子结构元素周期律.ppt

物质的性质与其结构有着密切的联系 构成物质的粒子有分子 原子和离子等 只有进一步学习这些粒子的组成和结构以及反映元素内在联系的元素周期律 才能更深刻地认识物质世界的内部规律 本章介绍化学的重要理论之一 物质结构和元素周期律 引言 引言 第一章物质结构元素周期律 第一节原子结构 第二节元素周期律元素周期表 第三节化学键 第一章节目录 第一节原子结构1 了解原子的组成了解同位素及其应用了解核外电子排布规律的初步知识 第一节原子结构 学习目标 第一节原子结构2 一 原子的组成 第一节原子结构 显微镜下的硅原子 第一节原子结构2 一 原子的组成 第一节原子结构 第一节原子结构3 原子很小 原子核更小 通常原子的半径约为10 10m 例如 氧原子的半径为0 74 10 10m 而原子核的半径仅为原子半径的十万分之一 它的体积只占原子体积的几千亿分之一 1 原子的大小 如果把原子放大成直径10m左右的球体 那么原子核也只有大头针针尖大小 所以原子内部绝大部分是 空 的 核外电子就在这个空间里做高速运动 一 原子的组成 第一节原子结构4 每个质子带一个单位正电荷 中子不带电 每个电子带一个单位负电荷 整个原子是电中性的 当原子得到或失去电子成为离子后 核外电子数不再等于核内质子数 思考 11Na 的原子核外有多少个电子 原子核所带的电荷称为核电荷数 符号为Z 2 原子的电性 一 原子的组成 因此 对原子来说 核电荷数 核内质子数 核外电子数 第一节原子结构5 质子的相对质量为1 007 中子的相对质量为1 008 电子的质量更小 可以忽略不计 质量数 质子数 中子数 就是原子相对质量所接近的整数 3 原子的质量 一 原子的组成 可以认为 原子的质量几乎就是原子核中质子和中子的质量之和 由于质子和中子的相对质量都很接近1 因此将原子核内的质子数和中子数之和称为质量数 符号为A 质量数 A 质子数 Z 中子数 N 深入讨论1 初中化学中已学到 原子相对质量是以1个12C原子质量的1 12作为标准的 这个相对原子质量单位的数值等于 中子的质量为1 6748 10 27kg 因此中子的相对质量为 电子的质量为质子质量的1 1836 可以忽略不计 质子的质量为1 6726 10 27kg 因此质子的相对质量为1 007 知识拓展 质量数 知识拓展 质量数 深入讨论2 原子的质量可近似看成原子核中质子和中子的质量之和 由于质子和中子的相对质量都约等于1 所以原子的相对质量近似等于原子的质子数和中子数之和 此数值因此被称为质量数 例如 35Cl的质量数等于35 其相对原子质量为34 969 37Cl的质量数等于37 其相对原子质量为36 966 第一节原子结构6 讨论和练习 N A Z 质量数 核内质子数 元素符号 第一节原子结构7 答 该氯原子的质量数为35 质子数为17 中子数为18 2 填空 讨论和练习 已经知道 电子是带负电荷的质量很小的微粒 在原子核外的很小的空间做高速运动 在含有多个电子的原子里 电子的能量并不相同 能量低的电子在离核近的区域运动 能量高的电子在离核远的区域运动 因此把这些 区域 叫做电子层 第一节原子结构8 二 核外电子的排布规律 1 电子层 在原子核外有能量互不相同的多个电子层 其能量由内到外依次增高 第一节原子结构9 电子在排布时 一般总是尽先排布在能量最低的电子层里 并遵循以下规律 二 核外电子的排布规律 2 核外电子的排布规律 n 1 即K层 最多容纳的电子数为2 12 共2个 n 2 即L层 最多容纳的电子数为2 22 共8个 n 3 即M层 最多容纳的电子数为2 32 共18个 1 各电子层最多容纳的电子数是2n2个 n为电子层数 2 