基礎(chǔ)化學(xué)第九章

基礎(chǔ)化學(xué)第九章第一頁，共八十九頁，2022年，8月28日本章作業(yè)P264：4，5第二頁，共八十九頁，2022年，8月28日1911年盧瑟福根據(jù)a粒子轟擊原子實(shí)驗(yàn)，建立了有核原子模型。原子中央有一個(gè)體積非常小的、帶正電荷的原子核；在原子核周圍很大空間里存在著圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子。第三頁，共八十九頁，2022年，8月28日盧瑟福模型的局限其二，是它不能說明元素的線狀光譜產(chǎn)生的原因。據(jù)該原子模型，能量的釋放應(yīng)是不間斷的，觀察到的原子光譜應(yīng)是連續(xù)的帶狀光譜，這與實(shí)驗(yàn)觀察到的間隔的線狀光譜不符。其一，是電子以極大的速度繞核運(yùn)動(dòng)，輻射能量（電磁波），則軌道半徑越來越小，最后在非常短的時(shí)間內(nèi)掉在原子核上，引起原子毀滅，稱為“原子的塌陷”。第四頁，共八十九頁，2022年，8月28日第五頁，共八十九頁，2022年，8月28日9.1.1電子的波粒二象性9.1.2波函數(shù)與Schr?dinger方程9.1.3幾率密度和電子云9.1核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)第六頁，共八十九頁，2022年，8月28日9.1.1電子的波粒二象性1.量子化特征:氫原子光譜

原子光譜:激發(fā)態(tài)原子發(fā)射出來的光譜氫光譜由一系列不連續(xù)的譜線組成.量子化特征:能量不連續(xù)最小的基本量--量子第七頁，共八十九頁，2022年，8月28日(1)氫原子光譜太陽光或白熾燈發(fā)出的白光，通過玻璃三棱鏡時(shí)，所含不同波長(zhǎng)的光可折射成紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等沒有明顯分界線的光譜，這類光譜稱為連續(xù)光譜。原子（包括氫原子）得到能量（高溫、通電）會(huì)發(fā)出單色光，經(jīng)過棱鏡分光得到線狀光譜。即原子光譜屬于不連續(xù)光譜。每種元素都有自己的特征線狀光譜。氫原子光譜如圖所示。四條譜線的波長(zhǎng)、頻率的關(guān)系式一并列出。氫原子光譜的特征：

★不連續(xù)光譜，即線狀光譜。

★其頻率具有一定的規(guī)律。

Balmer經(jīng)驗(yàn)公式：

n=3,4,5,6第八頁，共八十九頁，2022年，8月28日

氫原子光譜

H434.0

H486.1

H656.2

H410.2n=3、4、5、6H、H、H、H經(jīng)典力學(xué)無法解釋氫原子光譜第九頁，共八十九頁，2022年，8月28日（2）玻爾理論丹麥物理學(xué)家Bohr第十頁，共八十九頁，2022年，8月28日1913年丹麥物理學(xué)家Bohr發(fā)表了原子結(jié)構(gòu)理論的三點(diǎn)假設(shè)：核外電子只能在有確定半徑和能量的軌道上運(yùn)動(dòng)，且不輻射能量。通常，電子處在離核最近的軌道上，能量最低—基態(tài)；原子得能量后，電子被激發(fā)到高能軌道上，原子處于激發(fā)態(tài)。從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)釋放光能，光的頻率取決于軌道間的能量差。內(nèi)容第十一頁，共八十九頁，2022年，8月28日E4E3E2E1躍遷假設(shè)4321hν=E初

–E未軌道假設(shè)4321第十二頁，共八十九頁，2022年，8月28日玻爾理論的局限：1.多電子原子光譜

2.氫原子的精細(xì)光譜波爾理論的成就

1.成功地解釋了氫原子的線狀光譜，它對(duì)氫原子光譜譜線頻率的計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果很吻合。

