原子结构和元素周期律

1、原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 1 3.1微观粒子的运动规律 3.2原子的量子力学模型 3.3原子核外电子排布和元素周期系 3.4元素基本性质的周期性 p47页页 3.0 氢原子光谱和玻尔理论 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 2 3.0 氢原子光谱和玻尔理论 p47-49页页 氢原子光谱氢原子光谱 什么是什么是 线状光谱？线状光谱？ 当气体或蒸气用火焰、电弧等方法灼热时，发出由当气体或蒸气用火焰、电弧等方法灼热时，发出由 不同波长组成的光，通过棱镜分光后，得到不同波不同波长组成的光，通过棱镜分光后，得到不同波 长的谱线称为线状光谱，又称原子光谱。不同元素长的谱线称为线状光谱

2、，又称原子光谱。不同元素 的原子光谱图不同。的原子光谱图不同。 n=3 n=4n=5 氢原子光谱图 3.0.1 氢原子光谱氢原子光谱 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 3 （1） 谱图为不连续谱图为不连续 的线状光谱的线状光谱 （2） 从长波到短波，谱线从长波到短波，谱线 的距离越来越小的距离越来越小 谱线的频率符合谱线的频率符合 下列公式：下列公式： v = 3.2891015 11 22n2 n= 3, 4, 5 n3时，对应于谱线时，对应于谱线 H ：v4.5681014(s-1) = = = 6.56310-7(m)656.3 nm C光速 光速 v 2.998108 4.56

3、81014 n4,5,.分别对应于谱线分别对应于谱线 H ，H ，. 可见光区的谱线称为巴尔麦系光谱可见光区的谱线称为巴尔麦系光谱. 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 4 R 等于等于3.2891015 s-1，称，称“里德堡常数里德堡常数”。 n1时，称为拉曼系光谱（紫外光区）时，称为拉曼系光谱（紫外光区） n1时，称为巴尔麦系光谱（可见光区）时，称为巴尔麦系光谱（可见光区） n1时，称为帕邢系光谱（红外光区）时，称为帕邢系光谱（红外光区） v vR - - (n2n1，且为整数，且为整数) 11 n12n22 n 的物理意义是表示电子的不同能级的物理意义是表示电子的不同能级。n1

4、=2，n2 = 3，4，5，表 示电子从较高能级跳回到第二能级从较高能级跳回到第二能级时，释放出来的能量相应于各个 谱线的波长。 p49页页 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 5 量子化物理量子化物理 量和量子：量和量子： 表征微观粒子某些物理量只能不连续地变化，即表征微观粒子某些物理量只能不连续地变化，即 其数值只能是某一最小单位的整倍数，称这些物其数值只能是某一最小单位的整倍数，称这些物 理量为理量为“量子化量子化”的物理量。的物理量。 例如，光是量子化的，光的量子称为光子，光的能量也必是量子例如，光是量子化的，光的量子称为光子，光的能量也必是量子 化的化的, ,一个光子的能量是一

5、个光子的能量是： hv = h 称为普朗克常数，等于称为普朗克常数，等于6.625610-34Js hc 所以：光量子的能量与光的波长成反比，波长越短，能量越大。所以：光量子的能量与光的波长成反比，波长越短，能量越大。 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 6 核外电子运动取一定的轨道。在此轨道上运核外电子运动取一定的轨道。在此轨道上运 动的电子不放出能量也不吸收能量。动的电子不放出能量也不吸收能量。 根据这一假设，可以解释根据这一假设，可以解释 氢原子稳定存在的问题。氢原子稳定存在的问题。 在一定轨道上运动的电子有一定的能量，计算时只能取某些由量子在一定轨道上运动的电子有一定的能量，计算

6、时只能取某些由量子 化条件决定的正整数。化条件决定的正整数。p51公式公式. 电子的基态和电子的基态和 激发态：激发态： 电子运动的轨道离核越近，电子的能量越低。电子处于最电子运动的轨道离核越近，电子的能量越低。电子处于最 低能量时的状态称为基态。基态电子吸收能量而跃迁到较低能量时的状态称为基态。基态电子吸收能量而跃迁到较 高能级上时的状态称为激发态。高能级上时的状态称为激发态。 氢原子核外电氢原子核外电 子的能量公式：子的能量公式： p53页页 E = eV 或：或： 13.6 n2 （1eV = 1.60210-19 J） E = J 2.179 10-18 n2 当n1 时，就是基态电子

