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奥林匹克化学竞赛辅导,无机化学部分 吴庆轩,第一讲,元素周期系,元素周期律,元素周期系及元素周期表 周期性:元素性质周期性变化,并呈非机械重复(碱金属开始,稀有气体结尾),周期律:核外电子排布呈周期性,导致元素呈周期性递变.二者统一为周期律,周期表:周期律的表达形式,元素周期系,元素周期表 1869年，俄国化学家门捷列夫在总结对比当时已知的60多种元素的性质时发现化学元素之间的本质联系：按原子量递增把化学元素排成序列，元素的性质发生周期性的递变。这就是元素周期律的最早表述。 目前使用最都的是维尔纳长式周期表.,维尔纳长式周期表,维尔纳长式周期表:是由诺贝尔奖得主维尔纳（Alfred Werner 1866-1919）首先倡导的，长式周期表是目前最通用的元素周期表。它的结构如下：,(1)周期:维尔纳长式周期表分主表和副表。主表中的15行分别是完整的第1，2，3，4，5周期，但是，第6、7行不是完整的第6、7周期，其中的镧系元素和锕系元素被分离出来，形成主表下方的副表。 第一周期只有2种元素，叫特短周期，它的原子只有s电子；第二、三周期有8种元素，叫短周期，它们的原子有s电子和p电子；第四、五周期有18种元素，叫长周期，它们的原子除钾和钙外有s、p电子还有d电子；第六周期有32种元素，叫特长周期，它的原子除铯和钡外有s、d、p电子还有f电子；第七周期是未完成周期。,（2）列：维尔纳长式元素周期表有18列(纵列)。例如第1列为氢锂钠钾铷铯钫，第2列为铍镁钙锶钡镭，第8列为铬钼钨(Cr、Mo、W），第 9列为锰锝铼（Mn、Tc、Re)，等等。,（3）族 我国采用美国系统，用罗马数码标记，如：IA、VIIB等等，而且，第8-10列叫第VIII族不叫VIIIB，第18列叫0族,但“0”不是自然数,也不是罗马数码。 A族：周期表最左边的两个纵列是IA和IIA主族；周期表最右边的6个纵列从左到右分别是IIIA，IVA，VA，VIA，VIIA主族和0(零)族。,主族元素的原子在形成化学键时只使用最外层电子(ns和/或np)，不使用结构封闭的次外层电子。从这个特征看，零族元素也属于主族元素。IA、IIA和VIIA族元素分称碱金属、碱土金属和卤素，这些术语早于发现周期系。 零族元素的确认在发现周期系之后，曾长期叫惰性气体（inert gases），直到60年代才发现它也能形成传统化合物，改称稀有气体（noble gases或rare gases）。 主族常用相应第二周期元素命名，如硼族、碳族、氮族，氧族等。此外，还常见到源自门捷列夫周期表的镓分族(镓铟铊)、锗分族(锗锡铅)、砷分族(砷锑铋)、硫分族（硫硒碲）等术语。,B族：从周期表左边第3纵列开始有10种纵列，每个纵列3种元素(包括第七周期元素应是4种元素)，从左到右的顺序是IIIB，IVB，VB，VIB，VIIB，VIII，IB，IIB。族序数与该族元素最高氧化态对应(有少数例外，如铜银金)； VIII族是3种纵列9种元素，是狭义的“过渡元素”(这个概念是门捷列夫提出来的)。 副族常以相应第四周期元素命名，分称钪副族、钛副族、钒副族，.等等;但VIII族中的铁钴镍(第四周期元素)又称铁系元素，钌铑钯锇铱铂(第五、六周期元素)则总称铂系元素。广义的过渡元素是指除主族元素外的所有其他元素。,副族元素与过渡元素,副族元素较明确，除主族元素外（注意8族的写法- ）过渡元素的概念较活，不十分明确，较多书不将IB、B列入过渡元素中。