最外层电子数不超过8个 K层为最外层时不超过2个 3 次外层电子数不超过18个 倒数第三层电子数不超过32个 画出8O 11Na和17Cl核外电子排布的示意图 二 核外电子的排布规律 3 核外电子的排布 8O 11Na 17Cl 第一节原子结构10 3 核外电子的排布 第一节原子结构11 部分元素的核外电子排布情况 讨论 从3Li 10Ne再从11Na 18Ar 它们的电子排布有何规律 从锂到氖 它们的电子层都是2层 最外层电子数从1逐渐增加 最后达到8电子稳定结构 再从钠到氩 它们的电子层都是3层 最外层电子数从1逐渐增加 最后达到8电子稳定结构 最外层达到8电子时 K层最外层时为2个电子 称为稳定结构 第一节原子结构12 元素是具有相同核电荷数 即质子数 的一类原子的总称 也就是说 同种元素原子核中的质子数是相同的 质子数相同 而中子数不同的同种元素的不同原子 叫做该元素的同位素 第一节原子结构13 三 同位素 1 元素和同位素 第一节原子结构14 碳也有三种同位素 而氯只有两种 最多的锡有十种同位素 三 同位素 2 元素的平均相对原子质量 自然界中 元素的各种同位素所占的原子百分含量一般是不变的 平时所说的元素的相对原子质量实际上是各种天然同位素的相对原子质量的平均值 碳的三种同位素 氯的二种同位素 第一节原子结构15 三 同位素 2 元素的平均相对原子质量 答 氯的平均相对原子质量等于35 453 35 453 计算氯的平均相对原子质量 已知氯有两种天然同位素 它们的相对原子质量和原子百分含量的数据如下 相对原子质量36 966 原子百分含量为24 23 相对原子质量34 969 原子百分含量为75 77 第一节原子结构16 同一元素的同位素之间化学性质几乎完全相同 但物理性质有差异 例如 氢的三种同位素中2H和3H被用于制造氢弹 3 同位素的性质 碳的三种同位素中因为14C能够自发地放出肉眼看不见 但可以被仪器测定的射线 在考古学上被用于测定动植物遗骸 化石的形成年代 方法及原理示意如下 同位素可分为稳定同位素和放射性同位素 有些同位素能够自发地放出肉眼看不出的射线来 这样的同位素叫做放射性同位素 这种放出射线的性质叫放射性 放射性同位素放出的射线包括 和 射线 这些射线可以通过仪器来测知它的存在 射线的穿透力很强 可以使密封的照相底片感光 放射性同位素的用途1 知识拓展 稳定同位素和放射性同位素 放射性同位素的用途2 放射性同位素的用途 放射性同位素具有的性质 被广泛用于工业 农业 医疗 科研和国防等各个领域 例如 如果用一种元素的放射性同位素来代替某一化合物中的该元素 虽然不会改变这种化合物的化学性质 但这种化合物就有放射性了 利用对放射性的观察 便可以知道这种元素的变化情况 用于这方面的放射性同位素叫做同位素示踪原子 知识拓展 稳定同位素和放射性同位素 放射性同位素的用途3 放射性同位素放出的射线具有穿透物体的本领 因此被用来检查金属构件或制品的内部缺陷 医学上利用放射性同位素诊断和治疗某些疾病 例如 用131I被甲状腺吸收的量来确定甲状腺的功能 用60Co的射线能杀死癌细胞来治疗肺癌等 近年来 我国利用核能的研究也有很大进展 建设了大亚湾 秦山等多座核电站 但和先进国家相比 规模和技术都有差距 放射性同位素的用途 知识拓展 稳定同位素和放射性同位素 放射性同位素的用途4 放射性同位素在地质学 考古学上也有用处 例如 为了测定花岗岩的形成年代 如果岩石中存在238U原子 就可以按如下原理测定 通过测定238U及其衰变产物206Pb的含量 即可确定岩石形成的年代 知识拓展 稳定同位素和放射性同位素 第二节元素周期律1 