2.首先提出了電子運(yùn)動(dòng)能量的量子化概念。第十三頁，共八十九頁，2022年，8月28日1924年，法國(guó)年輕的物理學(xué)家L.deBroglie(1892—1987)指出，對(duì)于光的本質(zhì)的研究，人們長(zhǎng)期以來注重其波動(dòng)性而忽略其粒子性；與其相反，對(duì)于實(shí)物粒子的研究中，人們過分重視其粒子性而忽略了其波動(dòng)性。2.微觀粒子的波粒二象性

質(zhì)量為m,運(yùn)動(dòng)速度為v的粒子,相應(yīng)的波長(zhǎng)為：第十四頁，共八十九頁，2022年，8月28日

1927年，deBroglie的預(yù)言被電子衍射實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，這種物質(zhì)波稱為deBroglie波。

研究微觀粒子的運(yùn)動(dòng)時(shí)，不能忽略其波動(dòng)性。微觀粒子具有波粒二象性。第十五頁，共八十九頁，2022年，8月28日感光屏幕薄晶體片衍射環(huán)紋電子槍電子束電子衍射實(shí)驗(yàn)示意圖用電子槍發(fā)射高速電子通過薄晶體片射擊感光熒屏，得到明暗相間的環(huán)紋，類似于光波的衍射環(huán)紋。第十六頁，共八十九頁，2022年，8月28日3.測(cè)不準(zhǔn)原理:德國(guó)物理學(xué)家海森堡提出

如果微粒的運(yùn)動(dòng)位置越準(zhǔn)確，則相應(yīng)的速度越不容易測(cè)準(zhǔn)確。事實(shí)上一切物體的運(yùn)動(dòng)都有這樣的規(guī)律。對(duì)宏觀物體而言可以忽略，而微觀粒子不可忽略。第十七頁，共八十九頁，2022年，8月28日對(duì)質(zhì)量為10克的宏觀物體，若x=0.01cm對(duì)電子，m=9.1110-31

千克，x=10-9cm∴對(duì)宏觀物體可同時(shí)測(cè)定位置與速度∴若m非常小，則其位置與速度是不能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定的第十八頁，共八十九頁，2022年，8月28日薛定諤方程與四個(gè)量子數(shù)ErwinSchrodinger,奧地利物理學(xué)家第十九頁，共八十九頁，2022年，8月28日1.薛定諤方程(1926)－量子力學(xué)中描述核外電子在空間運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)函數(shù)式，即原子軌道

E－軌道能量（動(dòng)能與勢(shì)能總和）m—微粒質(zhì)量，h—普朗克常數(shù)x,y,z為微粒的空間坐標(biāo)

(x,y,z)波函數(shù)第二十頁，共八十九頁，2022年，8月28日直角坐標(biāo)(x,y,z)轉(zhuǎn)換為球坐標(biāo)第二十一頁，共八十九頁，2022年，8月28日波函數(shù)是描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)式,而且又是空間坐標(biāo)的函數(shù),其空間圖象可以形象的理解為電子運(yùn)動(dòng)的空間范圍,即我們平常所說的“原子軌道”.結(jié)論:波函數(shù)的空間圖象就是原子軌道,原子軌道的數(shù)學(xué)表達(dá)式就是波函數(shù).第二十二頁，共八十九頁，2022年，8月28日２波函數(shù)的物理意義Ψ：描述原子核外電子運(yùn)動(dòng)的方式Ψ2:原子核外電子出現(xiàn)的幾率密度為了得到有意義的合理解,需要引入幾個(gè)常數(shù)項(xiàng).即主量子數(shù)、角量子數(shù)、磁量子數(shù)。第二十三頁，共八十九頁，2022年，8月28日3.四個(gè)量子數(shù)(1)主量子數(shù)n，n=1,2,3…正整數(shù)，它決定電子離核的遠(yuǎn)近和能級(jí)。(2)角量子數(shù)l，l=0,1,2,3…n-1，以s，p，df對(duì)應(yīng)的能級(jí)表示亞層，它決定了原子軌道或電子云的形狀(3)磁量子數(shù)m，原子軌道在空間的不同取向，m=0,1,2,3...l,一種取向相當(dāng)于一個(gè)軌道，共可取2l+1個(gè)數(shù)值。m值反應(yīng)了波函數(shù)

