原子结构与元素周期系1

1、200379原子结构与元素周期系1主讲：郭琦核外电子的运动状态核外电子的运动状态核外电子的排布和元素周期系核外电子的排布和元素周期系元素基本性质的周期性元素基本性质的周期性200379原子结构与元素周期系2第一部分 核外电子的运动状态氢原子光谱和玻尔理论氢原子光谱和玻尔理论微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性 波函数和原子轨道波函数和原子轨道 概率密度和电子云概率密度和电子云 波函数的空间图象波函数的空间图象 四个量子数四个量子数 200379原子结构与元素周期系311 氢原子光谱和玻尔理论氢原子光谱和玻尔理论氢原子光谱和玻尔理论玻尔理论的应用玻尔理论的应用 玻尔理论局限性玻尔理论局限性

2、200379原子结构与元素周期系4原子光谱原子光谱是不连续性的线状光谱是不连续性的线状光谱 氢原子光谱氢原子光谱是最简单的原子光谱是最简单的原子光谱 玻尔的三点假设玻尔的三点假设 氢原子光谱和玻尔理论 200379原子结构与元素周期系51. 1. 电子不是在任意轨道上绕核运电子不是在任意轨道上绕核运动，而是在一些符合一定条件的轨道动，而是在一些符合一定条件的轨道上运动，即电子轨道的角动量上运动，即电子轨道的角动量P P，必须，必须等于等于h/2h/2的整数倍。这种符合量子化的整数倍。这种符合量子化条件的轨道称为稳定轨道，电子在稳条件的轨道称为稳定轨道，电子在稳定轨道上运动时，并不放出能量定轨道

3、上运动时，并不放出能量。玻尔的三点假设200379原子结构与元素周期系62. 2. 电子的轨道离核越远，原子所含的能量越大电子的轨道离核越远，原子所含的能量越大，原子在正常或稳定状态时（称为基态），各电，原子在正常或稳定状态时（称为基态），各电子尽可能处在离核最近的轨道上，这时原子的能子尽可能处在离核最近的轨道上，这时原子的能量最低。当原子从外界获得能量时（如灼热、放量最低。当原子从外界获得能量时（如灼热、放电、辐射等）电子可以跃迁到离核较远的轨道上电、辐射等）电子可以跃迁到离核较远的轨道上去，即电子已被激发到较高能量级上，此时原子去，即电子已被激发到较高能量级上，此时原子和电子处于激发态。和

4、电子处于激发态。3. 3. 只有电子从较高的能级（即离核较远的轨道只有电子从较高的能级（即离核较远的轨道）跃迁到较低的能级（即离核较近的轨道）时，）跃迁到较低的能级（即离核较近的轨道）时，原子才会以光子形式放出能量。原子才会以光子形式放出能量。 h=Eh=E2- E - E 1200379原子结构与元素周期系7玻尔理论的应用玻尔理论的应用 成功解释了氢原子光谱的产生和成功解释了氢原子光谱的产生和规律性规律性 “连续连续”或或“不连续不连续”实际上就是量的变实际上就是量的变化有没有一个最小单位。化有没有一个最小单位。 计算氢原子的电离能与实验值非常接近计算氢原子的电离能与实验值非常接近 2003

5、79原子结构与元素周期系8玻尔理论局限性玻尔理论局限性 对氢原子光谱的精细结构无法说明对氢原子光谱的精细结构无法说明 不能说明多电子原子光谱不能说明多电子原子光谱 结论：量子性是微观世界的重要特征，结论：量子性是微观世界的重要特征，要正确客观地反映微观世界微粒运动要正确客观地反映微观世界微粒运动的规律，就必须用建筑在微观世界的的规律，就必须用建筑在微观世界的量子性和微粒运动的统计性这两个基量子性和微粒运动的统计性这两个基本特征基础上的量子力学来描述。本特征基础上的量子力学来描述。 200379原子结构与元素周期系912 微观粒子的波粒二象性 一、一、 光和实物粒子的波粒二象性光和实物粒子的波粒