7、 能量。n 1 时的能量就是 激发态电子能量。 页页 电子在激发态轨道上不稳定，跃迁回较低能级轨道时，放出一定波电子在激发态轨道上不稳定，跃迁回较低能级轨道时，放出一定波 长的光。长的光。 p51公式公式. 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 7 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 8 电子在不同激发态轨道上跃迁回较低能级轨道时，电子在不同激发态轨道上跃迁回较低能级轨道时， 放出一定波长的能量，从而产生放出一定波长的能量，从而产生吸收光谱吸收光谱。 其能量为：其能量为： - 因为：因为：= E2 E1 = hv v = E2 E1 h ; E = J 2.179 10-18 n2

8、v = 2.179 10-18 hn12n22 11 = 3.2891015 s-1 2.179 10-18 h 与前面与前面“里德堡常数里德堡常数”比较比较: R = 3.2891015 s-1 (实验值实验值) (计算值计算值) 玻尔氢原子结构理论成功地解释了氢原子光谱的规律性，但是用于解释多玻尔氢原子结构理论成功地解释了氢原子光谱的规律性，但是用于解释多 电子原子光谱或磁场内的光谱却遇到了困难，其电子原子光谱或磁场内的光谱却遇到了困难，其主要原因是主要原因是没有完全冲破没有完全冲破 经典物理的束缚，后来，微观粒子二象性的发现，导致了现代原子结构理经典物理的束缚，后来，微观粒子二象性的发现

9、，导致了现代原子结构理 论的产生。论的产生。 该公式计算结果与里德堡常该公式计算结果与里德堡常 数非常吻合，从而解释了氢数非常吻合，从而解释了氢 光谱的规律性。光谱的规律性。 所以：所以： 二者的一致性二者的一致性 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 9 l 3.1.1光的波粒二象性 l 3.1.2微观粒子的波粒二象性 l 3.1.3测不准原理 p56-58 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 10 l爱因斯坦通过普朗克常数爱因斯坦通过普朗克常数(h)把光的波粒二象性把光的波粒二象性 统一起来，揭示光的本质：统一起来，揭示光的本质： 能量能量 动量动量 频率频率 波长波长 P =

10、h/ E = hv 粒子性粒子性波动性波动性 p56页页 既有粒子性，又具有波动性的性质。既有粒子性，又具有波动性的性质。 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 11 1927年，戴维森和革尔麦进行的电子衍射实验， 证实了德布罗意的预言- 假如光具有二象性，那么微观粒子在某些情况下，假如光具有二象性，那么微观粒子在某些情况下， 也能表现波动性。即微观粒子也具有二象性。也能表现波动性。即微观粒子也具有二象性。 = = h mv h p 粒子运动波长 m 粒子质量 v 粒子运动速度 p动量 h 6.62610-34 Js 例：例： 一个电子的质量为一个电子的质量为9.1110-31 kg，运动

11、速，运动速 度为度为106 ms-1，则电子运动的波长为：，则电子运动的波长为： = = = 0.72810-9 (m) = 728 pm h mv 6.62610-34 9.1110-31 106 页页 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 12 1927年，微观粒子波粒二象性的实验证明年，微观粒子波粒二象性的实验证明： l当电子通过晶体时，在屏幕上产生明暗交替的衍射环。这说明电当电子通过晶体时，在屏幕上产生明暗交替的衍射环。这说明电 子射线同子射线同X射线一样有衍射现象，证明了德布罗意假设的正确性，射线一样有衍射现象，证明了德布罗意假设的正确性， 亦证明了电子具有波动性。亦证明了电子具

12、有波动性。 p57页页 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 13 德国物理学家德国物理学家提出的测不准原理是波粒二象性的重要提出的测不准原理是波粒二象性的重要 结论之一，其数学表达式为：结论之一，其数学表达式为： 页页 h 谱朗克常数，谱朗克常数，6.62610-34 Js x 表示微粒表示微粒沿沿x方向方向的位置坐标的测不准量。的位置坐标的测不准量。 p 表示微粒表示微粒沿沿x方向方向的动量测不准量。的动量测不准量。 此式表明，要同时测准一个微观此式表明，要同时测准一个微观 粒子的位置和动量是不可能的粒子的位置和动量是不可能的 x p h/2 l 因此，微观粒子的运动使用统计规律描述，

