原子結(jié)構(gòu)及性質(zhì)

物質(zhì)結(jié)構(gòu)第一層原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)科學(xué)探究群號：34524589原子概念和原子結(jié)構(gòu)模型演變簡介1．公元前5世紀，希臘哲學(xué)家德謨克利特等人認為：萬物是由大量的不可分割的微粒構(gòu)成的，即原子。2．19世紀初，英國科學(xué)家道爾頓提出近代原子學(xué)說，他認為原子是微小的不可分割的實心球體。道爾頓原子學(xué)說1、一切物質(zhì)都是由不可見的、不可分割的原子組成，原子不可自生自滅2、同種類的原子在質(zhì)量、形狀和性質(zhì)上完全相同，不同種類的原子則不同3、每一種物質(zhì)都是由它自己的原子構(gòu)成。單質(zhì)是由簡單原子組成，化合物是由復(fù)雜原子組成。復(fù)雜原子的質(zhì)量等于組成它的簡單原子的質(zhì)量總和。3．1897年英國科學(xué)家湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子。原子是一個平均分配著正電荷的粒子，其中鑲嵌著許多電子，中和了正電荷，從而形成中性原子4．1911年，英國物理學(xué)家盧瑟福—電子繞核旋轉(zhuǎn)的原子結(jié)構(gòu)模型5．1913年，丹麥科學(xué)家玻爾—核外電子分層排布的原子結(jié)構(gòu)模型6．20世紀20年代中期，奧地利物理學(xué)家薛定諤等人以量子力學(xué)為基礎(chǔ)—電子云模型近代原子論發(fā)現(xiàn)電子帶核原子結(jié)構(gòu)模型軌道原子結(jié)構(gòu)模型電子云模型人類探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)的歷史德謨克利特的古代原子學(xué)說道爾頓的近代原子學(xué)說（模型）湯姆生原子模型盧瑟福原子模型玻爾原子模型電子云模型原子結(jié)構(gòu)的衍變過程一、開天辟地—原子的誕生現(xiàn)代大爆炸宇宙學(xué)理論——宇宙誕生于約140億年前的一次大爆炸大爆炸后約2小時，誕生了大量的H，少量的He和極少量的Li我們今天熟悉的各種元素（原子），都是從那時起經(jīng)歷了漫長復(fù)雜的物理化學(xué)變化，分批分期合成而來的1、氫元素是宇宙中最豐富的元素。

2、宇宙年齡距今約140億年，地球年齡已有46億年。

3、地球上的元素絕大多數(shù)是金屬，非金屬僅有22種。原子的結(jié)構(gòu)原子原子核核外電子質(zhì)子中子核電荷數(shù)=核內(nèi)質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)1能層：按原子核外電子能量的差異，可以將核外電子分為不同的能層．即電子層。二、能層與能級能層12345…n符號KLMNO…最多電子數(shù)2×122×222×322×422×522n2能層（既電子層）（1）先排能量低的電子層，再排能量高的電子層，由里往外。（2）每一層最多容納電子數(shù)：2n2個。（3）最外層電子數(shù)不超過8個（K層為最外層時不超過2個）。（4）次外層電子數(shù)不超過18個，倒數(shù)第三層不超過32個。………………核外電子的排布規(guī)律:規(guī)定，任一能層的能級總是從s

能級開始，依次稱p、d、f、g能級……能層KLMNO能級1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s…最多

電子

數(shù)22626102610142、能級:在多電子原子中，同一能層的電子的能量也可能不同，可以將它們分為不同的能級．（既亞層）。學(xué)與問1、原子核外電子的每一個能層最多可容納的電子數(shù)與能層的序數(shù)(n)間存在什么關(guān)系？（2n2