6、二象性 结论：结论： 1. 1.电子等实物粒子具有波粒二象性；电子等实物粒子具有波粒二象性； 2.2.不能用经典物理的波和粒的概念来理解不能用经典物理的波和粒的概念来理解它的行为。它的行为。 200379原子结构与元素周期系10二、二、 测不准原理和几率概念测不准原理和几率概念 测不准原理： 一个粒子的位置和动量不能同时地、准确地测定。注意：这里所讨论的不确定性并不涉及所用的测量 仪器的不完整性，它们是内在固有的不可测定性。 xh/2 mv200379原子结构与元素周期系11结论：测不准关系很好地反映结论：测不准关系很好地反映了微观粒子的运动特征了微观粒子的运动特征波波粒二象性；根据量子力学理

7、论，粒二象性；根据量子力学理论，对微观粒子的运动规律只能采对微观粒子的运动规律只能采用统计的方法作出几率性的判用统计的方法作出几率性的判断。测不准关系促使我们对微断。测不准关系促使我们对微观世界的客观规律有了更全面观世界的客观规律有了更全面更深刻的理解。更深刻的理解。 200379原子结构与元素周期系1213 波函数和原子轨道 薛定谔方程薛定谔方程波函数和原子轨道波函数和原子轨道 一定的波函数表示电子的一种运动状一定的波函数表示电子的一种运动状态，状态态，状态轨道。轨道。 波函数叫做原子轨道，即波函数与原波函数叫做原子轨道，即波函数与原子轨道是同义词。子轨道是同义词。 0V)(Ehm8zyx2

8、2222222200379原子结构与元素周期系13波函数的意义 原子核外电子的一种运动状态原子核外电子的一种运动状态 每一个波函数都有对应的能量每一个波函数都有对应的能量 E E 波函数波函数没有明确的直观的物理没有明确的直观的物理意义意义, ,但波函数绝对值的平方但波函数绝对值的平方|2 2却有明确的物理意义却有明确的物理意义 200379原子结构与元素周期系1414 概率密度和电子云 概率和概率密度概率和概率密度 概率概率 |(xyz)|(xyz)|2 2 d d概率密度概率密度 |(xyz)|(xyz)|2 2 电子云电子云 | | |2 2的空间图像就是电子云分布图像的空间图像就是电子

9、云分布图像 | ),(|2ddzyx200379原子结构与元素周期系15200379原子结构与元素周期系16200379原子结构与元素周期系17200379原子结构与元素周期系1815 波函数的空间图象 Z=cosZ=cos数学表达式数学表达式 =sincos=sincos y=sinsin y=sinsin 2 2=2+y2+Z2=2+y2+Z2 tan=y/ tan=y/ 变数分离变数分离: :(,y,Z)=(,)=R()(,y,Z)=(,)=R()Y(,) Y(,) 200379原子结构与元素周期系19200379原子结构与元素周期系20径向波函数图径向波函数图 200379原子结构与元

10、素周期系21径向密度函数图 200379原子结构与元素周期系22径向分布函数图 200379原子结构与元素周期系23角度部分的图形角度部分的图形 200379原子结构与元素周期系24电子云等密度面图 200379原子结构与元素周期系25电子云界面图 200379原子结构与元素周期系26电子云图 200379原子结构与元素周期系27原子轨道的形状 200379原子结构与元素周期系2816 四个量子数 200379原子结构与元素周期系29200379原子结构与元素周期系30对比玻尔原子结构模型和波动力学模型两者所得的结果可得： 两种理论都有着相同的能量表达式；两种理论都有着相同的能量表达式； 波函