13、因此，微观粒子的运动使用统计规律描述， 即即概率描述概率描述。 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 14 例如：例如：原子中电子的运动范围为原子中电子的运动范围为10-10 m, 确定电子位置的测不准确定电子位置的测不准 量量x 合理值为合理值为10-11 m，电子的质量为，电子的质量为9.1110-31 kg，则可求出，则可求出 电子运动速度的测不准值。电子运动速度的测不准值。 解：解：px = = vxm vx = = 1.16107 ms-1 h xm 2 6.63 10-34 10-119.11 10-31 6.28 vx已经大于电子的运动速度已经大于电子的运动速度 (106 m

14、s-1)， 显然，电子的速度是不能确定的。也就是显然，电子的速度是不能确定的。也就是 说，描述微观粒子的运动，说，描述微观粒子的运动，不能用经典力不能用经典力 学的运动轨道概念。学的运动轨道概念。 根据根据 x p h/2 ，则有：，则有： 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 15 l 3.2.1波函数和原子轨道波函数和原子轨道 l 3.2.2电子云和几率密度电子云和几率密度 l 3.2.3原子轨道及电子云的角度分布图原子轨道及电子云的角度分布图 l 3.2.4四个量子数四个量子数 p59-80页页 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 16 (描述微观粒子运动的波动方程描述微观粒子

15、运动的波动方程) 0)VE( h m8 z y x 2 2 2 2 2 2 2 2 o x y z x, y, z 三维空间坐标三维空间坐标 m电子质量电子质量 h普朗克常数普朗克常数 E电子总能量电子总能量 V电子在原子中的潜能电子在原子中的潜能 ？ 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 17 是描述电子运动的波函数，也称为原子轨道、是描述电子运动的波函数，也称为原子轨道、 原子轨迹或原子函原子轨迹或原子函 可以描述原子核外电子运动状态可以描述原子核外电子运动状态 2 2 x 2 2 y 2 2 z 对x的二阶偏导数 对y的二阶偏导数 对z的二阶偏导数 原子结构和元素周期律原子结构和元素

16、周期律 18 没有物理意义，复数表达式为：没有物理意义，复数表达式为： =a+bi l| |2就是几率密度，即单位体积中的几率就是几率密度，即单位体积中的几率 l电子云是电子云是| |2的具体图像的具体图像 1s电子云电子云| |2 r图图 （覆盖（覆盖95%几率）几率）s电子云的界面图电子云的界面图 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 19 l 通过薛定谔方程求解而得通过薛定谔方程求解而得 l 在球极坐标系中求解：在球极坐标系中求解： (x,y,z) (r, , ) O x y z P(r, , ) P 0 r 0 纬度纬度 0 2经度经度 x = r sin cos y = r si

17、n sin z = r cos 222 zyxr p61页图页图 页页 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 20 l变量分离：变量分离：(r, , )R(r) Y( , ) lR(r)：径向函数：径向函数 lY( , )：角度函数：角度函数 Y2Pz = cos Y2Pz2 = ( ( cos ) )2 4 3 4 3 pz轨道角度分布示意图轨道角度分布示意图 页页 2pz轨道角度分 布，有正负 2pz电子云角度 分布，无正负 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 21 1.总能量总能量 2.波函数波函数 J10179.2 J 10179.2 18 1 2 18 s E n E ()

18、 0 / 3 0 1 , ar e a r ()( ) (), YrRr 角度部分：角度部分： () 4 1 , Y ( ) 0 / 3 0 1 ar e a rR 2径向部分：径向部分： P68P68-69-69页页 页页 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 22 ( ) 1 2 0 / 3 0 ar e a rR 径向分布： r ( ) 3 0 1 20 a R0r pm9 .52 0 a ( )0R 1s轨道轨道 页页 ?Bohr半径 径向函数径向函数 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 23 问题：问题：1s 轨道的几率径向分布图中最大几率的球面半径为轨道的几率径向分布图中

19、最大几率的球面半径为52.9 pm, 刚好是玻刚好是玻 尔原子半径。从电子云图上知道，在圆心附近电子出现的几率密度最大，而几尔原子半径。从电子云图上知道，在圆心附近电子出现的几率密度最大，而几 率径向分布图在率径向分布图在r = 0 附近时几率很小，为什么？附近时几率很小，为什么？ a0 = 52.9 pm 答案：答案：这是因为尽管圆心附近几率密度这是因为尽管圆心附近几率密度| |2大，但由于大，但由于 r 很小，电子出现的几很小，电子出现的几 率并不大；随率并不大；随 r 的增大，的增大，dr 壳层体积增大，电子出现的几率越来越大，在玻尔壳层体积增大，电子出现的几率越来越大，在玻尔 半径处最

