普通化學(xué)：第七章 原子結(jié)構(gòu)

第七章原子結(jié)構(gòu)第一節(jié)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)特征第二節(jié)氫原子結(jié)構(gòu)第三節(jié)多電子原子結(jié)構(gòu)第四節(jié)電子層結(jié)構(gòu)與元素周期表第五節(jié)元素性質(zhì)的周期性第一節(jié)電子的運(yùn)動(dòng)特征

一、氫原子光譜和Bohr理論二、電子運(yùn)動(dòng)的特征

一、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，Thomson測(cè)定出電子的荷質(zhì)比(e/me)為1.76×1011C·kg-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)。

1909年，Millikan通過(guò)油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)得電子的電荷為1.6×10-19C。根據(jù)電子的荷質(zhì)比，求得電子的質(zhì)量為9.11×10－31kg。后來(lái)，科學(xué)家們還采用了紫外光照射物質(zhì)、加熱金屬絲、放射性元素放出β射線等方法產(chǎn)生電子。測(cè)定結(jié)果表明，各種來(lái)源的電子的電荷和質(zhì)量均相同，電子普遍存在于原子之中。

原子是電中性的，原子中除了帶負(fù)電的電子外，必然還有帶正電的部分。電子和正電部分在小小的原子空間中是如何分布的？

1911年，Rutherford用一束高速運(yùn)動(dòng)的α粒子（He2＋）流轟擊一塊10－6－10－7m厚的金箔。發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的α粒子幾乎不受阻攔地直線通過(guò)，約萬(wàn)分之一的α粒子的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，極個(gè)別的α粒子甚至被反彈回來(lái)。

Rutherford在α粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了行星式原子軌道模型。他認(rèn)為：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。

（一）氫原子光譜

人們?nèi)庋勰苡^察到的可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍是400-760nm。當(dāng)一束白光通過(guò)石英棱鏡時(shí)，形成紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等沒(méi)有明顯分界線的彩色帶狀光譜，這種帶狀光譜稱(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Hα，Hβ，Hγ，Hδ表示。，氫原子光譜及實(shí)驗(yàn)示意圖

1913年，瑞典物理學(xué)家Rudberg總結(jié)出適用氫原子光譜的譜線頻率的通式：

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：（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：

（3）只有當(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：

Bohr理論成功地解釋了氫原子光譜。當(dāng)原子從外界接受能量時(shí)，電子就會(huì)躍遷到能量較高的激發(fā)態(tài)。而處于激發(fā)態(tài)的電子是不穩(wěn)定的，它會(huì)自發(fā)地躍遷回能量較低的軌道，同時(shí)將能量以光的形式發(fā)射出來(lái)，發(fā)射出的光的頻率，取決于躍遷前后兩種軌道間的能量差。由于軌道的能量是不連續(xù)的，所發(fā)射出的光的頻率也是不連續(xù)的，因此得到的氫原子光譜是線狀光譜。二、電子運(yùn)動(dòng)的特征在上述玻爾理論中，我們已經(jīng)知道電子的能量是不連續(xù)的，即是能量量子化的。（一）電子的波粒二象性

1924年，法國(guó)青年物理學(xué)家deBroglie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νe

的電子，其相應(yīng)的波長(zhǎng)λe

可由下式給出：

1927年，美國(guó)物理學(xué)家Davisson和Germer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（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：

電子與宏觀物體具有完全不同的特點(diǎn)，不能同時(shí)準(zhǔn)確地確定它的位置和動(dòng)能，而只能達(dá)到一定的近似程度。電子的位置確定得越準(zhǔn)確(?x

越小)，則電子的動(dòng)量就確定得越不準(zhǔn)確(?px

越大)；反之，電子的動(dòng)量確定得越準(zhǔn)確，電子的位置就確定得越不準(zhǔn)確。第二節(jié)氫原子結(jié)構(gòu)一、Schr?dinger方程二、波函數(shù)三、四個(gè)量子數(shù)四、氫原子波函數(shù)的角度分布圖形五、氫原子的徑向分布圖一、Schr?dinger