,(4)元素分区 长式周期表的主表从左到右可分为s区，d区，ds区，p区4个区；副表(镧系和锕系)是f区元素,元素分区与原子的价电子构型,s区： ns1-2 IA、A p区： ns2np1-6 A- 0族 d区： (n-1)d1-9ns1-2 如：Cr3d54s1(价层） B - ds区： (n-1)d10ns1-2 IB、B f区：（n-2)f0-14 (n-1)d0-2ns2 B X2+ 的价电子构型为3d9 ， X原子属哪一区？ X原子价电子构型为3d104s1, X原子属ds区。,(5)非金属三角区 周期系已知116种（07年）（115、117缺）元素中只有23种非金属（包括稀有气体），它们集中在长式周期表p区右上角三角区内。,处于非金属三角区边界上的元素兼具金属和非金属的特性，有时也称“半金属”或“准金属”，例如，硅是非金属，但其单质晶体为具蓝灰色金属光泽的半导体，锗是金属，却跟硅一样具金刚石型结构，也是半导体;又例如，砷是非金属，气态分子为类磷的As4，但有金属型的同素异形体，锑是金属，却很脆，电阻率很高，等等，半金属的这类两面性的例子很多。,小结,周期：周期数=电子层数=最大n值=近似能级组组数 同周期左至右元素金属性降低，非金属性升高。族：主族元素的族号数=最外层电子数（ns+np)=最高氧化数（化合价） 副族元素的族号数大多=价电子数（n-1)d+ns电子数 同族主族元素，从上至下，金属性增强，非金属性减弱，副族元素，从上至下，金属性一般是减弱的。,原子半径、离子半径,同周期左至右元素原子半径一般逐渐减小，同族，特别是同主族元素从上至下，原子半径逐渐增大，副族元素半径变化较复杂。 同种元素：阴离子半径原子半径阳离子半径,练习,已知某元素在第四周期、B族，问：电子组态？元素？区？性质？ 近似能级组：第4能级组，4s3d4p(n+0.7l) 性质： （B族）金属、d区、最高价+6；电子组态： Ar3d54s1；元素：Cr。 29号元素价电子组态？区？能级总数？ 价电子组态：3d104s1； ds区；能级总数=7 （1s,2s,2p,3s,3p,3d,4s）。,原子参数如原子半径，离子半径，电离能，电子亲和能，电负性等概念被称为原子参数。而所有的原子参数都呈现周期性变化。,元素周期性,周期表中的对角线规则,内容,对角线规则：是指周期表中相邻两族位于左上到右下的对角线上的元素具有相似性。 第 2 周期的 Li、Be、B 等3种元素和其右下角第 3 周期的 Mg、Al、Si 等3种元素处于对角线位置上，因此，这三对元素及其化合物的性质有许多相似之处.,原因,原子具有相近的静电场力，=z/r值相近,核化学基础知识,元素衰变 衰变， 粒子 He U Th + He 衰变， 粒子高速电子 C N + e 正电子衰变 电子俘获,人工核反应,裂变与聚变,裂变：大核变小核原子弹 聚变：轻核变重核氢弹,核稳定理论,核电荷数为偶数的元素丰度高（86%）。 存在质子、中子幻数组合。 幻数：2、8、14、20、28、50、82（质子、中子） 双幻数更稳定： 6种同位素。 原子序数大时：n/p=1.5稳定。例如：pb(82p,126n),n/p=1.54稳定。 具有稀有气体电子层结构的原子稳定；具有幻数质子、中子的原子核稳定。,元素周期系展望,114号元素（类铅-298）114p,184n(双幻数）稳定，周围有较稳定的新元素出现。 推测164号元素（超铅-482）164p,318n(双幻数）应稳定存在。8、9周期将出现g轨道，9条18e。,未来周期展望,2He 10Ne 18Ar 36Kr 54Xe 86Rn 118类氡 168超氡 218新超氡 2 8 8 18 18 32 32 50 50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 轨道数 s=1 p=3 d=5 f=7 g=9 最高容纳电子数 2 6 10 14 18,练习：,推测164号元素位于哪一周期？哪一族？名称？ 168