20、大。以后随半径的增大，由于几率密度减小因素占主要，电子出现的半径处最大。以后随半径的增大，由于几率密度减小因素占主要，电子出现的 几率随半径的增大而减小。几率随半径的增大而减小。 ( 分析公式： D(r) = 4 r2 | |2 ) 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 24 () 4 1 ,Y (), 1 r s 是一种球形对称分布是一种球形对称分布 角度分布： x z y 1 S 轨道角度分布示意图轨道角度分布示意图 1s轨道轨道 + 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 25 s 原子轨道原子轨道角度分布图角度分布图s 电子云电子云的角度分布图的角度分布图 页页 原子结构和元素周

21、期律原子结构和元素周期律 26 p原子轨道的角度分布图原子轨道的角度分布图 p电子云的角度分布图电子云的角度分布图 页页 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 27 d原子轨道的角度分布图原子轨道的角度分布图 页页 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 28 d电子云的角度分布图电子云的角度分布图 页页 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 29 l红色部分表示红色部分表示 + ，金色部分表示，金色部分表示 l图象只代表波函数图象只代表波函数(或电子云或电子云)的角度部分，不代表全波函数的角度部分，不代表全波函数 l = R(r) Y( , ) l原子轨道的角度分布图与电子云的角度

22、分布图的区别：原子轨道的角度分布图与电子云的角度分布图的区别： 电子云的角度分布图比原子轨道的角度分布图瘦些，因为电子云的角度分布图比原子轨道的角度分布图瘦些，因为Y1，所以，所以 Y2 2Y 原子轨道角度部分的正负号代表原子轨道角度部分的正负号代表 Y 值的正负，不代表电荷值的正负，不代表电荷 l径向函数径向函数R(r)、角度函数、角度函数Y( , ) 分别受量子数分别受量子数n、l 和和l、m 限定限定 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 30 l 3.2.4.1主量子数：主量子数：n l 3.2.4.2角量子数：角量子数： l l 3.2.4.3磁量子数：磁量子数： m l 3.2

23、.4.4自旋量子数：自旋量子数： ms 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 31 l物理意义物理意义: 主量子数表示电子离核远近和轨道能量的高低主量子数表示电子离核远近和轨道能量的高低 n 值越小，电子离核越近，能量越低值越小，电子离核越近，能量越低 n 值越大，电子离核越远，能量越高值越大，电子离核越远，能量越高 l取值范围取值范围: 正整数正整数 (n=1, 2, 3, ,) 主量子数主量子数n1234567 电子层电子层一一二二三三四四五五六六七七 符号符号KLMNOPQ 主量子数与电子层的对应关系主量子数与电子层的对应关系 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 32 l氢原子

24、氢原子(类氢原子类氢原子)核外电子能量值决定于主量子数核外电子能量值决定于主量子数 J n En 2 18 10179. 2 En= eV 13.6 n2 或：或： 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 33 l物理意义物理意义: 表示原子轨道或电子云的形状；表示原子轨道或电子云的形状； 表示同电子层中具有不同状态的亚层；表示同电子层中具有不同状态的亚层； 多电子原子中电子的能量决定于主量子数多电子原子中电子的能量决定于主量子数 n 和角量子数和角量子数 l。 l取值范围取值范围: l = 0, 1, 2, 3 , n-1 l取值数目取值数目 = n 值值 原子结构和元素周期律原子结构和元

25、素周期律 34 角量子数角量子数 01234 亚层符号亚层符号spdfg 轨道形状轨道形状球形球形哑铃型哑铃型花瓣型花瓣型 角量子数与电子亚层、轨道形状的对应关系角量子数与电子亚层、轨道形状的对应关系 主量子数与角量子数的关系主量子数与角量子数的关系 n1234 电子层电子层KLMN l00 10 1 20 1 2 3 亚层亚层1s2s 2p3s 3p 3d4s 4p 4d 4f 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 35 ln 相同，相同，l 越大能量越高越大能量越高 E2sE2p E3sE3pE3d E4sE4pE4d L M N ln 越大，越大， 被屏蔽程度被屏蔽程度 () 越大，