(原子軌道)或電子云在空間的伸展方向第二十四頁，共八十九頁，2022年，8月28日(4)自旋量子數(shù)ms，ms=1/2,表示同一軌道中電子的二種自旋狀態(tài)

3.核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(量子力學(xué)的方法)(1)電子在原子中運(yùn)動(dòng)服從薛定諤方程

(n,l,m)(x,y,z)是薛定諤方程的合理解。表示原子核外軌道的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(2)每一波函數(shù)(n,l,m)(x,y,z)都有確定的能量E(n,l)。(3)n，l，m規(guī)定了核外軌道的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。(4)粒子的運(yùn)動(dòng)不存在經(jīng)典的軌道，而只呈現(xiàn)幾率分布。第二十五頁，共八十九頁，2022年，8月28日四個(gè)量子數(shù)描述核外電子運(yùn)動(dòng)的可能狀態(tài)

例：

n=11sn=2l=0，m=02s

l=1，m=0,12p

n=3l=0，m=03sl=1m=0,13pl=2m=0,1，23d

n=4?第二十六頁，共八十九頁，2022年，8月28日

n,l,m一定,軌道也確定

l=

0123……軌道spdf……例如:n=2,l=0,m=0,2sn=3,l=1,m=0,3pz

n=3,l=2,m=0,3dz2第二十七頁，共八十九頁，2022年，8月28日意義角量子數(shù)l決定原子軌道的形狀

。例如n=4時(shí)，l有4種取值，就是說核外第四層有4種形狀不同的原子軌道：

l=0表示s軌道，形狀為球形，即4s軌道；

l=1表示p軌道，形狀為啞鈴形，4p軌道；

l=2表示d軌道，形狀為花瓣形，4d軌道；

l=3表示f軌道，形狀更復(fù)雜，4f軌道。由此可知，在第四層上，共有4種不同形狀的軌道。同層中(即n相同)不同形狀的軌道稱為亞層，就是說核外第四層有4個(gè)亞層。如n=3，角量子數(shù)

l

可取0，1，2共三個(gè)值，依次表示為s，p，d。第二十八頁，共八十九頁，2022年，8月28日磁量子數(shù)m

磁量子數(shù)m取值受角量子數(shù)l

的影響，對(duì)于給定的l，m可?。?，1，2，3，……，l。共2

l+1個(gè)值。若l=3，則m=0，1，2，3，共7個(gè)值。

m決定原子軌道的空間取向。n和

l

一定的軌道，如2p軌道（n=2，l=1）在空間有三種不同的取向。第二十九頁，共八十九頁，2022年，8月28日每一種m的取值，對(duì)應(yīng)一種空間取向。zyxm的不同取值，或者說原子軌道的不同空間取向，一般不影響能量。3種不同取向的2p軌道能量相同。我們說這3個(gè)原子軌道是能量簡(jiǎn)并軌道，或者說2p軌道是3重簡(jiǎn)并的。

而3d則有5種不同的空間取向，3d軌道是5重簡(jiǎn)并的。第三十頁，共八十九頁，2022年，8月28日xz+s

軌道xy+–py

軌道xz+–px

軌道xz+–pz

軌道xy++––dxy

軌道yz++––dyz

軌道xz++––dxz

軌道xz++––dz2

軌道xy++––dx2-y2

軌道第三十一頁，共八十九頁，2022年，8月28日自旋量子數(shù)ms

電子既有圍繞原子核的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也有自身的旋轉(zhuǎn)，稱為電子的自旋。

ms的取值只有兩個(gè)，+1/2和－1/2。電子的自旋方式只有兩種，通常用“”和“”表示。所以Ms也是量子化的。所以，描述一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，要用四個(gè)量子數(shù)：n，l，m，ms

同一原子中，沒有四個(gè)量子數(shù)完全相同的兩個(gè)電子存在。第三十二頁，共八十九頁，2022年，8月28日例1用四個(gè)量子數(shù)描述n=4，l=3的所有電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。解：l=3對(duì)應(yīng)的有m=0，1，2，3，共7個(gè)值。即有7條軌道。每條軌道中容納兩個(gè)自旋量子數(shù)分別為+1/2和－1/2的自旋方向相反的電子，所以有27=14個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子。分別用n，l，m，ms