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Schr?dinger方程：方程的每一個(gè)解Ψ

，就表示電子的一種運(yùn)動(dòng)狀，與Ψ

相應(yīng)的E就是電子在這一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的能量。

至今只能準(zhǔn)確求解單電子原子的Schr?dinger

方程。而即使是對(duì)單電子原子，求解Schr?dinger

方程也很復(fù)雜，需要較深的數(shù)學(xué)知識(shí)。二、波函數(shù)

為了求解氫原子的Schr?dinger方程，需要進(jìn)行坐標(biāo)變換，把直角坐標(biāo)x，y，z變換成球坐標(biāo)r,θ,φ。球坐標(biāo)與直角坐標(biāo)的關(guān)系

從Schr?dinger方程解出來(lái)的波函數(shù)，是球坐標(biāo)r,θ,φ

的函數(shù)式，記為Ψ（r,θ,φ）。常將波函數(shù)分解為兩個(gè)函數(shù)的乘積：

電子在原子核外空間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可以用波函數(shù)Ψ

來(lái)描述，每一個(gè)Ψ

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。氫原子的某些波函數(shù)、徑向波函數(shù)和角度波函數(shù)

軌道

（r,,）R(r)Y(

，)

1s2s2px2py2pz三、四個(gè)量子數(shù)

（一）主量子數(shù)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…

主量子數(shù)n也是決定電子能量高低的主要因素，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)n＝1，2，3，4，5，6，7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。

（二）軌道角動(dòng)量量子數(shù)

軌道角動(dòng)量量子數(shù)l決定原子軌道的角動(dòng)量，l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….(n－1)。當(dāng)l

＝0，1，2，3時(shí)，分別稱(chēng)為s，p，d，f亞層。

n＝1時(shí)，l

＝0，K層只有s亞層；

n＝2時(shí)，l

＝0，1，L層有s，p亞層；

n＝3時(shí)，l

＝0，1，2，M層有s，p，d亞層；

n＝4時(shí)，l

＝0，1，2，3，N層有s，p，d，f亞層。

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。（三）磁量子數(shù)

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，m=0,±1,±

2,±3,…±l

，m有（2l

＋1）種取向。當(dāng)l

＝0時(shí)，m只能取0，s亞層只有1個(gè)軌道；當(dāng)l

＝1時(shí)，m可?。?，0，＋1，p亞層有3個(gè)軌道。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。

n電子層電子亞層軌道數(shù)1K01s012L012s2p01,0,+1

3M0123s3p3d0

4

N01234s4p4d4f0

電子層、電子亞層、原子軌道與量子數(shù)之間的關(guān)系。（四）自旋角動(dòng)量量子數(shù)

自旋角動(dòng)量量子數(shù)ms

用于描述電子的自旋運(yùn)動(dòng)狀態(tài)ms的取值為+1/2和-1/2，常用箭號(hào)↑和↓表示電子的兩種自旋方式。ms不能從求解Schr?dinger方程得到，它是后來(lái)實(shí)驗(yàn)和理論進(jìn)一步研究中引入的。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、氫原子波函數(shù)的角度分布圖形

波函數(shù)的角度分布圖又稱(chēng)原子軌道的角度分布圖，是Y（θ,φ）隨θ,φ變化的圖形。氫原子的s，p，d軌道的角度分布圖形

氫原子的原子軌道角度分布圖的具體畫(huà)法：從坐標(biāo)原點(diǎn)（原子核處）出發(fā)，引出不同角度θ,φ的直線，使其長(zhǎng)度等于該角度下的Y(θ,φ)，連接這些線段的端點(diǎn)，在空間構(gòu)成的曲面即為波函數(shù)的角度分布圖。由于Y(θ,φ)與主量子數(shù)n無(wú)關(guān)，當(dāng)l