11、数能解释其它一些原子的性质，如光波函数能解释其它一些原子的性质，如光谱线的强度等；谱线的强度等； 从解薛定谔方程，量子数是通过边界条件从解薛定谔方程，量子数是通过边界条件自然的出现，但在自然的出现，但在BohrBohr模型中它们是人为模型中它们是人为规定的。规定的。 在在BohrBohr理论中，电子占据像行星绕太阳的理论中，电子占据像行星绕太阳的轨道；在波动力学模型中（薛定谔方程）轨道；在波动力学模型中（薛定谔方程）中，电子占据离域轨道，实验证明支持薛中，电子占据离域轨道，实验证明支持薛定谔方程所得图像定谔方程所得图像 200379原子结构与元素周期系31第二部分 核外电子的排布和元素周期系

12、多电子原子的能级多电子原子的能级 核外电子层结构的原则核外电子层结构的原则 原子的电子层结构和元素周期原子的电子层结构和元素周期系系 200379原子结构与元素周期系32多电子原子的能级 鲍林（鲍林（L.PaulingL.Pauling）的近似能级图）的近似能级图 屏蔽效应屏蔽效应 钻穿效应钻穿效应 科顿原子轨道能级图科顿原子轨道能级图 200379原子结构与元素周期系33200379原子结构与元素周期系34多电子原子近似能级图的特点： 近似能级图是按原子轨道的能量高低而不是按原子轨道近似能级图是按原子轨道的能量高低而不是按原子轨道离核的远近顺序排列起来。把能量相近的能级划为一组，离核的远近顺

13、序排列起来。把能量相近的能级划为一组，称为能级称为能级 1s 1s 第一能级组第一能级组 2s2p 2s2p 第二能级组第二能级组 3s3p 3s3p 第三能级组第三能级组 4s3d4p 4s3d4p 第四能级组第四能级组 5s4d5p 5s4d5p 第五能级组第五能级组 6s4f5d6p 6s4f5d6p 第六能级组第六能级组 7s5f6d7p 7s5f6d7p 第七能级组第七能级组 在能级图中可以看到：相邻的两个能级组之间的能量在能级图中可以看到：相邻的两个能级组之间的能量差较大，而在同一能级组中各能级的能量差较小。差较大，而在同一能级组中各能级的能量差较小。200379原子结构与元素周期

14、系351. 1.在能级图中在能级图中: :所谓等价轨道是指其能量相同、所谓等价轨道是指其能量相同、成键能力相同，只是空间取向不同的轨道。成键能力相同，只是空间取向不同的轨道。 2.2. 角量子数角量子数l l相同的能级，其能量由主量子相同的能级，其能量由主量子 数数n n决定，决定，n n越大，能量越高。越大，能量越高。 3.3. 主量子数主量子数n n相同，角量子数相同，角量子数l l不同的能级，不同的能级，其能量随其能量随l l的增大而升高。的增大而升高。 4.4. 主量子数主量子数n n和角量子数和角量子数l l同时变化时，从图同时变化时，从图中可知，能级的能量变化情况是比较复杂中可知，

15、能级的能量变化情况是比较复杂的。的。 200379原子结构与元素周期系36屏蔽效应屏蔽效应 在多电子原子中，每个电子不仅受到原在多电子原子中，每个电子不仅受到原子核对它的吸引力，而且还要受到其它电子核对它的吸引力，而且还要受到其它电子的斥力。我们把这种内层电子的排斥作子的斥力。我们把这种内层电子的排斥作用考虑为对核电荷的抵消或屏蔽，相当于用考虑为对核电荷的抵消或屏蔽，相当于使核的有效核电荷数减少。使核的有效核电荷数减少。 Z*=Z E= = 22)(6 .13nZ22*6 .13nZ200379原子结构与元素周期系37由于其它电子对某一电子的排斥作用而抵消由于其它电子对某一电子的排斥作用而抵消

16、了一部分核电荷，从而使有效核电荷降低，了一部分核电荷，从而使有效核电荷降低，削弱了核电荷对该电子的吸引，这种作用称削弱了核电荷对该电子的吸引，这种作用称为为屏蔽作用屏蔽作用和和屏蔽效应屏蔽效应。为了计算屏蔽参数，斯莱脱为了计算屏蔽参数，斯莱脱Slater提出规则可提出规则可近似计算。近似计算。Slater规则如下：规则如下： 将原子中的电子分成如下几组：将原子中的电子分成如下几组：(1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)(5s,(1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)(5s,5p)5p) 余类推。余类推。200379原子结构与