描述如下：

n，l，m，ms4301/243－11/24311/243－21/24321/243－31/24331/2

n，l，m，ms430－1/243－1－1/2431－1/243－2－1/2432－1/243－3－1/2433－1/2第三十三頁，共八十九頁，2022年，8月28日有6組量子數(shù)①n=3,l=1,m=-1;②n=3,l=0,m=0;③n=2,l=2,m=-1;④n=2,l=1,m=0;⑤n=2,l=0,m=-1;⑥n=2,l=3,m=2;其中正確的是A.①②③B.①②④C.④⑤⑥D(zhuǎn).②④⑤練習(xí)第三十四頁，共八十九頁，2022年，8月28日9.1.3幾率密度和電子云幾率密度:電子在原子核外空間某處單位體積內(nèi)出現(xiàn)的幾率,用2表示.電子云:描述電子在原子核外空間出現(xiàn)的幾率密度分布所得的空間圖像第三十五頁，共八十九頁，2022年，8月28日幾率密度和電子云（1）電子云的概念假想將核外一個(gè)電子每個(gè)瞬間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)行攝影。并將這樣數(shù)百萬張照片重疊，得到如下的統(tǒng)計(jì)效果圖，形象地稱為電子云圖。1s2s2p第三十六頁，共八十九頁，2022年，8月28日（2）幾率密度和電子云幾率是電子在某一區(qū)域出現(xiàn)的次數(shù)叫幾率。幾率與電子出現(xiàn)區(qū)域的體積有關(guān)，也與所在研究區(qū)域單位體積內(nèi)出現(xiàn)的次數(shù)有關(guān)。幾率密度電子在單位體積內(nèi)出現(xiàn)的幾率。幾率與幾率密度之間的關(guān)系幾率（W）=幾率密度體積（V）。

相當(dāng)于質(zhì)量，密度和體積三者之間的關(guān)系。第三十七頁，共八十九頁，2022年，8月28日電子云圖是幾率密度||2的形象化說明。黑點(diǎn)密集的地方，||2的值大，幾率密度大；反之幾率密度小。量子力學(xué)理論證明，幾率密度=||2第三十八頁，共八十九頁，2022年，8月28日1-5波函數(shù)的空間圖象能否根據(jù)||2或的解析式畫出其圖象呢？這是我們最希望的。

的圖形無法畫出來。所以只好從不同的角度，片面地去認(rèn)識(shí)這一問題。把波函數(shù)分為徑向部分和角度部分，分別加以討論。(r，，)或(x，y，z)3個(gè)變量加1個(gè)函數(shù)，共四個(gè)變量。需要在四維空間中做圖。第三十九頁，共八十九頁，2022年，8月28日（1）徑向分布

（r，，）=R(r)?Y(，)，討論波函數(shù)與r之間的關(guān)系，只要討論波函數(shù)的徑向部分R(r)與r之間的關(guān)系就可以，因?yàn)椴ê瘮?shù)的角度部分Y(，)與r無關(guān)。幾率密度||2隨r的變化，即表現(xiàn)為|R|2

隨r的變化。第四十頁，共八十九頁，2022年，8月28日

徑向幾率分布圖徑向幾率分布應(yīng)體現(xiàn)隨著r的變化，或者說隨著離原子核遠(yuǎn)近的變化，在單位厚度的球殼中，電子出現(xiàn)的幾率的變化規(guī)律。以1s為例，幾率密度隨著r的增加而減少，但是在單位厚度的球殼中，電子出現(xiàn)的幾率隨r變化的規(guī)律就不是這樣簡(jiǎn)單了。第四十一頁，共八十九頁，2022年，8月28日令D(r)=4r2

|R|2，D(r)稱為徑向分布函數(shù)。用D(r)對(duì)r作圖，考察單位厚度球殼內(nèi)的幾率隨r的變化情況，即得到徑向幾率分布圖。第四十二頁，共八十九頁，2022年，8月28日（2）角度分布圖經(jīng)過計(jì)算，得到以及與其對(duì)應(yīng)Y(，)

和|Y(，)|2

的數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以畫出兩種角度分布圖：波函數(shù)的角度分布圖和電子云的角度分布圖。為角度部分。則角度部分的幾率密度為|Y