）2、不同能層分別有多少個能級，與能層的序數(shù)間存在什么關(guān)系？（所含能級個數(shù)＝能層序數(shù)n）s1×2＝2p3×2＝6d5×2＝10f7×2＝14g9×2＝18★不同能層中的s、p、d、f、g能級最多能容納的電子數(shù)是相同的，各為：3、英文字母相同的不同能級中所能容納的最多電子數(shù)是否相同？三、構(gòu)造原理原子核外電子排布必須遵循一定的排布順序—構(gòu)造原理存在著能級交錯1s---2s---2p---3s---3p---4s----3d--4p---5s---4d----核外電子排布的構(gòu)造原理圖試書寫N、Cl、K、26Fe原子的核外電子排布式★原子的電子排布遵循構(gòu)造原理使整個原子的能量處于最低狀態(tài)，簡稱能量最低原理思考與交流電子排布式可以簡化，如可以把鈉的電子排布式寫成【Ne】3s1。試問：上式方括號中的符號的意義是什么？你能仿照鈉原子的簡化電子排布式寫出O、Si、Fe的簡化電子排布式嗎？１．道爾頓的原子學(xué)說曾經(jīng)起了很大的作用。他的學(xué)說中主要有下列三個論點：①原子是不能再分的微粒；②同種元素的原子的各種性質(zhì)和質(zhì)量都相同；③原子是微小的實心球體。從現(xiàn)代原子——分子學(xué)說的觀點看，你認為不正確的是（）A只有①B只有②

C只有③D①②③課堂練習(xí)D２．在同一個原子中，離核越近、n越小的電子層能量

。在同一電子層中，各亞層的能量按s、p、d、f的次序

３．理論研究證明，多電子原子中，同一能層的電子，能量也可能不同，還可以把它們分成能級，第三能層有3個能級分別為

。越低增大。

3S3P3d三.能量最低原理★原子的電子排布遵循構(gòu)造原理使整個原子的能量處于最低狀態(tài)，簡稱能量最低原理１．下列各原子的電子排布正確的是（）A.Be

1s22s12p1

B.C

1s22s22p2

C.He

1s12s1D.Cl

1s22s22p63s23p5BD2.書寫下列原子的電子排布式SFeScVSeGaBr3．下列各原子或離子的電子排布式錯誤的是（）AAl1s22s22p63s23p1

BO2-1s22s22p6CNa+1s22s22p6

DSi1s22s22p2

D２．在同一個原子中，離核越近、n越小的電子層能量

。在同一電子層中，各亞層的能量按s、p、d、f的次序

３．理論研究證明，多電子原子中，同一能層的電子，能量也可能不同，還可以把它們分成能級，第三能層有3個能級分別為_______

。越低增大。

3S3P3d四、基態(tài)與激發(fā)態(tài)、原子光譜1．基態(tài)原子與激發(fā)態(tài)原子處于最低能量的原子叫做基態(tài)原子當基態(tài)原子的電子吸收能量后，電子會躍遷到較高能級，變成激發(fā)態(tài)原子可利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素，稱為光譜分析不同元素的原子發(fā)生躍遷時會吸收或釋放不同的能量表現(xiàn)為光的形式用光譜儀攝取得到各種元素的電子的吸收光譜或發(fā)射光譜1、判斷下列表達是正確還是錯誤1）1s22p1屬于基態(tài)；2）1s22s22p63s23p63d54s1屬于激發(fā)態(tài)；3）1s22s22p63d1屬于激發(fā)態(tài)；4）1s22s22p63p1屬于基態(tài)；答案：(1)x(2)x(3)√(4)x課堂練習(xí)五、電子云與原子軌道思考:宏觀物體與微觀物體（電子）的運動有什么區(qū)別?宏觀物體的運動特征：可以準確地測出它們在某一時刻所處的位置及運行的速度；可以描畫它們的運動軌跡。微觀物體的運動特征：電子的質(zhì)量很小，只有9.11×10-31千克；核外電子的運動范圍很?。ㄏ鄬τ诤暧^物體而言）；電子的運動速度很大；測不準1、電子云圖中表示原子核，一個小黑點代表電子在這里出現(xiàn)過一次小黑點的疏密表示電子在核外空間單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率的大小。1s電子在原子核外出現(xiàn)的概率分布圖★量子力學(xué)中將這種電子云輪廓圖稱為

