原子结构础PPT课件

1、第第5 5章章 原子结构基础原子结构基础chapter 5 the base of atomic structure1 1初步了解原子核外电子运动的近代概念、原子能级、初步了解原子核外电子运动的近代概念、原子能级、波粒二象性、原子轨道（波函数）和电子云概念波粒二象性、原子轨道（波函数）和电子云概念. .2 2了解四个量子数对核外电子运动状态的描述，掌握了解四个量子数对核外电子运动状态的描述，掌握四个量子数的物理意义、取值范围四个量子数的物理意义、取值范围. .3 3熟悉熟悉 s、p、d 原子轨道的形状和方向原子轨道的形状和方向. . 4 4理解原子结构的近似能级图，掌握原子核外电子排布理解原子

2、结构的近似能级图，掌握原子核外电子排布的一般规则和的一般规则和 s、p、d、f 区元素的原子结构特点区元素的原子结构特点. . 本章教学要求本章教学要求6 6了解化学键的本质、共价键键长、键角等概念；了解化学键的本质、共价键键长、键角等概念；7 7了解杂化轨道理论的要点，并能用该理论说明一些分了解杂化轨道理论的要点，并能用该理论说明一些分子的空间构型；子的空间构型；8 8了解分子间力和晶体结构及其对物理性质的影响。了解分子间力和晶体结构及其对物理性质的影响。 本章教学要求本章教学要求5 5学学会从原子的电子层结构了解元素性质，熟悉原子半会从原子的电子层结构了解元素性质，熟悉原子半径、电离能、电

3、子亲合能和电负性的周期性变化径、电离能、电子亲合能和电负性的周期性变化. .5.1 原子结构的近代概念原子结构的近代概念 the recent concept of atomic structure 本章教学内容5.2 多电子原子的电子分布方式和周期系多电子原子的电子分布方式和周期系 the electronic distribution of many electron atom & periodic system5.3 化学键与分子间相互作用力化学键与分子间相互作用力 chemical bond & intermolecular force5.4 晶体结构晶体结构cryst

4、al structure5.1.1 波函数（波函数（wave function ）5.1.2 电子云（电子云（electron cloud） 5.1 原子结构的近代概念原子结构的近代概念 the recent concept of atomic structure夸夸克克质质子子中中子子原子核原子核电子电子原子原子( (离子离子) )微观微观宇宇宙宙 单质单质化合物化合物星星体体宏观宏观纳米纳米材料材料化学研究的对化学研究的对象象分子分子本章涉及的结构部分本章涉及的结构部分原原子子结结构构化化学学键键分子分子间力间力氢原子结构的量子力学模型：波尔模型氢原子结构的量子力学模型：波尔模型 (the

5、 quantum mechanical model of the structure of hydrogen atom bohr model)不连续的、线状的；不连续的、线状的； 是很有规律的是很有规律的. .氢原子光谱特征氢原子光谱特征: :8the electromagnetic spectrum jn1n1102.179222118hve5.1.1 波函数（波函数（wave function ）著名的普朗克方程著名的普朗克方程：e = hv(1)h叫普朗克常量叫普朗克常量(planck constant), 值为值为 6.62610-34 js. 光的波粒二象性：光的波粒二象性：相对论中

6、的质能联系定律：相对论中的质能联系定律：emc2.(2)联立联立(1)(2)式，得：式，得：h/ /mc.(3)c光速，值为光速，值为3108ms-1-1体现波动性体现波动性体现粒子性体现粒子性 电子的波粒二象性：电子的波粒二象性：19241924年，法国年轻的物理学家德布罗意年，法国年轻的物理学家德布罗意(louis de broglie)提出实物粒子、电子提出实物粒子、电子 、原子等也具、原子等也具有波粒二象性：有波粒二象性：h/ /mv vv v 实物粒子运动速率实物粒子运动速率(ms-1-1)1927年，通过电子衍射证实了德布罗意的假设。年，通过电子衍射证实了德布罗意的假设。matte

7、r wave电子的衍射电子的衍射图图电子的波动性是电子许多行为的统计结果。电子的波动性是电子许多行为的统计结果。电子的一次行为并不能确定其出现的具体位置。电子的一次行为并不能确定其出现的具体位置。概率波概率波短短时时间间长长时时间间微观粒子电子：微观粒子电子：17631m.s1010kg,109.10mm107.36 ,sm10m107.36 ,sm109171016宏观物体子弹宏观物体子弹：m = 1.0 10-2 kg, = 1.0 103 m s-1, = 6.6 10-35 mquestion question 波粒二象性是否只有微观物体才具有？波粒二象性是否只有微观物体才具有？mh