(，)|2=cos2為徑向部分，第四十三頁，共八十九頁，2022年，8月28日zy－+pypz－zx+zx+s各種波函數(shù)的角度分布圖zx+px－第四十四頁，共八十九頁，2022年，8月28日++－－yxdxy++－－zxdxz++－－zydyz－++－dx2－y2yx－+－+dz2zx第四十五頁，共八十九頁，2022年，8月28日py

軌道px

軌道pz

軌道第四十六頁，共八十九頁，2022年，8月28日dz2

軌道dx2-y2

軌道第四十七頁，共八十九頁，2022年，8月28日dxy

軌道dyz

軌道dxz

軌道第四十八頁，共八十九頁，2022年，8月28日各種電子云的角度分布圖zxspzzx電子云的角度分布圖比波函數(shù)的角度分布圖略“瘦”些。電子云的角度分布圖沒有‘’‘’。dz2zxydx2－y2xydxyx作為波函數(shù)的符號(hào)，它表示原子軌道的對(duì)稱性，因此在討論化學(xué)鍵的形成時(shí)有重要作用。波函數(shù)的角度分布圖有‘’‘’。這是根據(jù)的解析式算得的。它不表示電性的正負(fù)。第四十九頁，共八十九頁，2022年，8月28日電子云的角度分布圖第五十頁，共八十九頁，2022年，8月28日小結(jié)：量子數(shù)與電子云的關(guān)系n：決定電子能量的大小

l：描述電子云的形狀m：描述電子云的伸展方向第五十一頁，共八十九頁，2022年，8月28日§3-2核外電子排布和元素周期律對(duì)于單電子體系，其能量為即單電子體系中，軌道(或軌道上的電子)的能量，只由主量子數(shù)n決定。

n相同的軌道，能量相同：E4s=E4p=E4d=E4f……而且n越大能量越高：E1s<E2s<E3s<E4s……

多電子體系中，電子不僅受到原子核的作用，而且受到其余電子的作用。故能量關(guān)系復(fù)雜。所以多電子體系中，能量不只由主量子數(shù)n決定。第五十二頁，共八十九頁，2022年，8月28日

（1）原子軌道近似能級(jí)圖

Pauling，美國(guó)著名結(jié)構(gòu)化學(xué)家，根據(jù)大量光譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算，提出了多電子原子的原子軌道近似能級(jí)圖。第一組1s

第二組2s2p

第三組3s3p

第四組4s3d4p

第五組5s4d5p

第六組6s4f5d6p

第七組7s5f6d7p其中除第一能級(jí)組只有一個(gè)能級(jí)外，其余各能級(jí)組均以ns開始，以np結(jié)束。所有的原子軌道，共分成七個(gè)能級(jí)組各能級(jí)組之間的能量高低次序，以及能級(jí)組中各能級(jí)之間的能量高低次序，在下頁的圖示中說明。2-1多電子原子的能級(jí)（重點(diǎn)講解）第五十三頁，共八十九頁，2022年，8月28日能量1s2s2p3s3p4s4p3d5s5p4d6s6p5d4f每個(gè)代表一個(gè)原子軌道

p三重簡(jiǎn)并d五重簡(jiǎn)并f七重簡(jiǎn)并第五十四頁，共八十九頁，2022年，8月28日根據(jù)多電子原子的近似能級(jí)圖和能量最低原理填入順序如左:第五十五頁，共八十九頁，2022年，8月28日

2-2核外電子排布的原則（重點(diǎn)講解）（1）能量最低原理電子先填充能量低的軌道，后填充能量高的軌道。盡可能保持體系的能量最低。（2）Pauli(保利)不相容原理即同一原子中沒有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子，即同一原子中沒有四個(gè)量子數(shù)完全相同的兩個(gè)電子。于是每個(gè)原子軌道中只能容納兩個(gè)自旋方向相反的電子。（3）Hunt(洪特)規(guī)則電子在能量簡(jiǎn)并的軌道中，盡量以相同自旋方式成單排布。簡(jiǎn)并的各軌道保持一致，則體系的能量低。軌道全空半充滿全充滿以上幾種情況對(duì)稱性高，體系穩(wěn)定。第五十六頁，共八十九頁，2022年，8月28日半滿全滿規(guī)則：

