第二章原子结构

1、第二章原子结构第1页，共87页。2.1 氢原子光谱和微观粒子的运动特征氢原子光谱和微观粒子的运动特征 光谱的种类：连续光谱和线状光谱光谱的种类：连续光谱和线状光谱2.1.1 氢原子光谱和玻尔理论氢原子光谱和玻尔理论 连续光谱连续光谱第2页，共87页。1 氢原子光谱氢原子光谱第3页，共87页。氢原子光谱特征氢原子光谱特征:不连续的不连续的,线状的线状的. 有规律有规律1 -222115s )11(10289. 3nnv12nn 第4页，共87页。2 Bohr理论理论(1)核外电子只能在有确定半径和能量的轨道核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上运动上运动,且不辐射能量且不辐射能量;(2)通常保持

2、能量最低通常保持能量最低-基态基态(3)获能量激发获能量激发-激发态激发态(4)从激发态回到基态释放光能从激发态回到基态释放光能hEEEEh1212 E: 轨道的能量轨道的能量：光的频率：光的频率 h: Planck常数常数第5页，共87页。 E: 轨道的能量轨道的能量：光的频率：光的频率 h: Planck常数常数hEEEEh1212第6页，共87页。1924年：年：Louis de Broglie认为：认为： 质量为质量为 m , 运动速度为运动速度为v 的粒子的粒子,相应的波长为：相应的波长为：常量PlancksJ10626.6/34hphmvh2.1.2 微观粒子运动的特性微观粒子运动

3、的特性第7页，共87页。 美国物理学家戴维逊（美国物理学家戴维逊（CTDivission）和革麦（和革麦（LHGermer）19271927年电子衍射实验成功。他们采用一束电子年电子衍射实验成功。他们采用一束电子流，通过镍晶体（作为光栅），结果得到和光衍射相似的一流，通过镍晶体（作为光栅），结果得到和光衍射相似的一系列衍射圆环系列衍射圆环 。 图图3-1 电子衍射示意图电子衍射示意图 第8页，共87页。电子衍射原理电子衍射原理 可见，物质波是大量微粒运动（或者是一个粒子的千可见，物质波是大量微粒运动（或者是一个粒子的千万次运动）所表现出来的性质，是微粒行为统计性的结果万次运动）所表现出来的性质

4、，是微粒行为统计性的结果。 第9页，共87页。电子衍射图像电子衍射图像 从电子衍射图像可以看从电子衍射图像可以看出：出： 衍射强度（即电子波强度）衍射强度（即电子波强度）大的地方，电子出现的机会大的地方，电子出现的机会多，或用数学术语讲多，或用数学术语讲, 电子出电子出现的几率大现的几率大, 衍射强度小的地衍射强度小的地方方, 电子出现的几率小。也就电子出现的几率小。也就是说是说, 空间任一点波的强度和空间任一点波的强度和微粒微粒(电子电子) 出现的几率成正出现的几率成正比比, 所以物质波又叫几率波。所以物质波又叫几率波。电子衍射环纹示意图电子衍射环纹示意图 微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒

5、二象性第10页，共87页。2.2.12.2 氢原子核外电子的现代描述氢原子核外电子的现代描述薛定谔方程的解薛定谔方程的解-波函数波函数 一定的波函数表示一种电子的运动状态一定的波函数表示一种电子的运动状态 薛定谔方程薛定谔方程微粒的波动方程微粒的波动方程第11页，共87页。222222228 mEVxyzh 2.2.2 微观粒子的运动方程微观粒子的运动方程Schrdinger方程方程1. 微观粒子的运动方程微观粒子的运动方程Schrdinger方程方程2. 波函数的物理意义：波函数的物理意义： 表示在原子核外空间一个质量为表示在原子核外空间一个质量为m，离核的距离为离核的距离为r的电的电子在核

6、电场势能作用下的运动状态。子在核电场势能作用下的运动状态。注意：注意：波函数没有非常直观的物理图像，其平方波函数没有非常直观的物理图像，其平方 的值的值 ，代表电子在核外空间某点电子，代表电子在核外空间某点电子 出现的概率密度。出现的概率密度。2第12页，共87页。3 3、电子云的概念、电子云的概念R 在量子力学中采用数学统计的方法，即对一个电在量子力学中采用数学统计的方法，即对一个电子多次的行为或许多电子的一次行为进行总的研究，子多次的行为或许多电子的一次行为进行总的研究，可以统计出电子在核外空间某单位体积中出现机会的可以统计出电子在核外空间某单位体积中出现机会的多少，这个机会在数学上称为多