17、元素周期系38(a)(a)位于被屏蔽电子右边的各组，对被屏蔽位于被屏蔽电子右边的各组，对被屏蔽电子的电子的0 0，可以近似地认为，外层电，可以近似地认为，外层电子对内层电子没有屏蔽作用。子对内层电子没有屏蔽作用。(b)1s(b)1s轨道上的轨道上的2 2个电子之间的个电子之间的 0.300.30，其，其它主量子数相同的各分层电子之间的它主量子数相同的各分层电子之间的0.350.35(c)(c)被屏蔽的电子为被屏蔽的电子为nsns或或npnp时，则主量子数时，则主量子数为（为（n n1 1）的各电子对它们的）的各电子对它们的0.850.85，而小于（而小于（n n2 2）的各电子对它们的）的各电

18、子对它们的1.001.00(d)(d)被屏蔽的电子为被屏蔽的电子为ndnd或或nfnf时，则位于它左时，则位于它左边各组电子对它的屏蔽常数边各组电子对它的屏蔽常数1.001.00。200379原子结构与元素周期系39 在计算某原子中某个电子的在计算某原子中某个电子的值时，可将值时，可将有关屏蔽电子对该电子的有关屏蔽电子对该电子的值相加而得。值相加而得。例如例如: :1. 1. 计算铝原子中其它电子对一个计算铝原子中其它电子对一个3p3p电子的电子的值。值。 2. 2. 计算钪原子中的一个计算钪原子中的一个3s3s电子和一个电子和一个3d3d电子各自电子各自的能量。的能量。 总的屏蔽有如下顺序：

19、总的屏蔽有如下顺序：nsnpndnfnsnpndnf 即即p p电子受核吸引力小于电子受核吸引力小于s s电子，电子，d d电子又小于电子又小于p p电子，电子，f f电子小于电子小于d d电子等。因而使同一主层电子等。因而使同一主层的不同分层发生能级分裂，即形成分能级。的不同分层发生能级分裂，即形成分能级。其能量顺序：其能量顺序：nsnpndnfnsnpndnf。 200379原子结构与元素周期系401. 1. 解：铝原子的电子排布情况为解：铝原子的电子排布情况为 1s 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p1 1 按斯莱脱规则分组：按斯莱脱规则分组：(1s)(1s)2

20、 2(2s,2p)(2s,2p)8 8(3s,3p)(3s,3p)3 3根据（根据（b b）得，）得，(3s,3p)(3s,3p)3 3中另外两电子对被屏中另外两电子对被屏蔽的一个蔽的一个3p3p电子的电子的0.350.352 2根据（根据（c c）得，）得，(2s,2p)(2s,2p)8 8中的中的8 8个电子对被屏蔽个电子对被屏蔽电子的电子的0.850.858 8；而；而(1s)(1s)2 2中的中的2 2个电子个电子对被屏蔽电子的对被屏蔽电子的1.001.002 2故故0.350.352 20.850.858 81.001.002 29.50 9.50 200379原子结构与元素周期系4

21、12.2.解：电子分组情况为：解：电子分组情况为： (1s)(1s)2 2(2s,2p)(2s,2p)8 8(3s,3p)(3s,3p)8 8(3d)(3d)1 1(4s,4p)(4s,4p)2 23s3s电子的电子的0.350.357 70.850.858 81.001.002 211.2511.253d3d电子的电子的1.001.00181818.0018.00根据根据E E的计算公式，得：的计算公式，得： E3s 143.7（eV） E3d= -13.6(eV) 22)(6 .13nZ223)25.1121(6 .1322)(6 .13nZ223)00.1821(6 .13200379原