了解原子序数了解元素周期律的意义了解元素周期表的结构理解元素性质的递变规律初步学会判断和比较元素及其化合物的主要化学性质了解元素周期表的产生过程 第二节元素周期律元素周期表 学习目标 核外电子的排布 特别是最外层电子的排布 对研究元素的化学性质有着重要意义 下面将探讨元素的原子结构与元素性质的内在联系和规律 为了研究方便 人们把元素按照核电荷数由小到大的顺序给元素编号 这个序号称为元素的原子序数 第二节元素周期律2 第二节元素周期律元素周期表 一 元素周期律 第二节元素周期律3 这是3 10号元素的核外电子排布 一 元素周期律 1 核外电子排布的周期性变化 第二节元素周期律4 这是11 18号元素的核外电子排布 一 元素周期律 1 核外电子排布的周期性变化 第二节元素周期律5 特点随着原子序数的递增 元素原子的最外层电子排布呈周期性变化 从3 10号元素 最外层电子数从1个递增到8电子稳定结构 电子层数均为2层 然后从11 18号元素 最外层电子数再从1个递增到8电子稳定结构 但电子层数增为3层 一 元素周期律 1 核外电子排布的周期性变化 第二节元素周期律6 一 元素周期律 2 元素原子半径的周期性变化 从Li到F的原子半径逐渐变小 从Na到Cl的原子半径逐渐变小 第二节元素周期律7 特点 随着原子序数的递增 元素的原子半径也呈现周期性变化 一 元素周期律 2 元素原子半径的周期性变化 第二节元素周期律8 一 元素周期律 3 元素最高正化合价和负化合价的周期性变化 0 第二节元素周期律9 一 元素周期律 3 元素最高正化合价和负化合价的周期性变化 稀有气体化学性质稳定 化合价为零 0 第二节元素周期律10 观察3 18号元素的元素最高正化合价和负化合价 可以看出 随着原子序数的递增 元素最高正化合价和负化合价呈周期性变化 元素趋向于达到8电子稳定结构 氦为2电子稳定结构 一 元素周期律 3 元素最高正化合价和负化合价的周期性变化 第二节元素周期律11 元素的性质随着原子序数的递增呈现出周期性的变化 这个规律叫元素周期律 一 元素周期律 根据元素周期律 把已发现的112种元素 按电子层相同的由左到右排成同一横行 把不同横行中最外层电子数相同的由上到下排成纵行 这样得到一个表格 叫元素周期表 第二节元素周期表12 第二节元素周期律元素周期表 二 元素周期表 第二节元素周期表13 二 元素周期表 1 周期表的结构 1 周期 第一节元素周期表14 1 周期表的结构 二 元素周期表 元素周期表中最后的两个横行分别包括镧系 57 71 和锕系 89 103 是第6和第7周期的一部分 第一节元素周期表15 1 周期 1 周期表的结构 2 族 第一节元素周期表16 第二节元素周期表17 元素周期表共有18个纵行 其中铁 钴 镍三个纵行合并为第 族 其余每个纵行为一个族 因此共有16个族 主族的符号为 A 副族的符号为 B 1 周期表的结构 2 族 第二节元素周期表18 由短周期元素和长周期元素共同构成的族叫主族 零族元素具有8电子稳定结构 氦的K层为2个电子稳定结构 主族元素的族序数和核外电子排布的关系 1 周期表的结构 主族元素族序数 最外层电子数 2 族 第二节元素周期表19 元素周期表的7个主族 用 A 表示 分别从 A A 它们都有简称 1 周期表的结构 2 族 第二节元素周期表20 1 周期表的结构 归纳 第二节元素周期表21 练习 判断12Mg 18Ar元素在周期表中的位置 答 12Mg的位置是第3周期 A 18Ar的位置是第3周期0族 金属性是指金属原子失去电子形成阳离子的性质 第二节元素周期表22 2 元素的性质和原子结构的关系 二 元素周期表 钠容易失去1个电子 形成钠离子 因此钠是活泼金属 1 原子结构与元素的金属性和非金属性的关系 