7、少，这个机会在数学上称为概率密度。概率密度。 例如：对氢原子核外的千百万个电子的运动状态统例如：对氢原子核外的千百万个电子的运动状态统计而言，电子在核外空间的运动是有规律的，在一个球计而言，电子在核外空间的运动是有规律的，在一个球形区域里经常出现，如一团带负电荷的云雾，笼罩在原形区域里经常出现，如一团带负电荷的云雾，笼罩在原子核的周围，称之为子核的周围，称之为电子云电子云。第13页，共87页。电子云实质归纳电子云实质归纳 可见：电子云是电子在核外可见：电子云是电子在核外空间出现概率密度分布的一种空间出现概率密度分布的一种形象描述。形象描述。电子云的正确意义电子云的正确意义并不是说电子真的象云那

8、样分并不是说电子真的象云那样分散不再是一个粒子而只是电子散不再是一个粒子而只是电子行为统计结果的一种形象表示行为统计结果的一种形象表示法法 。氢原子基态电子云氢原子基态电子云 将氢原子核位于中心，用小黑点的密疏表示核外电子概将氢原子核位于中心，用小黑点的密疏表示核外电子概率密度的大小，得到氢原子基态电子云图，这团率密度的大小，得到氢原子基态电子云图，这团“电子云雾电子云雾”呈球形对称。呈球形对称。 第14页，共87页。4. 量子数量子数 求解波函数的结果可得到结果：求解波函数的结果可得到结果：()( )()rR rY， ，其中：其中：( )R r 是与离核距离r有关的函数，称为：径向波函数()

9、Y，是与角度 ， 有关的函数，称为：角度波函数量子数：在量子力学中波函数的每一组合理解量子数：在量子力学中波函数的每一组合理解 都决定一种核外的具体能量形式，即都决定一种核外的具体能量形式，即 一个原子轨道，并代表核外电子的一一个原子轨道，并代表核外电子的一 种运动状态。种运动状态。第15页，共87页。2.2.3 概率密度和电子云概率密度和电子云概率密度概率密度=概率概率/体积体积1. 概率密度概率密度第16页，共87页。2. 电子云电子云 ：2第17页，共87页。2.2.4 波函数和电子云的图像波函数和电子云的图像波函数的角度部分波函数的角度部分 ，将其作图，将其作图可得波函数得角度分布图。

10、可得波函数得角度分布图。()Y，1.原子轨道的角度分布原子轨道的角度分布sxzypxyxpxyzpxz第18页，共87页。xydxyyzdyzxzdxz2zdxz22xydxy第19页，共87页。第20页，共87页。第21页，共87页。第22页，共87页。2.电子云的角度分布电子云的角度分布sxzxpxyypxyzpxz第23页，共87页。xydxyyzdyzxzdxz2zdxz22xydxy第24页，共87页。电子云图电子云图第25页，共87页。第26页，共87页。第27页，共87页。 d轨道图形2Z3d第28页，共87页。22d3yx n=3, l=2第29页，共87页。n=3, l=2x

11、yd3第30页，共87页。n=3, l=2xzd3第31页，共87页。n=3, l=2yzd3第32页，共87页。2.2.5 四个量子数的物理意义四个量子数的物理意义一一 主量子数主量子数 n角量子数角量子数l 三三 磁量子数磁量子数 m 四四 自旋量子数自旋量子数 ms第33页，共87页。1、 主量子数主量子数n含意含意：描述原子中电子出现几率较大区域离核的远：描述原子中电子出现几率较大区域离核的远近，或者说它是决定电子层数的。近，或者说它是决定电子层数的。取值取值：1、2、3、4等正整数。等正整数。符号符号：K、L、M、N例：例：n=1代表电子离核最近，属于第一电子层；代表电子离核最近，属

12、于第一电子层；n=2代表电子离核的距离比第一层稍远，属于第二电代表电子离核的距离比第一层稍远，属于第二电子层，如此类推。子层，如此类推。n值越大，表示电子离核的平值越大，表示电子离核的平均距离越远。主量子数均距离越远。主量子数n是确定电子离核远近和是确定电子离核远近和能级高低的主要参数能级高低的主要参数。第34页，共87页。2、 角量子数角量子数l含意含意：表示原子轨道的形状和同一电子层中亚：表示原子轨道的形状和同一电子层中亚层的数目。层的数目。取值取值：小于：小于n的正整数（包括的正整数（包括0）。）。符号符号：s、p、d、fl=0，表示圆球形；表示圆球形； l =1表示哑铃形；表示哑铃形；