，m相同時(shí)，原子軌道的角度分布圖相同。五、氫原子的電子云和徑向分布函數(shù)圖

波函數(shù)的平方Ψ2

表示電子在核外空間某處附近單位微體積內(nèi)出現(xiàn)的概率。電子在核外空間某一區(qū)域出現(xiàn)的概率等于概率密度與體積的乘積。以小黑點(diǎn)的疏密表示概率密度分布的圖形稱(chēng)為電子云圖。若將Ψ2相等的各點(diǎn)用曲面連接起來(lái)，所得曲面稱(chēng)為等概率密度圖。若以一個(gè)等概率密度面作為界面，使界面內(nèi)電子出現(xiàn)的概率占絕大部分（如90％或95％），所得到的圖形稱(chēng)為電子云界面圖。通常將界面圖中的小黑點(diǎn)略去。

電子云圖等概率密度圖電子云界面圖1.電子云的角度分布與波函數(shù)一樣，概率密度也可以分解為兩個(gè)函數(shù)的乘積：以Y2(θ,φ)作圖，可以得到與原子軌道相類(lèi)似的圖形，稱(chēng)為電子云的角度分布。與原子軌道的角度部分相比，它們的形狀相似，但是，電子云沒(méi)有正，負(fù)，電子云的圖形比軌道的圖形要瘦一些。3d態(tài)：n=3,l=2,m=0,

2.電子云的徑向分布函數(shù)圖

若以原子核為球心，距原子核距離為r，厚度為dr的一薄層球殼，其體積為，則電子在此薄球殼的微體積內(nèi)出現(xiàn)的概率為。再將除以dr，得到單位厚度球殼中電子出現(xiàn)的概率為

。令，并稱(chēng)為徑向分布函數(shù)。以對(duì)r作圖，所得到的圖形稱(chēng)為徑向分布圖。氫原子的徑向分布圖

由氫原子的徑向分布圖，可以得出如下幾點(diǎn)結(jié)論：（1）1s軌道在距核52.9pm處有極大值，說(shuō)明基態(tài)氫原子的電子在r＝52.9pm的薄球殼內(nèi)出現(xiàn)的概率最大。（2）吸收峰的數(shù)目為n-l，當(dāng)n相同時(shí)，l

越小，峰就越多。（3）當(dāng)l

相同時(shí)，n越大，主峰（具有最大值的峰）距核越遠(yuǎn)；當(dāng)n相同時(shí)，電子距核的距離相近。第三節(jié)多電子原子結(jié)構(gòu)一、屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)二、Pauling近似能級(jí)圖軌道能級(jí)圖三、基態(tài)原子核外電子排布

一、屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)

（一）屏蔽效應(yīng)在多電子原子中，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。由于電子都在高速不停地運(yùn)動(dòng)著，要準(zhǔn)確地確定電子之間的排斥作用是不可能的。通常采用一種近似的處理方法，把其余電子對(duì)某個(gè)指定電子的排斥作用簡(jiǎn)單地看成是它們抵消了一部分核電荷。這種將其他電子對(duì)某個(gè)指定電子的排斥作用歸結(jié)為對(duì)核電荷的抵消作用稱(chēng)為屏蔽效應(yīng)。其他每一個(gè)電子抵消的核電荷稱(chēng)為屏蔽常數(shù)，用σi