非金属性是指元素的原子获得电子形成阴离子的性质 第二节元素周期表23 2 元素的性质和原子结构的关系 氯容易得到1个电子 形成氯离子 所以氯是活泼非金属 1 原子结构与元素的金属性和非金属性的关系 第二节元素周期表24 同周期元素单质的性质和结构的关系如何 第3周期元素的性质和结构关系列表如下 2 元素的性质和原子结构的关系 1 原子结构与元素的金属性和非金属性的关系 第二节元素周期表25 酸性HClO4 H2SO4 H3PO4 H2SiO3 元素的金属性越强 其最高价氧化物对应的水化物的碱性越强 碱性NaOH Mg OH 2 Al OH 3 元素的非金属性越强 其最高价氧化物对应的水化物的酸性越强 金属性Na Mg Al 非金属性Cl S P Si 同周期元素从左向右 金属性逐渐减弱 非金属性逐渐增强 2 元素的性质和原子结构的关系 1 原子结构与元素的金属性和非金属性的关系 第二节元素周期表26 因为同周期元素的电子层数相同 从左向右最外层电子数目逐渐增加 越来越接近稳定结构 原子核对核外电子的吸引逐渐增强 因此从左向右失电子能力逐渐减弱 得电子能力逐渐增强 金属性逐渐减弱 非金属性逐渐增强 同周期元素从左向右 为什么金属性逐渐减弱 非金属性逐渐增强 2 元素的性质和原子结构的关系 1 原子结构与元素的金属性和非金属性的关系 第二节元素周期表27 钠和钾都是 A元素 它们的性质和结构关系列表如下 同主族元素的性质和结构的关系如何 2 元素的性质和原子结构的关系 很活泼金属 比钠更活泼 KOH碱性更强 NaOH强碱 1 原子结构与元素的金属性和非金属性的关系 第二节元素周期表28 由于钠和钾的最外层都只有1个电子 因此都易失去1个电子 相比而言 钾有4个电子层 最外层的电子更易失去 金属性更活泼 2 元素的性质和原子结构的关系 1 原子结构与元素的金属性和非金属性的关系 第二节元素周期表29 氮和磷都是 A元素 它们的性质和结构关系列表如下 同主族元素的性质和结构的关系如何 2 元素的性质和原子结构的关系 1 原子结构与元素的金属性和非金属性的关系 第二节元素周期表30 由于氮和磷的最外层都有5个电子 因此都能得到3个电子 形成稳定结构 相比而言 氮只有2个电子层 最外层的电子离核较近 受核引力更大 因此更易得到电子 非金属性更活泼 同主族元素从上向下 金属性逐渐增强 非金属性逐渐减弱 其最高正价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强 酸性逐渐减弱 2 元素的性质和原子结构的关系 1 原子结构与元素的金属性和非金属性的关系 第二节元素周期表31 同主族元素的最外层电子数目相同 电子层数从上向下逐渐增加 原子半径越来越大 核对最外层电子的吸引逐渐减弱 因此从上向下失电子能力逐渐增强 得电子能力逐渐减弱 金属性逐渐增强 非金属性逐渐减弱 同主族元素从上向下 为什么金属性逐渐增强 非金属性逐渐减弱 2 元素的性质和原子结构的关系 1 原子结构与元素的金属性和非金属性的关系 第二节元素周期表32 元素的原子趋向于得到还是失去电子 主要考虑两方面因素 最外层电子数和电子层数 元素可以分别通过得到和失去电子两种途径 达到稳定结构 2 元素的性质和原子结构的关系 1 原子结构与元素的金属性和非金属性的关系 同周期元素 从左向右金属性逐渐减弱 非金属性逐渐增强 其最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐减弱 酸性逐渐增强 同主族元素 从上向下金属性逐渐增强 非金属性逐渐减弱 其最高价氧化物对应水化物的碱性逐渐增强 酸性逐渐减弱 第二节元素周期表33 2 