26、越大，Z* 越小，能量越高：越小，能量越高： K L M N ln 相同，相同，l 越大，被屏蔽作用越大，被屏蔽作用 () 越大，能量越高越大，能量越高能能 级分裂：级分裂： EnsEnpEndEnf 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 52 3d 与与 4s轨道的径向分布图轨道的径向分布图 2s,2p轨道的径向分布图轨道的径向分布图 钻穿效应解释能级分裂。钻穿效应解释能级分裂。 n 相同，相同，l 越小，钻穿能力越小，钻穿能力 增强，能量降低。增强，能量降低。 钻穿效应解释能级交错钻穿效应解释能级交错 4s的最大峰虽然比的最大峰虽然比3d离核远，但离核远，但 由于它有三个小峰钻到由于它

27、有三个小峰钻到3d峰内而靠峰内而靠 近核，致使其能量低于近核，致使其能量低于3d，产生了，产生了 能级交错现象能级交错现象 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 53 l 可以比较同一原子中原子轨道能可以比较同一原子中原子轨道能 级的相对高低，还可以比较不同元级的相对高低，还可以比较不同元 素原子轨道的能级相对高低。素原子轨道的能级相对高低。 l n相同的氢原子轨道的简并性和过相同的氢原子轨道的简并性和过 渡元素失电子的先后顺序。渡元素失电子的先后顺序。 l 原子轨道的能量随原子序数的增原子轨道的能量随原子序数的增 大而降低。大而降低。 l 随着原子序数的增大，原子轨道随着原子序数的增大，

28、原子轨道 产生能级交错现象。产生能级交错现象。 1 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 54 l 3.3.2.1基态原子核外电子排布三规则基态原子核外电子排布三规则 l 3.3.2.2基态原子的电子排布基态原子的电子排布 l 3.3.2.3基态阳离子排布基态阳离子排布 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 55 l泡利不相容原理泡利不相容原理 在同一原子中，每个轨道上最多只能容纳自旋方向相反的两个在同一原子中，每个轨道上最多只能容纳自旋方向相反的两个 电子电子 l能量最低原理能量最低原理 在满足前一条件下，电子在原子轨道上的排布应使整个原子体在满足前一条件下，电子在原子轨道上的排布应

29、使整个原子体 系能量处于最低系能量处于最低 l洪特规则洪特规则 在等价轨道上，电子将尽可能以自旋平行的方式分占不同轨在等价轨道上，电子将尽可能以自旋平行的方式分占不同轨 道道 等价轨道全等价轨道全(p6,d10,f14)、半充满、半充满(p3,d5,f7)和全空和全空(p0,d0,f0 )，能，能 量最低，原子结构稳定量最低，原子结构稳定 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 56 l多电子原子中电子进入轨道的能级顺序多电子原子中电子进入轨道的能级顺序是： 1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s 5f6d ns (n-1)d (n-2)f 26Fe Ar3d64s

30、2 Ar3d64s0 Ar3d54s0 Ar3d44s2 Ar3d34s2 Fe2+ Fe3+ 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 58 外层电子结构外层电子结构电子构型电子构型 外层外层 电子数电子数 实实 例例 1s22e-2Li+,Be2+ ns2 np68e-8Na+,Mg2+,Al3+,Sc3+,Ti4+ ns2 np6 nd19(917)e-917Cr3+,Mn2+,Fe2+,Fe3+,Cu2+ ns2 np6 nd1018e-18Ag+,Cu+,Zn2+,Cd2+,Hg2+ (n-1)s2 (n-1)p6 (n-1)d10 ns2 (18+2)e-18+2Sn2+,Pb2+

31、,Sb3+,Bi3+ 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 59 l元素周期律元素周期律 元素以及由它形成的单质和化合物的性质，随着元素的元素以及由它形成的单质和化合物的性质，随着元素的 原子序数原子序数(核电荷数核电荷数)的依次递增，呈现周期性的变化的依次递增，呈现周期性的变化 l周期周期 每一能级组对应于一个周期（见下一页表）每一能级组对应于一个周期（见下一页表） 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 60 周期周期 数数 原子原子 序数序数 元素元素 数目数目 最高能级组最高能级组 最大电子最大电子 容量容量 11221s第一能级组第一能级组2 231082s,2p第二能级组第二