22、子结构与元素周期系42钻穿效应钻穿效应 在原子中，对于同一主层的电子，因在原子中，对于同一主层的电子，因s s电电子比子比p p、d d、f f电子在离核较近处出现的概率电子在离核较近处出现的概率要多，表明要多，表明s s电子有渗入内部空间而靠近核电子有渗入内部空间而靠近核的本领，这种外层电子钻到内层空间而靠近的本领，这种外层电子钻到内层空间而靠近原子核的现象，称为原子核的现象，称为钻穿作用钻穿作用。 由于电子的钻穿作用的不同而使它的能由于电子的钻穿作用的不同而使它的能量发生变化的现象，称为量发生变化的现象，称为钻穿效应钻穿效应。 200379原子结构与元素周期系43200379原子结构与元素

23、周期系44科顿原子轨道能级图科顿原子轨道能级图 200379原子结构与元素周期系45CottonCotton原子轨道能级图与原子轨道能级图与PaulingPauling近似能级近似能级图的主要区别是什么？图的主要区别是什么？ PaulingPauling近似能级图是按照原子轨道能量高低顺近似能级图是按照原子轨道能量高低顺序排列的，把能量相近的能级组成能级组，依序排列的，把能量相近的能级组成能级组，依1 1，2 2，3 3，能级组的顺序，能量依次增高。能级组的顺序，能量依次增高。 CottonCotton的原子轨道能级图指出了原子轨道能量与的原子轨道能级图指出了原子轨道能量与原子序数的关系，定性

24、地表明了原子序数改变时，原原子序数的关系，定性地表明了原子序数改变时，原子轨道能量的相对变化，从子轨道能量的相对变化，从CottonCotton原子轨道能级图中原子轨道能级图中可以看出，原子轨道的能量随原子序数的增大而降低，可以看出，原子轨道的能量随原子序数的增大而降低，不同的原子轨道下降的幅度不同，因而产生相交的现不同的原子轨道下降的幅度不同，因而产生相交的现象。同时也可看出，主量子数相同时，氢原子轨道是象。同时也可看出，主量子数相同时，氢原子轨道是简并的，即氢原子轨道的能量只与主量子数简并的，即氢原子轨道的能量只与主量子数n n有关，有关，与角量子数与角量子数l l无关。无关。 20037

25、9原子结构与元素周期系46 为什么第四周期元素失电子时，为什么第四周期元素失电子时，4s4s电电子先于子先于3d3d电子？电子？ 先失哪个电子不是只看该轨道能量的高低，而应取决先失哪个电子不是只看该轨道能量的高低，而应取决于体系的总能量。第四周期的于体系的总能量。第四周期的K K、CaCa、ScSc、TiTi等元素核外等元素核外电子的构型依次为电子的构型依次为Ar4sAr4s1 1 、Ar4sAr4s2 2 、Ar3dAr3d1 14s4s2 2 、Ar3dAr3d2 24s4s2 2 ，从这些电子构型可以看出，尽管，从这些电子构型可以看出，尽管4s4s轨道能轨道能量高于量高于3d3d轨道能量

26、，但这些元素中性原子的电子还是先填轨道能量，但这些元素中性原子的电子还是先填满满4s4s轨道，即在这些中性原子中，电子填在轨道，即在这些中性原子中，电子填在4S4S轨道比轨道比3d3d轨轨道可使体系获得较低的总能量。但是我们不能就此得出道可使体系获得较低的总能量。但是我们不能就此得出ScSc、TiTi等失去等失去3d3d电子比失去电子比失去4s4s电子使体系获得较低的总能量，电子使体系获得较低的总能量，因为我们这里涉及到两种完全不同的体系因为我们这里涉及到两种完全不同的体系中性原子体中性原子体系和离子体系。系和离子体系。 以以 TiTi原子为例。原子为例。TiTi原子失去两个电子变成原子失去两