元素的性质和原子结构的关系 1 原子结构与元素的金属性和非金属性的关系 第二节元素周期表34 1 原子结构与元素的金属性和非金属性的关系 元素的化合价与原子的电子层结构关系密切 主族元素的电子得失只发生在最外层 因此主族元素原子的最外层电子叫做价电子 主族元素的价电子全部失去后所表现出的化合价称为最高正价 第二节元素周期表35 2 元素的性质和原子结构的关系 2 原子结构与化合价的关系 第二节元素周期表36 写出11Na和17Cl的电子排布式 判断其周期表中位置 指出其金属性或非金属性强弱 练习 是第3周期 A族 易得到1个电子 是活泼非金属 是第3周期 A族 易失去1个电子 是活泼金属 第二节元素周期表37 元素周期表的意义1 在前人工作的基础上 门捷列夫通过顽强的努力和探索 于1869年发现了元素周期律并完成了第一张元素周期表 知识拓展 元素周期表的意义 元素周期表的意义2 例如 1875年法国化学家布瓦博德朗在分析比里牛斯山的闪锌矿时发现一种新元素 镓 并把测得的主要性质公布了 不久他收到了门捷列夫的来信 信中指出镓的密度不应该是4 7g cm3 而是5 9 6 0g cm3 当时布瓦博德朗很疑惑 他是唯一手里掌握金属镓的人 门捷列夫是怎样知道它的密度的呢 经过重新测定 镓的密度确实为5 9g cm3 事实证明门捷列夫这一理论的巨大意义 根据元素周期律 门捷列夫还预言了一些元素 他的预言与尔后实践的结果取得了惊人的一致 Ga 知识拓展 元素周期表的意义 元素周期表的意义3 从此新元素的寻找 新物质 新材料的探索有了一条可遵循的规律 元素周期律作为描述元素及其性质的基本理论 有力地促进了现代化学和物理学的发展 事实证明门捷列夫发现的元素周期律是自然界的一条客观规律 它揭示了物质世界的一个秘密 即这些似乎互不相关的元素间存在相互依存的关系 它变成了一个完整的自然体系 知识拓展 元素周期表的意义 元素周期表的意义4 元素周期表在生产和科学研究方面有着广泛的应用 寻找新材料 例如 判断元素的一般性质 知识拓展 元素周期表的意义 元素周期表的意义5 元素周期表能反映元素性质的递变规律 根据元素在周期表中的位置 可以判断它的一般性质 判断元素的一般性质 研究发现 周期表某一区域的元素常有相似的性质和类似的用途 这一特点指导人们寻找新物质 新材料 新用途 寻找新材料 例如 半导体材料在介于金属和非金属元素之间产生 硅是有导电能力的非金属 是最重要的半导体材料 指导超导材料的寻找 知识拓展 元素周期表的意义 元素周期表的意义6 超导体 在极低温度下几乎没有电阻的材料 早在1911年就被人们认识到了 自20世纪80年代以来 陶瓷领域里的进步导致了新的 高温超导体的出现 这种超导体可以在大约 140 的温度下运转 因此可用于超快速计算机电路和高速磁悬浮列车等多种用途 知识拓展 元素周期表的意义 元素周期表的意义7 目前到112号元素的合成已被公认 但是新元素的半衰期越来越短 合成难度越来越大 科学家预测 有些质量数的同位素可能有较大的稳定性 元素周期表还将发展 最后有可能达到175号 第三节化学键1 1 了解化学键的概念2 正确判断离子键和共价键3 学会用电子式表达离子化合物和共价化合物 第三节化学键 学习目标 第三节化学键2 人们已发现和合成了近两千万种物质 为什么仅仅一百多种元素的原子能够形成这么多形形色色的物质 原子与原子之间是怎样形成这些物质的 本节将在原子结构和元素周期律的基础上进一步学习化学键的初步知识 分子中相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用称为化学键 本节主要介绍离子键和共价键 第三节化学键 第三节化学键3 