32、能级组8 3111883s,3p第三能级组第三能级组8 41936184s,3d,4p第四能级组第四能级组18 53754185s,4d,5p第五能级组第五能级组18 65586326s,4f,5d,6p第六能级组第六能级组32 7 87112 (未完未完) 237s,5f,6d,7p第七能级组第七能级组32 周期数周期数 元素电子层数元素电子层数 能级组中最高主量子数能级组中最高主量子数 元素数目元素数目 相应能级组中原子轨道的最大电子容量相应能级组中原子轨道的最大电子容量 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 61 KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr

33、RbSrYZrNbMoTcRuRbPdAgCdInSnSbTeIXe CsBaLaHaTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRn LiBe NaMg H BCNOFNe AlSiPSClAr He FrRaAcRfDbSgBhHsMt Uu n Uu u Uu b LaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu AcThPaUNpPu A m CmBkCfEsFmMdNoLr 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 62 第一过渡系第一过渡系 第二过渡系第二过渡系 第三过渡系第三过渡系 第四过渡系第四过渡系 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 63 ls 区区

34、 最后一个电子填充在最后一个电子填充在 s 能级上的元素能级上的元素 位于元素周期表左侧，包括位于元素周期表左侧，包括A，A 结构特点：结构特点：ns12 化学性质：易失电子变成阳离子，为活泼金属化学性质：易失电子变成阳离子，为活泼金属 (H除外除外) ld 区区 最后一个电子填充在最后一个电子填充在 d 能级上的元素能级上的元素 位于元素周期表中部，包括位于元素周期表中部，包括BB,B族族 结构特点结构特点： (n-1)d19ns12 特例：特例：Pd: 4d10 化学性质：过渡元素，有多种氧化数化学性质：过渡元素，有多种氧化数(变价变价) 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 64 l

35、ds 区区 最后一个电子填充到最后一个电子填充到 d 能级上且达到能级上且达到 d10 状态的元素状态的元素 位于元素周期表的中部，包括位于元素周期表的中部，包括B,B 结构特点：结构特点：(n-1)d10ns12 化学性质：过渡元素，可失化学性质：过渡元素，可失12电子电子 lf 区区 最后一个电子填充到最后一个电子填充到 f 能级上的元素能级上的元素 位于表的下部，包括镧系元素和锕系元素位于表的下部，包括镧系元素和锕系元素 结构特点：结构特点： (n-2)f014 (n-1)d02ns2 化学性质：内过渡元素化学性质：内过渡元素(因电子填充内层因电子填充内层)，变价，变价 原子结构和元素周

36、期律原子结构和元素周期律 65 l周期表把元素分为周期表把元素分为16族族 -7个个A族，族，1个个0族族(A) -7个个B族，族，1个个族族(B) l主族元素的原子价层电子数主族元素的原子价层电子数 族数族数 (副族不一定副族不一定) 同一族各元素的价电子构型相同，性质相似同一族各元素的价电子构型相同，性质相似 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 66 l 3.4.1原子半径原子半径 l 3.4.2电离能电离能 l 3.4.3电子亲和能电子亲和能 l 3.4.4元素电负性元素电负性 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 67 同种元素的两个原子以共价单键结合时，其核间距离同种元素的

37、两个原子以共价单键结合时，其核间距离 的一半的一半 金属单质的晶体中，相邻两原子的核间距离的一半金属单质的晶体中，相邻两原子的核间距离的一半 当原子间没有形成化学键而只靠分子间的作用力互相当原子间没有形成化学键而只靠分子间的作用力互相 接近时，相邻两原子的核间距离的一半接近时，相邻两原子的核间距离的一半 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 68 r 减小缓慢；减小缓慢；IB, IIB 略有增大。略有增大。 Z*增大不多；增大不多；IB, IIB屏蔽效应大导致屏蔽效应大导致 Z*减小；减小；IVA后后Z*增加。增加。 原子半径原子半径 r 的大小主要决定于：的大小主要决定于： 原子的原子的

38、有效核电荷数有效核电荷数 Z*和电子层数和电子层数 n l同一元素：同一元素： r (负离子负离子) r (原子原子) r (正离子正离子) l同一周期同一周期 v 短周期中：短周期中： v 长周期中：长周期中： r 逐渐减小逐渐减小 Z*增加增加 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 69 l同一族同一族 v 同同A族中：族中： v 同同B族中：族中： 依次增大 依次增大 电子层增加电子层增加 变化不明显变化不明显 特别是特别是第五和第六周期的元素、原子半径非常接近，第五和第六周期的元素、原子半径非常接近， 以致于它们的性质非常相似，在自然界中常常共生在一以致于它们的性质非常相似，在自然