27、个电子变成TiTi2+2+，是失，是失去去3d3d电子还是电子还是4s4s电子，实质上就是要弄清楚电子，实质上就是要弄清楚Ar4sAr4s2 2构型构型和和Ar3dAr3d2 2构型哪个体系总能量较低的问题。构型哪个体系总能量较低的问题。 200379原子结构与元素周期系47 我们知道，随着原子序数的增加，有效核我们知道，随着原子序数的增加，有效核电荷电荷Z Z* *也增加，原子各轨道能级次序变得与也增加，原子各轨道能级次序变得与氢原子轨道能级次序越来越相似，即具有相氢原子轨道能级次序越来越相似，即具有相同的主量子数的各能级趋于简并，能级高低同的主量子数的各能级趋于简并，能级高低主要取决于主量

28、子数。主要取决于主量子数。TiTi2+2+的有效核电荷的有效核电荷 Z Z* *比比 TiTi的有效核电荷的有效核电荷 Z Z* *高得多。因此高得多。因此TiTi2+2+的的 4s4s轨道能量与轨道能量与3d3d轨道能量之差比中性原子轨道能量之差比中性原子 TiTi相相应两轨道能量之差大得多。另外，应两轨道能量之差大得多。另外，TiTi2+2+的电子的电子相互作用能却因电子数目的减少而变小。这相互作用能却因电子数目的减少而变小。这样，在样，在TiTi2+2+中中4s4s与与3d3d轨道能量的差超过了电子轨道能量的差超过了电子相互作用能量的差，轨道能量的顺序就决定相互作用能量的差，轨道能量的顺

29、序就决定了体系总能量的顺序。所以，对了体系总能量的顺序。所以，对TiTi2+2+来说，构来说，构型型Ar3dAr3d2 2的体系总能量比的体系总能量比Ar4sAr4s2 2的低。因此的低。因此TiTi先失去的是先失去的是4s4s电子，而不是电子，而不是3d3d电子。电子。 200379原子结构与元素周期系48核外电子层结构的原则 能量最低原理能量最低原理 堡里不相容原理堡里不相容原理 （奥地利科学家） 洪特（洪特（HundHund）规则）规则（德国科学家） 200379原子结构与元素周期系49能量最低原理能量最低原理 多电子原子在基态时，核外电子总多电子原子在基态时，核外电子总是尽可能分布到能

30、量最低的轨道，这称是尽可能分布到能量最低的轨道，这称为为能量最低原理能量最低原理。 200379原子结构与元素周期系50堡里不相容原理堡里不相容原理 一个电子的四个量子数为（一个电子的四个量子数为（3 3、2 2、0 0、-1/2-1/2） 另一个电子的四个量子数为（另一个电子的四个量子数为（3 3、2 2、0 0、+1/2+1/2） 从保里原理可获得以下几个重要结论：从保里原理可获得以下几个重要结论：a)每一种运动状态的电子只能有一个。每一种运动状态的电子只能有一个。b)由于每一个原子轨道包括两种运动状态，所以每一个由于每一个原子轨道包括两种运动状态，所以每一个原子轨道中最多只能容纳两个自旋

31、不同的电子。原子轨道中最多只能容纳两个自旋不同的电子。c)因为因为s、p、d、f各分层中原子轨道数为各分层中原子轨道数为1、3、5、7 所以各分层中相应最多只能容纳所以各分层中相应最多只能容纳2、6、10、14个电个电子。子。d)每个电子层原子轨道的总数每个电子层原子轨道的总数为为n 个，因此，各电子层个，因此，各电子层中电子的最大容量为中电子的最大容量为2n个。个。 200379原子结构与元素周期系51洪特（洪特（HundHund）规则）规则 电子分布到能量相同的等价轨道时，电子分布到能量相同的等价轨道时，总是尽先以自旋相同的方向，单独占领总是尽先以自旋相同的方向，单独占领能量相同的轨道。能

32、量相同的轨道。 例例: : 7 7NN 2p 2p 2s 2s 1s 1s 200379原子结构与元素周期系52作为洪特规则的特例，等价轨道：作为洪特规则的特例，等价轨道： 全充满全充满 p p6 6、d d1010、f f1414 半充满半充满 p p3 3、d d5 5、f f7 7 全全 空空 p p0 0、d d0 0、f f0 0 的结构状态比较稳定的结构状态比较稳定例：例： 1919号号 K K 1s 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 64s4s1 1 原子实结构式为原子实结构式为 Ar4sAr4s1 1 24 24号号 Cr Ar3dCr Ar3d5