8、以波的微粒性以波的微粒性（即能量量子（即能量量子化概念）为基化概念）为基础建立了他的础建立了他的氢原子模型氢原子模型. .h+ h h- d he等则以微粒波等则以微粒波动性为基础建动性为基础建立起原子的波立起原子的波动力学模型动力学模型. .波尔波尔薛定鳄薛定鳄 如果某一物理量的变化是不连续的，而是以某如果某一物理量的变化是不连续的，而是以某一最小单位作跳跃式的增减，这一物理量就是量子化一最小单位作跳跃式的增减，这一物理量就是量子化的，其最小单位就称这一物理量的的，其最小单位就称这一物理量的(quantum)。 一、微观粒子的运动特征一、微观粒子的运动特征 原子的量子力学模型原子的量子力学模

9、型 1.量子性量子性 如宏观物体所带的电荷量从如宏观物体所带的电荷量从q q增加到增加到q q+ +dq q ，q qdq q，但，但dq q所包含的电子个数却是很大的所包含的电子个数却是很大的( (例如例如1 1库仑的电荷库仑的电荷量为量为6.246.24 10101818个电子的电量个电子的电量) ) 从宏观上从宏观上q qq q+d+dq q可以认为是连续变化的。可以认为是连续变化的。 在微观领域里，一个在微观领域里，一个微观粒子如果是一个离微观粒子如果是一个离子，所带电荷只有一个子，所带电荷只有一个或几个电子，从而离子或几个电子，从而离子所带电荷的变化，如所带电荷的变化，如a- a2-

10、 a3-，就不能认，就不能认为是连续变化的，而是为是连续变化的，而是跳跃式的变化。跳跃式的变化。 氢原子核外电子氢原子核外电子所处的能级是不所处的能级是不连续的，即电子连续的，即电子所具有的能量是所具有的能量是量子化的。量子化的。当电子从一个能级跃迁到另一个当电子从一个能级跃迁到另一个能级上是时，粒子能量的改变是能级上是时，粒子能量的改变是跳跃的。跳跃的。4. 海森堡的测不准原理海森堡的测不准原理 （heisenberg uncertainty principle ）2.波粒二象性波粒二象性 德布罗依波德布罗依波或物质波：实物微粒除具有粒子性外，还具或物质波：实物微粒除具有粒子性外，还具有波的

11、性质，这波称为有波的性质，这波称为(matter wave)。 h/mv v 概率密度：单位体积的概率。概率密度：单位体积的概率。 概率波：电子运动在空间出现的概率可以由波的强概率波：电子运动在空间出现的概率可以由波的强度表现出来，因此电子及其微观粒子波（物质波），度表现出来，因此电子及其微观粒子波（物质波），又称概率波。又称概率波。3.微观粒子运动的统计性微观粒子运动的统计性x p h/(2)即不可能同时测得电子的精确位置和精确动量即不可能同时测得电子的精确位置和精确动量 ！薛定锷方程薛定锷方程二、核外电子运动状态的近代描述二、核外电子运动状态的近代描述0v)(ehm8zyx22222222

12、 方程中既包含体现微粒性的物理量方程中既包含体现微粒性的物理量m , , 也包含体现波动性的物理量也包含体现波动性的物理量; ; 求解薛定锷方程求解薛定锷方程, , 就是求得波函数就是求得波函数和和 能量能量 e ; ; 解得的不是具体的数值解得的不是具体的数值, , 而是包括三个而是包括三个 常数常数 ( (n, l, m) )和三个变量和三个变量( (x,y,z) )的函数的函数 式式n, l, m ( (x,y,z) ;) ;如果如果(x,y,z)有一确定的表达式，则可在空间坐有一确定的表达式，则可在空间坐标中描出其波的图形标中描出其波的图形意义：意义：描述原子核外电子出现在原子周围某描