當(dāng)軌道處于全滿、半滿時(shí)，原子較穩(wěn)定。原子實(shí)第五十七頁，共八十九頁，2022年，8月28日2-3原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期系（重點(diǎn)講解）（1）原子的電子層結(jié)構(gòu)（2）元素周期系第五十八頁，共八十九頁，2022年，8月28日核外電子的排布（原子的電子層結(jié)構(gòu)）1 HHydrogen 氫 1s1

2HeHelium 氦 1s2

3LiLithium鋰 1s22s14 BeBeryllium 鈹 1s22s2

5 B Boron 硼 1s22s22p1

6 C Carbon 碳 1s22s22p27 N Nitrogen 氮 1s22s22p38 O Oxygen 氧 1s22s22p49 F Fluorine 氟 1s22s22p510 Ne Neon 氖 1s22s22p6原子序數(shù)電子軌道圖元素符號(hào)英文名稱中文名稱電子結(jié)構(gòu)式第五十九頁，共八十九頁，2022年，8月28日11 Na Sodium鈉 1s22s22p63s112 Mg Magnesium鎂1s22s22p63s213 Al Aluminium鋁1s22s22p63s23p114 Si Silicon 硅1s22s22p63s23p215P Phosphorus磷1s22s22p63s23p316Si Sulfur 硫1s22s22p63s23p417 Cl Chlorine 氯1s22s22p63s23p518Ar Argon 氬1s22s22p63s23p6原子序數(shù)元素符號(hào)英文名稱中文名稱電子結(jié)構(gòu)式第六十頁，共八十九頁，2022年，8月28日注意：[Ar]原子實(shí)，表示Ar的電子結(jié)構(gòu)式1s22s22p63s23p6。原子實(shí)后面是價(jià)層電子，即在化學(xué)反應(yīng)中可能發(fā)生變化的電子。雖先排4s后排3d，但電子結(jié)構(gòu)式中先寫3d，后寫4s

21 Sc Scandium 鈧 [Ar]3d14s222 Ti Titanium鈦 [Ar]3d24s223 V Vanadium釩 [Ar]3d34s2

24 Cr Chromium鉻[Ar]3d54s1

25 MnManganese錳[Ar]3d54s226 Fe Iron鐵 [Ar]

3d64s227 Co Cobalt 鈷[Ar]

3d74s228 Ni Nickel 鎳 [Ar]