表示，剩余的核電荷稱(chēng)為有效核電荷數(shù)，用Z*

表示：

美國(guó)理論化學(xué)家Slater根據(jù)光譜數(shù)據(jù)歸納出一套估算σi

的方法：

（1）將核外電子按主量子數(shù)n和軌道角動(dòng)量量子數(shù)l

分組，除將ns和np合并為一組外，其余n和l

不完全相同者均自成一組。這些組是(1s)，(2s,2p)，(3s,3p)，(3d)，(4s,4p)，(4d)，(4f)(5s,5p)……

（2）外層電子對(duì)內(nèi)層電子沒(méi)有屏蔽作用，σi=0。

（3）1s組內(nèi)電子之間的屏蔽常數(shù)σi為0.30其余各組內(nèi)電子之間的屏蔽常數(shù)σi為0.35。

（4）對(duì)于ns和np電子,(n－1)電子層中每個(gè)電子對(duì)它的屏蔽常數(shù)σi

為0.85，（n－2）層及更內(nèi)層的電子對(duì)它的屏蔽常數(shù)σi

為1.00。（5）對(duì)于nd或nf電子，同一組中其他電子對(duì)它的屏蔽常數(shù)σi

為0.35，內(nèi)組電子對(duì)它的屏蔽常數(shù)σi

均為1.00。

對(duì)于軌道角動(dòng)量量子數(shù)l

相同的原子軌道，隨著n的增加，其徑向分布的主峰離核越遠(yuǎn)，原子核對(duì)電子的吸引力減弱，同時(shí)受到其他電子的屏蔽作用增大，σi

也就增大，其能量也越高。

n不同，l

相同時(shí)各亞層的能級(jí)高低順序?yàn)椋?/p>

E(1s)<E(2s)<E(3s)<···

E(2p)<E(3p)<E(4p)<···

E(3d)<E(4d)<E(5d)<···例基態(tài)K的電子層結(jié)構(gòu)是1s22s22p63s23p64s1，而不是1s22s22p63s23p63d1，試?yán)糜行Ш穗姾苏f(shuō)明之。解:若K最后一個(gè)電子排布在4s軌道上：

若K最后一個(gè)電子排布在3d軌道上：

計(jì)算結(jié)果表明，作用在4s電子上的有效核電核數(shù)比作用在3d上的大，所以K最后一個(gè)電子排布在4s軌道上.（二）鉆穿效應(yīng)

若電子在核附近出現(xiàn)的概率較大，就可以較好地避免其他電子對(duì)它的屏蔽，而受到較大有效核電荷的吸引，因而其能量較低；同時(shí)，它卻可以對(duì)其他電子起屏蔽作用，使其他電子的能量升高。這種由于電子在核附近處出現(xiàn)的概率不同，因而其能量不同的現(xiàn)象稱(chēng)為鉆穿效應(yīng)。當(dāng)n相同時(shí)，l

越小的電子在核附近出現(xiàn)的概率越大，原子核作用在該電子上的有效核電荷越大，其能量也越低。同一電子層中各亞層的能量高低順序?yàn)椋?/p>

E(ns)<E(np)<E(nd)<E(nf)

利用鉆穿效應(yīng)還可以解釋當(dāng)n，都不同時(shí)某些原子軌道發(fā)生的能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象。

參考?xì)湓拥?d和4s徑向分布圖，4s由于有小峰鉆到離核很近處，對(duì)降低軌道能量影響較大，超過(guò)了主量子數(shù)大對(duì)軌道能量升高的作用，因此4s軌道的能量低于3d軌道。

D(r)r4s3d二、Pauling近似能級(jí)圖

美國(guó)化學(xué)家Pauling根據(jù)光譜實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，總結(jié)出多電子原子的原子軌道的近似能級(jí)高低順序。Pauling原子軌道的近似能級(jí)圖

圖中每個(gè)虛線方框代表一個(gè)能級(jí)組，相當(dāng)于周期表中的一個(gè)周期；虛線方框內(nèi)的每一橫排圓的數(shù)目表示各能級(jí)組中包含的原子軌道數(shù)；虛線方框和圓的位置高低表示各能級(jí)組和原子軌道能量的相對(duì)高低。由圖中可以看出，相鄰兩個(gè)能級(jí)組之間的能量差較大，而每個(gè)能級(jí)組中的能級(jí)之間的能量差則比較小。我國(guó)化學(xué)家徐光憲先生提出了多電子原子的原子軌道能級(jí)分別的定量依據(jù)，將（n＋0.7l）整數(shù)相同的軌道劃分為一個(gè)能級(jí)組。