13、述原子核外电子出现在原子周围某位置的位置的概率概率(非运动轨迹非运动轨迹) 为了得到合理解为了得到合理解, , 三个常数项三个常数项( (量子数量子数) )只能按一只能按一 定规则取值定规则取值( (n, l, m) ) 数学上可以解得许多个数学上可以解得许多个(z,y,z) , 但其物理意义但其物理意义 并非都合理并非都合理; 有合理解有合理解(n, l, m 的取值合理的取值合理)的函数式叫做波函的函数式叫做波函 数数(wave functions) n, l, m ( (x,y,z) )波函数波函数n, l, m ( (x,y,z) ) = = 薛定锷方程的合理解薛定锷方程的合理解=“原

14、子轨道原子轨道”形象性名形象性名称称波函数波函数n, l, m ( (x,y,z) )20 r : 径向坐标径向坐标, 决定了球面决定了球面 的大小的大小: 角角坐标坐标: 角角坐标坐标, 直角坐标直角坐标( x, y, z)与球坐标与球坐标 (r,) 的转换的转换 cossinsincossinrzryrx ,rr),(zyxy y222zyxr-r(r) ,rr),(ln,zyxmml, l,y ym ml,l,n,n,径向分布函数径向分布函数角度分布函数角度分布函数r(r)r作图作图径向分布图径向分布图y(,) ,作图作图角度分布图角度分布图p 轨道轨道角度分布图角度分布图1s,2s,3

15、s轨道的径向分布图轨道的径向分布图含三含三个量子数个量子数n、l、m的的n,l,m(x,y,z) ，它们决定了它们决定了波波函数的形状！函数的形状！ 2.波函数与量子数波函数与量子数求解薛定锷方程求解薛定锷方程 (x,y,z) 的具体表达式的具体表达式正如直线方程正如直线方程y(x)=ax+b中中a、b的合理取值决的合理取值决定了其图形的形状一样：定了其图形的形状一样：a0，b0，yxa0，b0，yxa0，yxa0，b0，yx(1)主量子数主量子数n(principal quantum number):jn102.179e218 与电子能量有关；与电子能量有关； 确定电子出现几率最大处离核的距

16、离；确定电子出现几率最大处离核的距离； 不同的不同的n 值，对应于不同的电子壳层值，对应于不同的电子壳层 . .( (正整数正整数).).k l m n o.对于对于h：(2)角量子数角量子数l (angular momentum quantum):反映波函数反映波函数(即原子轨道，简称轨道即原子轨道，简称轨道)的形状的形状 l =0，1，2 ，3 (n-1 )(亚层亚层) 对应于对应于 s，p，d， f （未命名未命名）轨道符号）轨道符号取值取值: 与与角动量有关，对于多电子原子角动量有关，对于多电子原子, , l 也也 与与e 有关，有关， l ，e s 轨道轨道球形球形p 轨道轨道哑铃形

17、哑铃形-d轨轨道道有有两两种种形形状状-l 决定了决定了的角度函数的形状的角度函数的形状 the allowed values for angular momentum quantum number, lnl 1 2 3 4(subshell symbol0000s111p22d3f 亚层数亚层数1234ss,ps,p,ds,p,d,f 角量子数角量子数 l 的容许值的容许值 与角动量的取向有关，取向是量子化的与角动量的取向有关，取向是量子化的 m可取值：可取值： 0，1, 2l m值决定了值决定了角度函数的空间取向角度函数的空间取向 m 值相同的轨道互为等价轨道值相同的轨道互为等价轨道(或称

18、简并轨道或称简并轨道)（3） 磁量子数磁量子数m ( magnetic quantum number)the allowed values for magnetic quantum number, mlm轨道数轨道数 0(s) 1(p) 2(d) 3(f) 0 1 0 1 2 1 0 1 2 3 2 1 0 1 2 31357spdf p轨道轨道( (l = 1, = 1, m = = +1, 0, -1) +1, 0, -1) m 三种取值三种取值, , 三 种 取 向三 种 取 向 , , 三条等价三条等价( (简简并并) ) p 轨道轨道. .s 轨道轨道(l = 0, m = 0 )

19、: : m 一一种取值种取值, ,空间一种取向空间一种取向, ,一条一条s 轨道轨道. .+-+-+d d 轨道轨道(l = 2, m = +2, +1, 0, -1, -2) : : m 五五种取值种取值, ,空间五种取向空间五种取向, ,五条等价五条等价( (简并简并) ) d d 轨道轨道. .+-+- f f 轨道轨道 (l = 3, m = +3, +2, +1, 0, -1, -2,-3 ) : : m 七种取值七种取值, , 空间七种取向空间七种取向, , 七条等价七条等价( (简并简并) ) f 轨道轨道. .由上面的讨论知道由上面的讨论知道 n, l, m 一定一定, 轨道也