3d84s2

19 K Potassium 鉀[Ar]4s120 Ca Calcium 鈣 [Ar]4s2

第六十一頁，共八十九頁，2022年，8月28日第六十二頁，共八十九頁，2022年，8月28日價(jià)層電子構(gòu)型主族元素：最外層的

ns、np軌道的電子副族元素：次外層的

(n–1)d和最外層

的

ns軌道的電子如：K：4s1

Br：4s24p5Cr：3d54s1Hg：5d106s2第六十三頁，共八十九頁，2022年，8月28日(2)元素周期系第六十四頁，共八十九頁，2022年，8月28日1元素的周期周期的劃分與能級(jí)組的劃分完全一致，每個(gè)能級(jí)組都獨(dú)自對(duì)應(yīng)一個(gè)周期。共有七個(gè)能級(jí)組，所以共有七個(gè)周期。HHe1第一周期：2種元素第一能級(jí)組：2個(gè)電子1個(gè)能級(jí)1s1個(gè)軌道BeLiBCNOFNe2第二周期：8種元素第二能級(jí)組：8個(gè)電子2個(gè)能級(jí)2s2p4個(gè)軌道第六十五頁，共八十九頁，2022年，8月28日MgNaAlSiPSClAr3第三周期：8種元素第三能級(jí)組：8個(gè)電子2個(gè)能級(jí)3s3p4個(gè)軌道KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr4YZrNbMoTcRhPdRuAgCdSrRbInSnSbTeIXe5第五周期：18種元素第五能級(jí)組：18個(gè)電子3個(gè)能級(jí)5s4d5p9個(gè)軌道第四周期：18種元素第四能級(jí)組：18個(gè)電子3個(gè)能級(jí)4s3d4p9個(gè)軌道第六十六頁，共八十九頁，2022年，8月28日第七周期：32種元素第七能級(jí)組：32個(gè)電子4個(gè)能級(jí)7s5f6d7p16個(gè)軌道BaCs6sCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu4fLaHfTaWReIrPtOsAuHg5dTlPbBiPoAtRn6p第六周期：32種元素第六能級(jí)組：32個(gè)電子4個(gè)能級(jí)6s4f5d6p16個(gè)軌道RaFr7sThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr5fAcRfDbSgBhHsMtUunUuuUub6d7p第六十七頁，共八十九頁，2022年，8月28日元素周期律：元素以及由它形成的單質(zhì)和化合物的性質(zhì)，隨著元素的原子序數(shù)(核電荷數(shù))的依次遞增，呈現(xiàn)周期性的變化。元素周期表(長(zhǎng)表)：周期號(hào)數(shù)等于電子層數(shù)。各周期元素的數(shù)目等于相應(yīng)能級(jí)組中原子軌道所能容納的電子總數(shù)。主族元素的族號(hào)數(shù)等于原子最外層電子數(shù)。第六十八頁，共八十九頁，2022年，8月28日原子結(jié)構(gòu)和原子周期律的關(guān)系

1.關(guān)系（1）每一周期（除第一周期外）都是從ns1開始，到形成穩(wěn)定的稀有氣體的ns2np6電子層結(jié)構(gòu)時(shí)結(jié)束。（2）原子的電子層數(shù)等于該元素原子的最高能級(jí)組數(shù)，也等于它在周期表中的周期數(shù)。（3）每一周期的元素?cái)?shù)目，等于該周期相應(yīng)能級(jí)組的原子軌道所能容納的電子數(shù)目。第六十九頁，共八十九頁，2022年，8月28日

2元素的區(qū)和族

s區(qū)元素包括IA族，IIA族，價(jià)層電子組態(tài)為ns1~2，屬于活潑金屬。

p區(qū)元素包括IIIA族，IVA族，VA族，VIA族，VIIA族，0族（VIIIA族），價(jià)層電子組態(tài)為ns2np1~6，右上方為非金屬元素，左下方為金屬元素。

s區(qū)和p區(qū)元素的族數(shù)，等于價(jià)層電子中s電子數(shù)與p電子數(shù)之和。若和數(shù)為8，則為0族元素，也稱為VIIIA族。

價(jià)層電子是指排在稀有氣體原子實(shí)后面的電子，在化學(xué)反應(yīng)中能發(fā)生變化的基本是價(jià)層電子。第七十頁，共八十九頁，2022年，8月28日

d區(qū)元素包括IIIB族，IVB族，VB族，VIB族，VIIB族，VIII族。價(jià)層電子組態(tài)一般為(n－1)d1~8ns2，為過渡金屬。(n－1)d中的電子由不充滿向充滿過渡。第4，5，6周期的過渡元素分別稱為第一，第二，第三過渡系列元素。

d區(qū)元素的族數(shù)，等于價(jià)層電子中(n－1)d的電子數(shù)與ns的電子數(shù)之和；若和數(shù)大于或等于8，則為VIII族元素。

ds區(qū)元素價(jià)層電子組態(tài)為(n－1)d10ns1~2。

有時(shí)將d區(qū)和ds區(qū)定義為過渡金屬。

ds區(qū)元素的族數(shù)，等于價(jià)層電子中ns的電子數(shù)。

f區(qū)元素價(jià)層電子組態(tài)為(n－2)f0~14(n－1)d0~2ns2，包括鑭系和錒系元素，稱為內(nèi)過渡元素。(n－2)f中的電子由不充滿向充滿過渡。第七十一頁，共八十九頁，2022年，8月28日元素在周期表中的分區(qū)依據(jù)元素原子的價(jià)電子構(gòu)型，分成五個(gè)區(qū)：