“原子軌道”a．s電子的原子軌道（電子云）形狀是以原子核為中心的球體，只有一個伸展方向2、原子軌道b．p電子云/原子軌道的形狀是紡錘形（或稱為啞鈴形），其伸展方向是互向垂直的三個方向（Px、Py、Pz）。P電子原子軌道半徑同樣隨著n增大而增大科學(xué)探究觀察圖1-14，這些圖稱為原子的電子軌道表示式1．每個原子軌道最多只能容納幾個電子？電子層原子軌道類型原子軌道數(shù)目可容納電子數(shù)1234n1s2s，2p4s,4p,4d,4f3s,3p,3d14916n2——2818322n2練習(xí)1、下列有關(guān)電子云和原子軌道的說法正確的是（）A．原子核外的電子象云霧一樣籠罩在原子核周圍，故稱電子云B．s能級的原子軌道呈球形，處在該軌道上的電子只能在球殼內(nèi)運動C．p能級的原子軌道呈紡錘形，隨著能層的增加，p能級原子軌道也在增多D．與s電子原子軌道相同，p電子原子軌道的平均半徑隨能層的增大而增大

D★核外電子排布規(guī)則:1.能量最低原理2.泡利不相容原理

每個原子軌道里最多只能容納

2個自旋方向相反的電子。3.洪特規(guī)則4.補充規(guī)則相對穩(wěn)定的狀態(tài)全充滿（p6，d10，f14）全空時（p0，d0，f0）半充滿（p3，d5，f7）電子排布在同一能級時，總優(yōu)先單獨占據(jù)一個軌道，且自旋方向相同。24Cr原子的電子排布圖:1s22s22p63s23p63d54s1不是3d44s2例：注意小結(jié)：1．各原子軌道的能量高低比較（1）ns<np<nd<nf（2）1s<2s<3s<4s（3）同一能層同一能級的各原子軌道能量相等：2Px＝2Py＝2Pz3．下列有關(guān)認識正確的是（）A．各能級的原子軌道數(shù)按s、p、d、f的順序分別為1、3、5、7B．各能層的能級都是從s能級開始至f能級結(jié)束C．各能層含有的能級數(shù)為n—1個D．各能層含有的電子數(shù)為2n2A

4．按能量由低到高的順序排列，正確的一組是（）A．1s、2p、3d、4sB．1s、2s、3s、2pC．2s、2p、3s、3pD．4p、3d、4s、3pC6．電子排布在同一能級時，總是（）A．優(yōu)先單獨占據(jù)不同軌道，且自旋方向相同B．優(yōu)先單獨占據(jù)不同軌道，且自旋方向相反C．自由配對，優(yōu)先占據(jù)同軌道，且自旋方向相同D．自由配對，優(yōu)先占據(jù)同一軌道，且自旋方相反A5．“各能級最多容納的電子數(shù)，是該能級原子軌道數(shù)的二倍”，支撐這一結(jié)論的理論是（）A．構(gòu)造原理B．泡利原理C．洪特規(guī)則D．能量最低原理B1、判斷下列表達是正確還是錯誤1）1s22p1屬于基態(tài)；2）1s22s22p63s23p63d54s1屬于激發(fā)態(tài)；3）1s22s22p63d1屬于激發(fā)態(tài)；4）1s22s22p63p1屬于基態(tài)；答案：(1)x(2)x(3)√(4)x課堂練習(xí)2．圖1和圖2分別是1s電子的概率概率分布圖和原子軌道圖。下列有關(guān)認識正確的是（）

A．圖1中的每個小黑點表示1個電子B．圖2表示1s電子只能在球體內(nèi)出現(xiàn)C．圖2表明1s軌道呈圓形，有無數(shù)對稱軸D．圖1中的小黑點表示某一時刻，電子在核外所處的位置2．當電子排在同一個能級內(nèi)時，有什么規(guī)律？小結(jié)：1．各原子軌道的能量高低比較（1）ns<np<nd<nf（2）1s<2s<3s<4s（3）同一能層同一能級的各原子軌道能量相等：2Px＝2Py＝2Pz(一)原子的電子排布與元素周期表在周期中有18個縱列,除零族元素中He（1s2）與其它稀有氣體ns2np6不同外,一般說來,其它每個族序數(shù)和價電子數(shù)是相等的.主族元素：族序數(shù)=原子的最外層電子數(shù)

=價電子數(shù)副族元素：大多數(shù)族序數(shù)=（n-1)d+ns的電子數(shù)

=價電子數(shù)