20、确定轨道也确定nlm 轨道符号轨道符号 电子层号电子层号 亚电子层数亚电子层数0 0 1s k (轨道数轨道数)1(s) 0 0 2s21-1 0+12px2py2pz l 2(s,p) 0 0 3s-1 0+13px3py3pz1230,123dxy,3dyz,3dzx 3dz2, 3dx2-y2m 3(s,p,d) 1(轨道数轨道数= 1+3=4)(轨道数轨道数=1+3+5=9)（4） 自旋量子数自旋量子数 ms (spin quantum number) 描述电子绕自轴旋转的状态描述电子绕自轴旋转的状态 自旋运动使电子具有类似于微磁体的行为自旋运动使电子具有类似于微磁体的行为 ms 取值

21、取值+1/2和和- -1/2，分别用，分别用和和表示表示 想象中的电子自旋想象中的电子自旋: : 两种可能的自旋方向两种可能的自旋方向: : 正向正向(+1/2)和反向和反向(-1/2) 产生方向相反的磁场产生方向相反的磁场 相反自旋的一对电子相反自旋的一对电子, , 磁场相互抵消磁场相互抵消. . electron spin visualizednssn核外电子运动核外电子运动轨道运动轨道运动自旋运动自旋运动与一套量子数与一套量子数（n, l, m, ms)及其能级及其能级(ei)相对应相对应描述电子运动状态的描述电子运动状态的方法方法四个量子数四个量子数 n l mms取值要合理取值要合理

22、3, 33, 3，1, 11, 14,3,-1, 4,3,-1, 2 21 1question question 写出与轨道量子数写出与轨道量子数 n = 4, l = 2, m = 0 的原子轨道名称的原子轨道名称. 4drepresentations of the five d orbitals(4dxy/4dyz/4dzx/4dx2-y2/4dz2)5.1.2 电子云电子云（electron cloud）=“原子轨道原子轨道”波函数波函数n, l, m ( (x,y,z) ) ,rr),(ln,zyxmml, l,y ym ml,l,n,n,原子轨道原子轨道径向分布图径向分布图角度分布图

23、角度分布图意义：描述电子意义：描述电子在原子核外可能在原子核外可能出现的空间区域出现的空间区域图图借用物理学中光波及其光密度等概念，可得到借用物理学中光波及其光密度等概念，可得到 ：2反映电子在空间某位置上单位体积内出反映电子在空间某位置上单位体积内出现的概率大小，即概率密度。现的概率大小，即概率密度。 ,rr),(ln,zyxmml, l,y ym ml,l,n,n, ,rr),(2ln,22zyxmml, l,y ym ml,l,n,n,图形图形概率密度概率密度图形图形概率密度的概率密度的径向分布图径向分布图图形图形概率密度的概率密度的角度分布图角度分布图用黑点的疏密表示概率密度的图形用黑

24、点的疏密表示概率密度的图形称称电子云电子云 (electron clouds)图图原子轨道原子轨道()的角度分的角度分布示意图布示意图( (平面图平面图）1s轨道轨道 电子云电子云（2 2）的角度分布示意图的角度分布示意图 1s电子云电子云 区别？区别？有有+、-之分之分无无+、-之分之分2pz轨道图形 cos43),(y22cos43),(y2pz轨道电子云图形有有+、-之分之分无无+、-之分之分区别区别3p电子云的径向分布示意图电子云电子云轨道中云层最密的区域。轨道中云层最密的区域。轨道与电子云的区别轨道与电子云的区别：原子轨道原子轨道特定能量的电子在核外空间出现最多区域；特定能量的电子在

25、核外空间出现最多区域；注意：注意： 电子云中一个小黑点绝不代表一个电子电子云中一个小黑点绝不代表一个电子, 不妨将不妨将密密麻麻的小黑点看作某个特定电子在空间运动时留密密麻麻的小黑点看作某个特定电子在空间运动时留下的下的“足迹足迹” 不是一个科学术语不是一个科学术语只是一种形象化比喻只是一种形象化比喻39p轨道轨道的三种的三种角度分布图角度分布图s 电子云电子云( (球形球形) )+-+-+p电子云的角电子云的角度分布图度分布图40d d 轨道轨道五种五种角度角度取向取向+-+-d d 电子云电子云角角度分布图度分布图d d 电子云电子云角角度分布图度分布图41 f f 电子云的角度分布图电子