s

區(qū)：價(jià)電子構(gòu)型為ns1~2

p

區(qū)：價(jià)電子構(gòu)型為ns2np1~6

d

區(qū)：價(jià)電子構(gòu)型為(n–1)d1~9ns1~2

例外：Pd

ds

區(qū)：價(jià)電子構(gòu)型為(n–1)d10ns1~2

f

區(qū)：價(jià)電子構(gòu)型為(n–2)f0~14(n–1)d1~2

ns2

有例外IA、IIAIIIA~VIIA、0族IIIB~VIIILa系、Ac系IB、IIB第七十二頁，共八十九頁，2022年，8月28日ValenceElectronConfigurationss區(qū)—ns1～2p區(qū)—ns2np1～6d區(qū)—(n－1)d1～10ns1～2(Pd無s電子)f區(qū)—(n－2)f1～14(n－1)d0～ 1ns2第七十三頁，共八十九頁，2022年，8月28日各周期元素的數(shù)目=

ns+(n–2)f+(n–1)d+np

各軌道容納電子總數(shù)周期元素?cái)?shù)目相應(yīng)軌道容納電子總數(shù)

一21s2

二82s2p8

三83s3p8

四184s3d4p18

五185s4d5p18

六326s4f5d6p32

七未滿7s5f6d未滿第七十四頁，共八十九頁，2022年，8月28日屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)（簡(jiǎn)單了解）屏蔽效應(yīng)：將其他電子對(duì)某個(gè)選定電子的排斥作用歸結(jié)為對(duì)核電荷的抵消作用。鉆穿效應(yīng)：由于電子鉆到核附近的幾率不同所產(chǎn)生的能量不同的現(xiàn)象。第七十五頁，共八十九頁，2022年，8月28日

屏蔽效應(yīng)以Li原子為例說明這個(gè)問題：研究外層的一個(gè)電子。它受到核的的引力，同時(shí)又受到內(nèi)層電子的－2的斥力。實(shí)際上受到的引力已經(jīng)不會(huì)恰好是+3，受到的斥力也不會(huì)恰好是－2，很復(fù)雜。我們把看成是一個(gè)整體，即被中和掉部分正電的的原子核。于是我們研究的對(duì)象——外層的一個(gè)電子就相當(dāng)于處在單電子體系中。中和后的核電荷Z變成了有效核電荷Z*。第七十六頁，共八十九頁，2022年，8月28日鉆穿效應(yīng)角量子數(shù)l不同的電子，受到的屏蔽作用的大小不同。我們知道，主量子數(shù)n相同的原子軌道，l越小時(shí)電子在內(nèi)層出現(xiàn)的幾率大，當(dāng)然受到的屏蔽要小。這相當(dāng)于電子離核近，故能量低。l不同的電子鉆穿到核附近回避其它電子屏蔽的能力不同，從而使自身的能量不同。這種作用稱為鉆穿效應(yīng)。鉆穿效應(yīng)的存在，不僅直接說明了能級(jí)分裂的原因，而且還可以解釋所謂‘能級(jí)交錯(cuò)’現(xiàn)象。第七十七頁，共八十九頁，2022年，8月28日§4元素基本性質(zhì)的周期性原子半徑原子半徑的種類：共價(jià)半徑：同種元素的兩個(gè)原子以共價(jià)單鍵連接時(shí)，其核間距離的一半金屬半徑：金屬晶體中相鄰的兩個(gè)原子核間距離的一半vanderWaals半徑：通過分子間力而互相接近的兩個(gè)原子核間距離的一半第七十八頁，共八十九頁，2022年，8月28日主族元素：從左到右r減小

從上到下r增大鑭系收縮

原子半徑的周期性變化規(guī)律過渡元素：從左到右r緩慢減小

從上到下r略有增大第七十九頁，共八十九頁，2022年，8月28日主族元素第八十頁，共八十九頁，2022年，8月28日鑭系收縮LaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu15種元素，r共減小11pm。電子填到內(nèi)層(n－2)f軌道，屏蔽系數(shù)更大，Z*增加的幅度更小。所以r減小的幅度很小。

r/pm161160158158158170158

r/pm169165164164163162185162

Eu4f76s2，f軌道半充滿，Yb4f146s2，f軌道全充滿，電子斥力的影響占主導(dǎo)地位，原子半徑變大