生活中 氯化钠是最常见的离子化合物 氯原子和钠原子是如何形成氯化钠的 在氯化钠晶体中 Na 和Cl 间又是通过什么作用力结合的 已经知道 钠在氯气中燃烧生成氯化钠 1 离子键的形成 一 离子键 第三节化学键 第三节化学键4 1 离子键的形成 一 离子键 第三节化学键5 在氯化钠中 Na 和Cl 间存在哪些力 阴阳离子通过静电引力相互吸引 接近到某一定距离时 电子与电子 原子核与原子核间的相互排斥作用和静电引力达到平衡 阴阳离子间形成稳定的化学键 像NaCl那样 阴阳离子间通过静电作用所形成的化学键叫做离子键 含有离子键的化合物就是离子化合物 1 离子键的形成 一 离子键 第三节化学键6 哪些物质中存在离子键 活泼的金属元素和活泼的非金属元素的原子之间能形成典型的离子键 例如 NaCl K2O CaCl2等 离子键可以在原子与原子之间形成 也可以在原子与基团或基团与基团之间形成 例如 NaOH等 1 离子键的形成 一 离子键 第三节化学键7 原子的电子式 用电子式可以直观地表示出原子之间是怎样结合的 例如 氯化钠形成过程的电子式可以表示为 2 用电子式表示离子化合物的形成过程 一 离子键 第三节化学键8 用电子式表示Na2O的形成过程 注意电子式中箭号左方相同的粒子可以合并 箭号右方相同的粒子不可以合并 例如 Na2O的形成过程也可以表示为 2 用电子式表示离子化合物的形成过程 一 离子键 第三节化学键9 在氯化钠晶体中 钠离子与氯离子通过离子键相结合 每个钠离子与和它紧邻的6个氯离子相连 每个氯离子与和它紧邻的6个钠离子相连 因此在氯化钠晶体中实际上没有氯化钠分子 NaCl只是代表氯化钠晶体中钠离子的个数和氯离子的个数之比为1 1 一 离子键 第三节化学键共价键1 前面讲到 在活泼金属和活泼非金属之间 可以通过电子的得失形成离子键 但是 在H2和HCl分子中 原子之间是不可能形成离子键的 因此在这两个分子中 存在另一类型的化学键 共价键 二 共价键 第三节化学键 第三节化学键共价键2 氢分子中的两个氢原子形成了共价键 原子间通过共用电子对所形成的化学键 叫做共价键 二 共价键 1 共价键的形成 两个氢原子各提供1个电子 组成1对电子对 供两个原子公用 这对电子叫共用电子对 第三节化学键共价键3 氯化氢和氧气分子中的化学键都是共价键 形成过程如下 化学上常用一根横线表示一对共用电子对 这种式子称为结构式 氯化氢和氧气的结构式为 二 共价键 2 用电子式表示共价化合物的形成过程 H Cl O O O O 第三节化学键共价键4 H2O的电子式 CO2的电子式 NH3的电子式 N2的电子式 共价键根据共用电子对的多少分为单键 双键和叁键 单键 二 共价键 2 用电子式表示共价化合物的形成过程 双键 叁键 第三节化学键共价键5 在氢分子中 共价键是在两个相同原子间形成的 同种原子吸引电子的能力相同 共用电子对不偏向任何一方 这种共价键称为非极性共价键 H2 Cl2 O2 N2等双原子单质分子中的共价键都是非极性键 共价键分为非极性共价键和极性共价键 二 共价键 3 共价键的分类 1 非极性共价键 第三节化学键共价键6 在氯化氢分子中 共价键是在两个不相同原子间形成的 不同种原子吸引电子的能力不相同 共用电子对偏向吸引电子能力较强的一方 这种共价键称为极性共价键 HCl H2O CO2 NH3 CH4等化合物分子中的共价键都是极性键 在极性键中 共用电子对发生偏移 得电子能力较强的原子带部分负电荷 得电子能力较弱的原子带部分正电荷 二 共价键 3 共价键的分类 HCl 2 极性共价键 第三节化学键共价键7 有些离子化合物中 也可以同时存在共价键和离子键 例如 氢氧化钠中同时存在共价键和离子键