26、云的角度分布图 原子轨道和和电子云的图象原子轨道和和电子云的图象( (稍作了解稍作了解) )图图1.1.s s、p p、d d原子轨道的角度分布剖面图原子轨道的角度分布剖面图 图图2. s2. s，p p，d d电子云角度分布剖面图电子云角度分布剖面图 5.2 多电子原子的电子分布方式和周期系多电子原子的电子分布方式和周期系 the electronic distribution of many electron atom & periodic system5.2.2 核外电子分布原理和核外电子分布方式核外电子分布原理和核外电子分布方式(principle and mode of ex

27、tranclear electronic distribution )5.2.1 多电子原子轨道能级图多电子原子轨道能级图 （energy level portrayal of many electron atomic orbital)5.2.3 原子结构与性质的周期性规律原子结构与性质的周期性规律(the periodic reguration of atomic structure and quality )5.2.1多电子原子轨道的能级多电子原子轨道的能级 (the energy level of many-electron atoms)1 鲍林近似能级图鲍林近似能级图 （portray

28、al of pauling approximation energy level )2 科顿能级图科顿能级图 （cotton energy level portray )pauling,l.c.(1901-1994)1 鲍林近似能级图鲍林近似能级图 n 值相同时值相同时,轨道能级则轨道能级则由由 l 值决定值决定, 例例: e(4s) e(4p) e(4d) e(4f ). 这种现象这种现象叫叫 能级分裂能级分裂. l 值相同时值相同时, 轨道能级只轨道能级只由由 n 值决定值决定, 例例: e(1s) e(2s) e(3s) 4n4时出现时出现能能级交错级交错.如如e(4s) e(3d ),

29、 e(5s) e(4d), e(6s) e(4f)e(5d), a qualitative energy-levels diagram for many-electron atomse2. 科顿能级图科顿能级图此图不是顺序图此图不是顺序图! ! h 原子轨道能量只与原子轨道能量只与 n 有关有关, 其它原子轨道均发生能级分裂其它原子轨道均发生能级分裂. 各种同名轨道的能量毫无例外各种同名轨道的能量毫无例外地随原子序数增大而下降地随原子序数增大而下降. 从从sc 开始开始, 第第4周期元素的周期元素的 3d 轨道能级低于轨道能级低于4s. 但但3d 过渡金属被过渡金属被氧化时氧化时, 4s 轨道

30、都先于轨道都先于3d 轨道失轨道失去电子去电子.鲍林图上反映不出这种情况鲍林图上反映不出这种情况 ！5.2.2 核外电子分布原理和核外电子分布方式核外电子分布原理和核外电子分布方式(principle and mode of extranclear electronic distribution )1. 最低能量原理最低能量原理(aufbau principle) :电子总是优先占据可供占据的能量最低的轨道电子总是优先占据可供占据的能量最低的轨道, , 占满能量较低的轨道后才进入能量较高的轨道占满能量较低的轨道后才进入能量较高的轨道. . 根据顺序图根据顺序图, , 电子填入轨道时遵循下列次序

31、：电子填入轨道时遵循下列次序： 一、核外电子分布的三个原一、核外电子分布的三个原理理1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p注意：注意：铬铬(z = 24)之前的原子严格遵守这一顺序之前的原子严格遵守这一顺序, 之后的原子有时出现例外之后的原子有时出现例外.如：如：ar 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6k 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 (或或 ar4s1 ) 2.泡利不相容原理泡利不相容原理(pauli exclusion principle)： 同一原子中不能存在运动状态完全相同的电子同一原子中不

32、能存在运动状态完全相同的电子, , 即即同一原子中不能存在四个量子数完全相同的电子同一原子中不能存在四个量子数完全相同的电子. .quantum numbernlm mselectric aelectric b221100+1/2-1/2例如：例如：推论：推论：一个轨道最多只能容纳一个轨道最多只能容纳2个自旋相反的电子；个自旋相反的电子；每个电子层可容纳的最多电子数为每个电子层可容纳的最多电子数为2n2。怎样推算出各层怎样推算出各层( (shell)shell)和各亚层和各亚层( (subshellsubshell) )电子的最大容量电子的最大容量? ?question question nl