徐光憲的能級(jí)分組規(guī)則

能級(jí)1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p1.02.02.73.03.74.04.44.75.05.45.76.06.16.46.7能級(jí)組123456

根據(jù)徐光憲能級(jí)分組規(guī)則得到的能級(jí)組劃分次序，與Pauling近似能級(jí)圖是一致的。三、基態(tài)原子核外電子排布

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）能量最低原理：在不違背Pauli不相容原理的前提下，核外電子總是盡先排布在能量最低的軌道上，當(dāng)能量最低的軌道排滿(mǎn)后，電子才依次排布在能量較高的軌道上。

（2）

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。（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)，總是以自旋相同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(mǎn)（p6，d10，f14）、半充滿(mǎn)（p3，d5，f7）和全空（p0，d0，f0）時(shí)是比較穩(wěn)定的。半滿(mǎn)全滿(mǎn)規(guī)則：當(dāng)軌道處于全滿(mǎn)、半滿(mǎn)時(shí)，原子較穩(wěn)定。Z=26Fe：1s22s22p63s23p63d64s2N：1s22s22p3原子芯第四節(jié)電子層結(jié)構(gòu)與元素周期表一、原子的電子層結(jié)構(gòu)和周期二、原子的電子層結(jié)構(gòu)和族三、原子的外層電子構(gòu)型和元素的分區(qū)一、原子的電子層結(jié)構(gòu)和周期

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)原子的電子層數(shù)，也等于元素原子的最外電子層的主量子數(shù)。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)。

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1Ⅰ1s222Ⅱ2s2p883Ⅲ3s3p884Ⅳ4s3d4p18185Ⅴ5s4d5p18186Ⅵ6s4f5d6p32327Ⅶ7s5f6d(未完)23(未完)

未滿(mǎn)二、原子的電子結(jié)構(gòu)和族

元素周期表共有18個(gè)縱行，除第八，九，十3個(gè)縱行為第Ⅷ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Ⅷ族外，還有七個(gè)A族和七個(gè)B族。A族由長(zhǎng)周期元素和短周期元素組成，也稱(chēng)主族；B族只由長(zhǎng)周期元素組成，也稱(chēng)副族。

主族元素在周期表中的族數(shù)等于元素基態(tài)原子的最外電子層的電子數(shù)；在同一主族內(nèi)，最外電子層上的電子數(shù)都是相同的。族ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA外層電子結(jié)構(gòu)ns1ns2ns2np1ns2np2ns2np3ns2np4ns2np5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9－18個(gè)電子。

ⅢB－ⅦB族元素的族數(shù)等于元素原子的最外層的s電子與次外層的d電子數(shù)之和。

ⅠB-ⅡB族元素的族數(shù)等于最外電子層上的S電子數(shù)。

Ⅷ族元素的(n-1)d6-10ns0-2

電子數(shù)為8-10族ⅠBⅡBⅢBⅣBⅤBⅥBⅦB外層電子結(jié)構(gòu)(n-1)d10ns1-2(n-1)d1-5ns1-2三、原子的外層電子構(gòu)型和元素的分區(qū)鑭系

f錒系

（1）s區(qū)元素：包括IA族元素和ⅡA族元素，外層電子構(gòu)型為ns1-2

。（2）p區(qū)元素：包括ⅢA－ⅦA族元素和0族元素，除He元素外，外層電子構(gòu)型為ns2np1-6

。（3）d區(qū)元素：d區(qū)元素又稱(chēng)過(guò)渡元素，包括ⅢB－ⅦB族元素和Ⅷ族元素，外層電子構(gòu)型為(n-1)d1-9ns1-2