39、界中常常共生在一 起，难以分离。起，难以分离。 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 70 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 71 半径总趋势半径总趋势: : 同周期同周期 左左右右 大大小；小； 同副族同副族 不规律不规律 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 72 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 73 l基态气态原子失去一个电子形成基态气态原子失去一个电子形成+1价气态离子所需要的能量价气态离子所需要的能量 叫该原子的第一电离能；由叫该原子的第一电离能；由+1价气态离子再失去一个电子形价气态离子再失去一个电子形 成成+2价气态离子所需要的能量叫做第二电离能；类似定

40、义第价气态离子所需要的能量叫做第二电离能；类似定义第 三、第四电离能三、第四电离能 电离能用符号电离能用符号 I 表示，单位表示，单位: kJmol-1 或或 ev 通常讲的电离能指的都是第一电离能通常讲的电离能指的都是第一电离能 l电离能电离能 I 的大小反映了原子失去电子的难易的大小反映了原子失去电子的难易 l元素的电离能元素的电离能 I 是元素金属活泼性的一种衡量尺度是元素金属活泼性的一种衡量尺度 元素的金属性是元素的原子失去电子成正离子的性质元素的金属性是元素的原子失去电子成正离子的性质 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 74 lI 主要决定于原子的有效荷电荷数主要决定于原子的

41、有效荷电荷数Z*, 原子半径原子半径 r 和原和原 子的电子层结构子的电子层结构 lI 主要变化规律主要变化规律 同一元素：同一元素： 同一族：同一族： lA族：族： lB族：族： 同一周期：同一周期： I 依次减小，金属性依次增强依次减小，金属性依次增强 Z*增加不多，增加不多，r 依次增大依次增大 I 总趋势增大，金属性减弱，但有起伏总趋势增大，金属性减弱，但有起伏 Z*增大，增大，r 减小，引力增大减小，引力增大 I1 I2 I3 变化没规律变化没规律 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 75 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 76 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律

42、 77 l元素气态原子在基态时得到一个电子形成元素气态原子在基态时得到一个电子形成1价气态离子所放出的能价气态离子所放出的能 量叫该元素的第一电子亲和能；类似定义第二、第三亲和能量叫该元素的第一电子亲和能；类似定义第二、第三亲和能 亲和能用符号亲和能用符号E 表示，单位表示，单位: kJmol-1 不加注明均指第一电子亲和能不加注明均指第一电子亲和能 E = - H （ H 为热效应，吸热为为热效应，吸热为“+”，放热为，放热为“-”） l元素的电子亲和能元素的电子亲和能E增大越易获得增大越易获得e，非金属性增强非金属性增强。 元素非金属性：元素的原子得到电子变成负离子的性质元素非金属性：元素

43、的原子得到电子变成负离子的性质 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 78 l总变化趋势总变化趋势 同一周期：同一周期： 同一族：同一族： E 增大增大 非金属性增强非金属性增强 非金属性减弱非金属性减弱 减小 减小 N O F E小小 P S Cl E大大 E ： 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 79 l电负性：原子在分子中吸引成键电子的能力。电负性：原子在分子中吸引成键电子的能力。 电负性的数据计算方法不同，数值不同；但在电负性系列电负性的数据计算方法不同，数值不同；但在电负性系列 中元素的相对位置大致相同。应用时使用同一类数据进行中元素的相对位置大致相同。应用时使用同一类数据进行 比较。比较。 密立根求值公式：密立根求值公式： 阿莱阿莱-罗周求值公式：罗周求值公式： ( () )EI 2 1 1 744. 0 r *Z359. 0 2 元素电负性大小可以衡量元素的金属性和非金属性的强弱。元素电负性大小可以衡量元素的金属性和非金属性的强弱。 元素的电负性数值越大，原子在分子中吸引电子能力越元素的电负性数值越大，原子在分子中吸引电子能力越 强，非金属性也越强。强，非金属性也越强。 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律 80 K 0.8 Ca 1.0 Sc 1.3 Ti 1.5 V 1.6 Cr 1.6 Mn 1.5 Fe 1.8 Co 1