33、m 轨道符号轨道符号 轨道数轨道数容纳电子数容纳电子数0 0 1s 1(s) 0 0 2s21-1 0+12px2py2pz4(s,p) 0 0 3s-1 0+13px3py3pz1230,123dxy,3dyz,3dzx 3dz2, 3dx2-y29(s,p,d) 1212=2222=8232=18(b) ar 3d53. 洪德规则洪德规则 (hunds rule)： 电子分布到电子分布到等价轨道等价轨道时，总是尽先以相同的自旋时，总是尽先以相同的自旋状态分占轨道状态分占轨道. .即在即在n和和l 相同的轨道上分布电子，将相同的轨道上分布电子，将尽可得分布在尽可得分布在 m 值不同的轨道上，

34、且自旋相同。值不同的轨道上，且自旋相同。 例如：例如：(2)(2)s s、p p、d d 和和f f亚层中未成对电子的最大数目为亚层中未成对电子的最大数目为1 1、3 3、5 5和和 7 7； ar 4s2洪德规则结果洪德规则结果实验测定：实验测定： 顺磁性顺磁性有未成对电子；有未成对电子； (1)(1)电子总数为偶数的原子电子总数为偶数的原子( (分子和离子分子和离子) )也可能含有未成对电子也可能含有未成对电子反磁性反磁性无未成对电子无未成对电子 mn(a)question question 根据根据hunds rule, 下列哪一种是下列哪一种是氮原子氮原子( (7 7n) )的实际电子

35、排布的实际电子排布? ? 1s 2s 2px 2py 2pz 1s 2s 2px 2py 2pz 1s 2s 2px 2py 2pz1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 262622例，例， 22ti的电子分布式为：的电子分布式为：2洪德规则的洪德规则的特例特例： 等价轨道在全充满等价轨道在全充满(p6, d10, f 14)、半充满、半充满(p3, d 5, f 7)或全空或全空(p0, d 0, f 0)状态时比较稳定。状态时比较稳定。二、核外电子分布方式和外层电子分布式二、核外电子分布方式和外层电子分布式1.电子分布电子分布(方方)式式 多电子原子核外电子分布的表达式。多电子原子核外

36、电子分布的表达式。(遵从核外电子分布的三个原理遵从核外电子分布的三个原理)1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s262622225mn的电子分布式为：的电子分布式为：1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 26262521s 2s 2p 3s 3p 3d 4s26265221s 2s 2p 3s 3p2622424cr的电子分布式：的电子分布式：1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 26262421s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 2626101229cu的电子分布式：的电子分布式：1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s2626512洪德规则洪德规则的特例的特例2.外层电子分布

37、式外层电子分布式(简称外层电子结构简称外层电子结构)化学反应中有电子增减的电子层，称之。化学反应中有电子增减的电子层，称之。3s23p6mn2+：又如：又如：3s23p63d517cl：3s23p61s 2s 2p 3s 3p 3d 4s262622225mn： 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s262652222ti：cl- - ：1s 2s 2p 3s 3p2622516s：3s23p6s2-2-：ti4+： 徐光宪徐光宪 原子轨道能量计算原子轨道能量计算(n+0.7l )近似规律近似规律:(n+0.7l )值越大，原子轨道能量越高，反之亦然。值越大，原子轨道能量越高，反之亦然。离子

38、外层电子能量高低顺序：离子外层电子能量高低顺序： (n+0.4l )值越大，能量越高。值越大，能量越高。结论结论 ：原子总是先失去最外层电子：原子总是先失去最外层电子 1s 2s 2p 3s 3p262243s23p6mn2+： 3s23p63d517cl：3s23p625mn： 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s262652222ti：cl- - ：1s 2s 2p 3s 3p2622516s：3s23p6s2-2-：ti4+：1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s26262225.2.3 原子结构与性质的周期性规律原子结构与性质的周期性规律(the periodic regurat

39、ion of atomic structure and quality )一、原子结构与元素周期律一、原子结构与元素周期律核外电子层数相等的原子核外电子层数相等的原子按原子序数按原子序数z从小从小( (左左) )到大到大( (右右) )排成一行排成一行称为周期称为周期周期数周期数=该元素原子核外电子层数该元素原子核外电子层数原子原子外层外层电子数相等的原子电子数相等的原子按原子序数按原子序数z从小从小( (上上) )到大到大( (下下) )排成一列排成一列称为族称为族共有共有7个周期个周期共有共有18列列16个族。个族。主族主族元素及第元素及第、副族副族：族数族数=最外层电子数最外层电子数第第