。（4）ds區(qū)元素：包括ⅠB和ⅡB族元素，外層電子構(gòu)型為(n-1)d10ns1-2

。（5）f區(qū)元素：包括鑭系和錒系元素，外層電子構(gòu)型為(n-2)f1-14(n-1)d0-2ns2

。第五節(jié)元素基本性質(zhì)的周期性一、原子半徑二、元素的電離能三、元素的電子親和能四、元素的電負(fù)性五、元素的氧化數(shù)一、原子半徑

電子具有波粒二象性，在原子核外各處都可能出現(xiàn)，只是概率大小不同而已，所以，單個(gè)原子并不存在明確的界面。通常所說(shuō)的原子半徑，是指分子或晶體中相鄰?fù)N原子的核間距離的一半。ⅠA0H32He93Li123Be89B82C77N70O66F64Ne112Na154Mg136Al118Si117P110S104Cl99Ar154K203Ca174Sc144Ti132V122Cr118Mn117Fe117Co116Ni115Cu117Zn125Ga126Ge122As121Se117Br114Kr169Rb216Sr191Y162Zr145Nb134Mo130Tc127Ru125Rh125Pd128Ag134Cd148In144Sn140Sb141Te137I133Xe190Cs235Ba198La169Hf144Ta134W130Re128Os126Ir127Pt130Au134Hg144Tl148Pb147Bi146Po146At145Rn222原子半徑ⅡAⅢBⅣB

ⅤBⅥB ⅦB ⅧⅠB ⅡBⅢA ⅣA ⅤAⅥA ⅦA

原子半徑在周期表中的變化規(guī)律:

（1）同一周期主族元素，從左到右，原子核作用在最外層電子上的有效核電荷數(shù)顯著增加，而電子層數(shù)并不增加，原子核對(duì)外層電子的引力逐漸增強(qiáng)，導(dǎo)致原子半徑明顯減小。（2）同一周期副族元素，從左到右，由于原子核作用在最外層電子上的有效核電荷數(shù)增加不多，且電子層數(shù)并不增加，使得原子半徑減小比較緩慢。但當(dāng)次外層的d軌道全部充滿(mǎn)形成18電子構(gòu)型時(shí)，原子半徑突然增大。這是由于(n-1)d軌道全充滿(mǎn)后對(duì)外層電子屏蔽作用較大，使得原子核作用在最外層電子上的有效核電荷數(shù)減小而引起的。

（3）同一族的主族元素，從上到下，原子核作用在最外層電子上的有效核電荷數(shù)增加不多，由于電子層數(shù)增加，原子核對(duì)外層電子引力減弱，使原子半徑顯著增大。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。二、元素的電離能

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；由+1價(jià)氣態(tài)陽(yáng)離子失去1個(gè)電子成為+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。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。元素的第一電離能與原子序數(shù)的關(guān)系,

在同一周期中，從堿金屬到稀有氣體，電離能呈增大趨勢(shì)。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。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。雖然同一周期元素的電離能呈增大的趨勢(shì)，但仍有起伏變化。同一主族的元素，從上到下，電離能減小。三、元素的電子親和能

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)為原子的電子親和能。非金屬元素的電子親和能均為負(fù)值，而金屬元素的電子親和勢(shì)則是正值或絕對(duì)值較小的負(fù)值。電子親和能反映了元素的原子得電子的難易程度。影響電子親和能的主要因素有原子的有效核電荷數(shù)、原子的半徑和原子的電子層結(jié)構(gòu)。

H-72.7

He+48.2Li-59.6Be+48.2B-26.7C-121.9N+6.75O-141.0F-328.0Ne+115.8Na-52.9Mg+38.6Al-42.5Si-133.6P-72.1S-200.4Cl-349.0Ar+96.5K-48.4Ca+28.9Ga-28.9Ge-115.8As-78.2Se-195.