33、 54s4s1 1200379原子结构与元素周期系53原子的电子层结构和元素周期系 原子的电子层原子的电子层 原子的电子层结构与元素的分区原子的电子层结构与元素的分区 原子的电子层结构与周期的关系原子的电子层结构与周期的关系 原子的电子层结构与族的关系原子的电子层结构与族的关系 元素周期系的发展前景元素周期系的发展前景 200379原子结构与元素周期系54原子的电子层原子的电子层 注意几个例外注意几个例外 : :2424号号Cr 3dCr 3d5 54s4s1 1 29 29号号Cu 3dCu 3d10104s4s1 1 4040号号ZrZr 4d 4d2 25s5s2 2 41 41号号Nb

34、Nb 4d 4d4 45s5s1 1 4242号号Mo 4dMo 4d5 55s5s1 1 43 43号号TcTc 4d 4d5 55s5s2 2 4444号号RuRu 4s 4s7 75s5s1 1 45 45号号 RhRh 4d 4d8 85s5s1 1 4646号号Pd 4dPd 4d10 10 200379原子结构与元素周期系55原子的电子层结构原子的电子层结构与元素的分区与元素的分区 200379原子结构与元素周期系56原子的电子层结构原子的电子层结构与周期的关系与周期的关系 各周期元素的数目相应能级组中原子各周期元素的数目相应能级组中原子轨道所能容纳的电子总数轨道所能容纳的电子总数

35、2 2、8 8、8 8、1818、1818、3232 p p区从左上到右下的对角线为区从左上到右下的对角线为B B、Si Si、AsAs、TeTe、AtAt，在此诸元素的右上方位是非金，在此诸元素的右上方位是非金属，左下方位金属，对角线上及附近的属，左下方位金属，对角线上及附近的元素是准金属，有些具有半导体的性质，元素是准金属，有些具有半导体的性质，周期表中约周期表中约4/54/5的元素是金属。的元素是金属。 200379原子结构与元素周期系57原子的电子层结构原子的电子层结构与族的关系与族的关系 主族元素的族数（包括主族元素的族数（包括dsds区）该元素原子的区）该元素原子的最外层电子数该族

36、元素的最高化合价（除氧、最外层电子数该族元素的最高化合价（除氧、氟外）氟外） 副族元素的族数副族元素的族数=最高能级组中的电子总数最高能级组中的电子总数 或或 副族数（副族数（s+ds+d）电子数）电子数1010 200379原子结构与元素周期系58副族元素的氧化态均能呈现多种200379原子结构与元素周期系59元素周期系的发展前景200379原子结构与元素周期系60第三部分 元素基本性质的周期性 原子半径电离能 元素的电负性 电子亲合势 200379原子结构与元素周期系6131 原子半径 A.共价半径同种元素的两个原子共价单键连接时，核间距的一半。 一般 单键半径 双键半径 叁键半径B.金属

37、半径紧密堆积的金属晶体中以金属键结合的同种原子核间距离的一半。 同一原子的金属半径要大于共价半径1015% 。C.范德华半径非键和原子之间只靠分子间的作用力互相接近时，两原子的核间距的一半。 一般范德华半径最大（非键合），共价半径最小（轨道重叠），金属半径位中间（紧密堆积） 200379原子结构与元素周期系62原子半径在周期中的变化 1. 1.在短周期中，从左往右随着核电荷数的增在短周期中，从左往右随着核电荷数的增加，原子核对外层电子的吸引作用也相应加，原子核对外层电子的吸引作用也相应地增强，使原子半径逐渐缩小。地增强，使原子半径逐渐缩小。2.2. 在长周期中，自左向右原子半径缩小程度在长周期