40、-族：族： 族数族数=最外层电子数最外层电子数+次外层次外层d电子数电子数第第族族(含含3列列)：最外层电子数最外层电子数+次外层次外层d电子数电子数=810分区：分区： s区、区、p区、区、d区、区、ds区、区、f区：区：s区区p区区d区区ds区区f区区原子结构与元素周期律原子结构与元素周期律a0族族1aaa2 s区区ns1ns2 p区区ns2np1 ns2np63bb b b4 d区区(n-1)d1ns2(n-1)d8ns2 ( 有例外有例外) ds区区(n-1)d10ns1(n-1)d8ns2567原子外层电子构型与周期表分原子外层电子构型与周期表分区区镧系元素镧系元素f 区区(n-2)

41、f1ns2(n-2)f14ns2 (有例外有例外)锕系元素锕系元素 适用金属元素适用金属元素 固体中测定两个最邻近固体中测定两个最邻近原子的核间距一半原子的核间距一半 适用非金属元素适用非金属元素 测定单质分子中两个相测定单质分子中两个相邻原子的核间距一半邻原子的核间距一半原子半径原子半径(atomic radius) 严格地讲，由于电子云没有边界，原子半径严格地讲，由于电子云没有边界，原子半径也就无一定数也就无一定数. .但人总会有办法的但人总会有办法的. .迄今所有的原迄今所有的原子半径都是在结合状态下测定的子半径都是在结合状态下测定的. . 共价半径共价半径(covalent radiu

42、s)二、原子半径的周期性变化二、原子半径的周期性变化 金属半径金属半径(metallic radius)rrr60atomic radii (pm)li157be112mg160na191ca197k235rb250sr215ba224cs272sc164mo140cr129mn137tc135re137os135ru134fe126co125rh134ir136pt139pd137ni125cu128ag144au144hg155cd152zn137ti147v135nb147y182hf159ta147w141lu172zr160b88c77n74o66f64al143si118p110s

43、104cl99ge122ga153tl171in167br114as121se104sn158sb141te137i133bi182pb175source:wells a f,structural inorganic chemistry,5th edn.clarendon press,oxford(1984).总趋势：同周期主族元素总趋势：同周期主族元素(0(0族除外族除外) )：随着原子序数的：随着原子序数的 增大增大, ,原子半径自左至右减小原子半径自左至右减小. .同族元素：上同族元素：上下，原子半径增大下，原子半径增大( (过渡元素变化不明显过渡元素变化不明显) ).r2r1.原子半径

44、的周期性变化原子半径的周期性变化 (1)第第族中的族中的fe、co、ni的最高氧化值为的最高氧化值为 +3，ru 和和os为为8； 三、元素的氧化值三、元素的氧化值：1.主族元素主族元素：同周期从左同周期从左右右最高氧化值最高氧化值=族数族数2.副族元素总体：副族元素总体：同周期从左同周期从左右右最高氧化值最高氧化值=族族数数但有例外：但有例外：(2)ib族中族中cu、ag、au的最高氧化值分别为的最高氧化值分别为+2、+1、+3； (3) 副族元素有多变的化合价。副族元素有多变的化合价。化合物中某元素所带形式电荷的数化合物中某元素所带形式电荷的数值值族族iiibivbvbvibviibvii

45、iibiib元素元素 sctivcr mnfeconicuzn氧氧化化值值+3+3+4+3+4+5+2+3+6+2+4+6+7+2+3+2+3+2+3+2+2第第ivb族元素主要氧化值族元素主要氧化值四、电离能：四、电离能： 元素的原子在气态时失去电子所需吸收的能量元素的原子在气态时失去电子所需吸收的能量r(g)- - e- - r+(g)- i1称为第一电离能称为第一电离能 (kjmol-1-1)r+ (g)- - e- - r2+ (g)-i2称为第二电离能称为第二电离能 (kjmol-1-1).电离能电离能(i )意义：意义：反映了原子得失电子的难易。反映了原子得失电子的难易。显然，显然，i 越大，越大，失电子越难失电子越难，元素的金属性元素的金属性 ，影响影响i 因素：因素：原子的核电荷原子的核电荷z，原子半径原子半径r,同周期元素，左同周期元素，左 右，右，z，i 电子构型电子构型，r，i 。同主族：上同主族：上下，下， z， i