原子由一個(gè)帶負(fù)電荷的質(zhì)子和一個(gè)帶正電荷的電子構(gòu)成(B)反氫原子可表示為H－(C)反氫原子是新發(fā)現(xiàn)的氫元素的一種同位素(D)若由兩個(gè)反氫原子形成的分子其相對(duì)質(zhì)量與重氫原子形成的D2分子相對(duì)質(zhì)量相等。(E)反物質(zhì)酸堿中和反應(yīng)的通式的是

H－+OH＋=H2OAE1.1926年的薛定諤方程四、核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)波函數(shù)1926年薛定諤根據(jù)波粒二象性的概念提出了一個(gè)描述微觀(guān)粒子運(yùn)動(dòng)的基本方程——薛定諤波動(dòng)方程，它是一個(gè)二階偏微分方程。式中：Y叫波函數(shù)，E為體系的總能量，V為微粒勢(shì)能，h為普朗克常數(shù)，m為微粒的質(zhì)量，x、y、z為空間直角坐標(biāo)。對(duì)氫原子體系來(lái)說(shuō)，Y是描述氫原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)表示式，是空間直角坐標(biāo)(x.y.z)的函數(shù)。Y=f(x.y.z)；E為氫原子H的總能量；V為電子的勢(shì)能（即核對(duì)電子的吸引能）；m為電子質(zhì)量。

可見(jiàn)，量子力學(xué)是用波函數(shù)和與其對(duì)應(yīng)的能量來(lái)描述微粒粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的。原子中既然是描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)表示式，而且又是空間坐標(biāo)的函數(shù)，Y=f(x.y.z)可以用其作圖，其空間圖象可以形象地理解為電子運(yùn)動(dòng)的空間范圍——俗稱(chēng)“原子軌道（又稱(chēng)原子軌函）”。波函數(shù)的空間圖像就是原子軌道，原子軌道的數(shù)學(xué)表示式是波函數(shù)，故波函數(shù)和原子軌道常作同義語(yǔ)使用。對(duì)氫原子，2、原子軌道角度分布圖Y

=f(x.y.z)，有四個(gè)量在空間不便作圖（即四維的），將直角坐標(biāo)變?yōu)榍虬霃剑╮.θφ）然后利用數(shù)學(xué)中的變量分離法，將Y=f(r.θ.φ)分解為三個(gè)獨(dú)立函數(shù)方程再進(jìn)行角度部分合并，即Y=R(r)·Y(θ.φ)。波函數(shù)就分成了徑向分布部分R(r)和角度分布部分（Y）。分布用的角度部分Y(θ.φ)作的圖稱(chēng)為原子軌道的角度分布圖。注意圖中的“+”“－”不是正、負(fù)電，而是Y函數(shù)為正負(fù)值。3、電子云為了形象地表示核外電子運(yùn)動(dòng)的概率分布情況，化學(xué)上常用黑點(diǎn)分布的疏密來(lái)表示電子出現(xiàn)概率密度的相對(duì)大小。密——概率密度大，平均體積內(nèi)電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多，用這種方法（小黑點(diǎn)的疏密）來(lái)描述電子在核外出現(xiàn)的概率密度分布所得的空間圖像稱(chēng)電子云。由于概率密率ρ∝，若以作圖，可得到電子云的近似圖象。將的角度分布部分（）作圖，所得圖象稱(chēng)為電子云角度分布圖。

要比較具體描述原子中各電子的狀態(tài)（電子所在的電子層，原子軌道能級(jí)，形狀，方向及電子自旋的方向等）則需要四個(gè)參數(shù)才行。1、主量子數(shù)（n）含義：（1）描述電子層離核的遠(yuǎn)近；（2）描述電子層能量的高低。取值：取零以外的正整數(shù)，其中每一個(gè)數(shù)代表一個(gè)電子層。主量子數(shù)（n）：12345……電子層：第一層第二層第三層第四層第五層……電子層符號(hào)：KLMNO……n值越小，電子層離核越近，能量越低。2、副（角）量子數(shù)（l）含義：（1）在多電子原子中與n一起決定電子亞層的能量，l值越小，亞層能量越低。（2）每一個(gè)l值決定電子層中的一個(gè)亞層；（3）每一個(gè)l值代表一種電子云或原子軌道的形狀。取值：從0開(kāi)始一直取到(n-1)的正整數(shù)副量子數(shù)(l):0123…（n-1）電子亞層符號(hào):spdf…原子軌道（或亞層）：球形啞鈴形花瓣形3、磁量子數(shù)(m)含義：描述原子軌道或電子云在空間取向。4、自旋量子數(shù)（ms）含義：描述核外電子的自旋狀態(tài)(繞電子自身的軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）。綜合上述，對(duì)原子核外的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可用四個(gè)參數(shù)結(jié)合描述。

根據(jù)原子光譜實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和對(duì)元素周期系的分析、歸納，總結(jié)出核外電子分布的基本原理（兩個(gè)原理一個(gè)規(guī)則）：1、泡利（Pauli）不相容原理在同一原子中，不可能有四個(gè)量子數(shù)完全相同的電子存在。即每一個(gè)軌道內(nèi)最多只能容納兩個(gè)自旋方向相反的電子。五、核外電子的排布規(guī)律2、能量最低原理多電子原子處于基態(tài)時(shí)，核外電子的分布在不違反泡利原理前提下，總是盡先分布在能量較低的軌道，以使原子處于能量最低狀態(tài)。如N原子的電子排布式：1s22s22p33、洪特(Hund)規(guī)則原子在同一亞層的等價(jià)軌道上分布電子時(shí)，盡可能單獨(dú)分布在不同的軌道，而且自旋方向相同（或稱(chēng)自旋平行）。這種分布時(shí)，原子的能量較低，體系穩(wěn)定如N原子的軌道表示式基態(tài)原子中電子的分布1、核外電子填入軌道的順序應(yīng)用近似能級(jí)圖，并根據(jù)最低能量原理，可設(shè)計(jì)出核外電子填入軌道順序圖。據(jù)此順序圖，再根據(jù)“兩個(gè)原理一條規(guī)則”，可以準(zhǔn)確無(wú)誤地寫(xiě)出91種元素原子的核外電子分布式來(lái)。在110種元素中，只有19種元素原子層外電子的分布稍有例外