38、中，自左向右原子半径缩小程度不大。不大。周期系中各相邻元素原子半径减少的平均幅度周期系中各相邻元素原子半径减少的平均幅度为：为：非过渡金属（非过渡金属（0.1pm0.1pm）过渡元素（）过渡元素（0.05 0.05 pmpm）内过渡元素（）内过渡元素（0.01 pm0.01 pm） 200379原子结构与元素周期系63原子半径在族中变化原子半径在族中变化 在同一主族中，从上到下，随在同一主族中，从上到下，随着核电荷数增加，元素原子的电着核电荷数增加，元素原子的电子层数增多，原子半径增大。子层数增多，原子半径增大。 副族元素的元素半径变化不副族元素的元素半径变化不明显，特别是第五、六周期的元明显

39、，特别是第五、六周期的元素的原子半径非常相近。这主要素的原子半径非常相近。这主要是由于镧系收缩所造成的结果。是由于镧系收缩所造成的结果。 200379原子结构与元素周期系64离子半径离子半径 在离子晶体中，正负离子间的吸引作用在离子晶体中，正负离子间的吸引作用和排斥作用达平衡时，使正、负离子间保持和排斥作用达平衡时，使正、负离子间保持着一定的平衡距离，这个距离叫核间距，结着一定的平衡距离，这个距离叫核间距，结晶学上常以符号晶学上常以符号d d表示。表示。 离子半径大致有如下的变化规律：离子半径大致有如下的变化规律： 1.1.在周期表各主族元素中，由于自上而下电在周期表各主族元素中，由于自上而下

40、电子层依次增多，所以具有相同电荷数的同子层依次增多，所以具有相同电荷数的同族离子的半径依次增大。族离子的半径依次增大。例如例如 LiLi+ +NaNa+ +KK+ +RbRb+ +CsCs+ + F FClClBrBrIMgMg2+2+AlAl3+3+ 3.3.若同一元素能形成几种不同电荷的正离子时，则若同一元素能形成几种不同电荷的正离子时，则高价离子的半径小于低价离子的半径。高价离子的半径小于低价离子的半径。例如例如 r rFeFe3+3+(60 pm) (60 pm) r rFeFe2+2+(75 pm) (75 pm) 4.4.负离子的半径较大，正离子的半径较小。负离子的半径较大，正离子

41、的半径较小。 5.5.周期表中处于相邻族的左上方和右上方斜对角线周期表中处于相邻族的左上方和右上方斜对角线上的正离子半径近似相等。上的正离子半径近似相等。 例如例如 Li Li(60pm) (60pm) MgMg2 2(65 pm)(65 pm) ScSc3 3(81pm) (81pm) ZrZr4 4(80pm)(80pm) Na Na+ +(95(95pmpm) ) CaCa2+2+(99(99pmpm) ) 200379原子结构与元素周期系6632 电离能 定义：从气态的基态原子中移去一个电子定义：从气态的基态原子中移去一个电子所需的最低能量，用焓的改变量来表示所需的最低能量，用焓的改变

42、量来表示 从气态的一价正离子中移去一个电子的焓从气态的一价正离子中移去一个电子的焓的改变量的改变量 元素的第一电离势越小，表示它越容易失元素的第一电离势越小，表示它越容易失去电子，即该元素的金属性越强。去电子，即该元素的金属性越强。 1IH)g( e)g(A)g(A22IH)g( e)g(A)g(A200379原子结构与元素周期系67200379原子结构与元素周期系68影响因素 原子核电荷原子核电荷（同一周期）即电子层数相同，（同一周期）即电子层数相同，核电荷数越多、半径越小、核对外层电子引力核电荷数越多、半径越小、核对外层电子引力越大、越不易失去电子，电离势越大。越大、越不易失去电子，电离势越大。 原子半径原子半径（同族元素）原子半径越大、原（同族元素）原子半径越大、原子核对外层电子的引力越小，越容易失去电子，子核对外层电子的引力越小，越容易失去电子，电离