一、元素周期表4、已知某元素的原子序數(shù)是25，寫出該元素原子的價電子層結(jié)構(gòu)式，并指出該元素所屬的周期和族。其排布式為[Ar]3d54s2，由于最高能級組數(shù)為4，其中有7個價電子，故該元素是第四周期ⅦB族。課堂練習(xí)4、按照電子排布，可把周期表的元素劃分為5個區(qū)：s區(qū)、d區(qū)、ds區(qū)、p區(qū)、f區(qū)。劃分區(qū)的依據(jù)是什么？s區(qū)、d區(qū)、p區(qū)分別有幾個縱列？區(qū)的名稱來自按照構(gòu)造原理最后填充的能級的符號思考與探究(三)原子的電子構(gòu)型和元素的分區(qū)S區(qū)元素：最外層構(gòu)型是ns1和ns2。IA和IIA族元素。除H外，其余為活潑金屬。p區(qū)元素：最外層電子構(gòu)型從ns2np1~ns2np6的元素。即IIIA~VIIA族、零族元素。除H外，所有非金屬元素都在p區(qū)。ds區(qū)元素:包括IB族和IIB族元素，最外層電子數(shù)皆為1~2個，均為金屬元素。f區(qū)元素：包括鑭系和錒系元素。最外層電子數(shù)基本相同，化學(xué)性質(zhì)相似。d區(qū)元素:包含第IIIB族到VIII族元素。最外層電子數(shù)皆為1~2個，均為金屬元素，性質(zhì)相似。思考：為什么s區(qū)、d區(qū)、ds區(qū)的元素都是金屬(除H外)？s區(qū)、d區(qū)、ds區(qū)的元素最外層電子數(shù)為1-2個電子，在反應(yīng)中易失去，所以都是金屬。1.為什么副族元素又稱為過渡元素？2.為什么在元素周期表中非金屬元素主要集中在右上角三角區(qū)內(nèi)（如圖）？處于非金屬三角區(qū)邊緣的元素常被稱為半金屬或準金屬。為什么？思考：副族元素處于金屬元素向非金屬元素過渡的區(qū)域，因此，又把副族元素稱為過渡元素。1.為什么副族元素又稱為過渡元素？2.為什么在元素周期表中非金屬元素主要集中在右上角三角區(qū)內(nèi)（如圖）？處于非金屬三角區(qū)邊緣的元素常被稱為半金屬或準金屬。為什么？這是由元素的價電子結(jié)構(gòu)和元素周期表中元素性質(zhì)遞變規(guī)律決定的，在元素周期表中，同周期的元素從左到右非金屬性漸強，同主族元素從上到下非金屬性漸弱，結(jié)果使元素周期表右上角的元素主要呈現(xiàn)非金屬性。處于非金屬三角區(qū)邊緣的元素既能表現(xiàn)出一定的非金屬性，又能表現(xiàn)出一定的金屬性，因此，這些元素常被稱之為半金屬或準金屬。5、已知某元素在周期表中位于第五周期、ⅥA族位置上。試寫出該元素基態(tài)原子的價電子排布式、電子排布式并分析該元素在哪區(qū)？由于是ⅥA族，4d必是全充滿的，所以價電子排布為5s25p4，電子排布式[Kr]4d105s25p4課堂練習(xí)屬P區(qū)1.已知一元素的價層電子結(jié)構(gòu)為3d54s2，試確定其在周期表中的位置。第四周期，ⅦB族。2.試確定32號元素在周期表中的位置。第四周期，ⅣA族3.判斷處于第三周期，ⅣA族元素的價層電子結(jié)構(gòu)、原子序數(shù)。[Ne]3s23p2，第14號元素練習(xí)：課堂小結(jié):1、原子的電子排布與周期的劃分2、原子的電子排布與族的劃分

主族元素：族序數(shù)=原子的最外層電子數(shù)

=價電子數(shù)

副族元素：大多數(shù)族次=（n-1)d+ns的電子數(shù)=價電子數(shù)3、原子的電子構(gòu)型和元素的分區(qū)周期序數(shù)=能層數(shù)5個區(qū)：s區(qū)、d區(qū)、ds區(qū)、p區(qū)、f區(qū)。一、原子結(jié)構(gòu)與元素周期表（一）原子半徑：1、影響因素:2、比較原子半徑大小的規(guī)律：（1）電子層數(shù)不同時,電子層數(shù)越多,原子半徑越大。二、元素周期律原子半徑的大小取決于1、電子的能層數(shù)2、核電荷數(shù)（2）電子層相同時,核電荷數(shù)越大，原子半徑越小。（3）電子層、核電荷數(shù)都相同時,電子數(shù)越多，原子半徑越大。（二）電離能1、概念

氣態(tài)電中性基態(tài)原子失去一個電子轉(zhuǎn)化為氣態(tài)基態(tài)正離子所需要的能量叫做第一電離能。用符號Ｉ1表示，單位：kj/mol從一價氣態(tài)基態(tài)正離子中再失去一個電子所需要的能量叫做第二電離能。符號Ｉ2？原子的第一電離能隨核電荷數(shù)遞增有什么規(guī)律？（同周期、同主族）思考與探究：觀察圖1-21，總結(jié)第一電離能的變化規(guī)律：2、元素第一電離能的變化規(guī)律：1）同周期：a、從左到右呈現(xiàn)遞增趨勢（最小的是堿金屬，最大的是稀有氣體的元素；2）同主族的元素自上而下第一電離能逐漸減少。3、電離能的意義：（第ⅡA元素和第ⅤA元素的反?，F(xiàn)象如何解釋？）b、第ⅡA元素>ⅢA的元素；第ⅤA元素>ⅥA元素

電離能是衡量氣態(tài)原子失去電子難易的物理量。元素的電離能越小，表示氣態(tài)時越容易失去電子，即元素在氣態(tài)時的金屬性越強。ⅤA半充滿、ⅡA全充滿結(jié)構(gòu)學(xué)與問：1.堿金屬的電離能與堿金屬的活潑性存在什么關(guān)系？堿金屬元素的第一電離能越小，金屬的活潑性就越強。2.為什么原子逐級電離能越來越大？這些數(shù)據(jù)跟鈉、鎂、鋁的化合價有何關(guān)系？因為首先失去的電子是能量最高的電子，故第一電離能較小，以后再失去電子都是能級較低的電子，所需要的能量多；同時失去電子后，陽離子所帶的正電荷對電子的引力更強，從而電離能越來越大?？粗鸺夒婋x能的突變。課堂練習(xí)：下列說法正確的是（）A.第3周期所含的元素中鈉的第一電離能最小B.鋁的第一電離能比鎂的第一電離能大C.在所有元素中，氟的第一電離能最大.D.鉀的第一電離能比鎂的第一電離能大.A反?，F(xiàn)象最大的是稀有氣體的元素：He從左到右呈現(xiàn)遞增趨勢（最小的是堿金屬）K〈Na〈Mg課堂練習(xí)：2．在下面的電子結(jié)構(gòu)中,第一電離能最小的原子可能是(

)A

ns2np3

B

ns2np5

C

ns2np4

D

ns2np6C（三）電負性（閱讀課本Ｐ18）1、基本概念化學(xué)鍵：元素相互化合，相鄰的原子之間產(chǎn)生的強烈的化學(xué)作用力，形象地叫做化學(xué)鍵。鍵合電子：原子中用于形成化學(xué)鍵的電子稱為鍵合電子。電負性：用來描述不同元素的原子對鍵合電子的吸引力的大小。（電負性是相對值，沒單位）鮑林L.Pauling1901-1994鮑林研究電負性的手搞金屬：＜1.8類金屬：≈1.8非金屬：＞1.8

以氟的電負性為4.0和鋰的電負性為1.0作為相對標準，得出了各元素的電負性。電負性的大小可以作為判斷金屬性和非金屬性強弱的尺度2、變化規(guī)律:①同一周期，主族元素的電負性從左到右逐漸增大，表明其吸引電子的能力逐漸增強。②同一主族，元素的電負性從上到下呈現(xiàn)減小趨勢，表明其吸引電子的能力逐漸減弱。①電負性越大，元素的非金屬性越強，電負性越小，元素的非金屬性越弱，金屬性越強。（三）電負性3、電負性的意義：②電負性相差很大的元素化合通常形成離子鍵；電負性相差不大的兩種非金屬元素化合，通常形成共價鍵；電負性相差越大的共價鍵，共用電子對偏向電負性大的原子趨勢越大，鍵的極性越大?？茖W(xué)探究1.下列左圖是根據(jù)數(shù)據(jù)制作的第三周期元素的電負性變化圖，請用類似的方法制作IA、VIIA元素的電負性變化圖。