13、 l =2表示表示花瓣形花瓣形例：例：n=2，则则l =0， l =1，表示第二电子层有两个表示第二电子层有两个亚层，一个是球形分布的亚层，一个是球形分布的2s轨道，另一个是哑铃轨道，另一个是哑铃形分布的形分布的2p轨道。轨道。第35页，共87页。3、 磁量子数磁量子数m含意含意：表示原子轨道在空间的伸展方向。：表示原子轨道在空间的伸展方向。取值取值：0、1、2 2、 l例：例： l =1时，时，m=0、1 1，即可取三个值（即可取三个值（-1-1、0 0、1 1），表示），表示p p轨道共有三种不同的伸展方向轨道共有三种不同的伸展方向（px、py、pz）。）。px、py、pz轨道，能量相同，

14、又称为简轨道，能量相同，又称为简并轨道。并轨道。 由上可知由上可知：n、 l 、m三个量子数确定了一个轨道三个量子数确定了一个轨道 第36页，共87页。4、 自旋量子数自旋量子数ms含意含意：决定电子在空间的自旋方向。：决定电子在空间的自旋方向。取值取值： -1/2和和+1/2 综上所述：每个电子的运动状态可每个电子的运动状态可用四个量子数（用四个量子数（n、 l 、m、ms）来描来描述述。 Electron spin visualized第37页，共87页。 小结小结：量子数相互之间的联系和制约关量子数相互之间的联系和制约关系可知：每一个电子层中，由于原子轨道形系可知：每一个电子层中，由于原

15、子轨道形状的不同，可有不同的亚层；又由于原子轨状的不同，可有不同的亚层；又由于原子轨道在空间伸展方向不同，每一个亚层中可有道在空间伸展方向不同，每一个亚层中可有几个不同的原子轨道；每一个原子轨道中又几个不同的原子轨道；每一个原子轨道中又可有两个电子处于自旋方向不同的运动状态可有两个电子处于自旋方向不同的运动状态。 第38页，共87页。小结小结:量子数与电子云的关系量子数与电子云的关系(1) n: 决定电子云的大小决定电子云的大小(2) l: 描述电子云的形状描述电子云的形状(3) m: 描述电子云的伸展方向描述电子云的伸展方向 第39页，共87页。思考题思考题: 当当n为为3时时, l ,m,

16、分别可以取何值分别可以取何值? 轨道的名称怎样轨道的名称怎样?解：解：n=3，则则l =0、1、2，即第三电子层有即第三电子层有3s、3p、3d三个亚层。三个亚层。 l =0时，对应时，对应m=0，即即3s亚层只亚层只有一个原子轨道有一个原子轨道3s； l =1时，对应时，对应m=0、1，三种取值，即三种取值，即3p亚层只有三个伸展方向不同的原亚层只有三个伸展方向不同的原子轨道子轨道3px、3py、3pz； l =2时，对应时，对应m=0、1、2，五种取值，即五种取值，即3d亚层只有五个伸展方向不亚层只有五个伸展方向不同的原子轨道同的原子轨道3dx2-y2、3dz2、3dxz、3dyz、3dx

17、y。 第40页，共87页。3d: : n=3、角量子数角量子数l =2。该亚层有该亚层有5种不同空间轨道取向的轨道（由磁量子数种不同空间轨道取向的轨道（由磁量子数m=0、1 1、2 2决定），决定），每一种空间轨道又各可容纳每一种空间轨道又各可容纳2个不同自旋量子数（个不同自旋量子数（ms=1/2）的电子，所以最多可容纳的电子，所以最多可容纳25=10个电子。个电子。 例：指出符号例：指出符号4px、3d所表示的意义及电子的最大容量？所表示的意义及电子的最大容量？解：解：4px：n=4、角量子数角量子数l =1、轨道中最多可容纳轨道中最多可容纳2个电子。个电子。第41页，共87页。例：当主量子

18、数例：当主量子数n=4时，有几个能级？各能级有几个轨道？时，有几个能级？各能级有几个轨道？ 最多能容纳多少个电子？最多能容纳多少个电子？例：例： n l m 轨道数轨道数 容纳电子数容纳电子数 4 0 s 1 2 1 p 3 6 2 d 5 10 3 f 7 14 n2 2n2 第42页，共87页。例：在某原子的某一电子层中，例：在某原子的某一电子层中， l =2的能级上，原子轨道的能级上，原子轨道 有几个？并画出该能级下的可能的电子云图？有几个？并画出该能级下的可能的电子云图？xydxyyzdyzxzdxz2zdxz22xydxy第43页，共87页。轨道轨道:与氢原子类似与氢原子类似,其电子

19、运动状态可描其电子运动状态可描 述为述为1s, 2s, 2px, 2py, 2pz, 3s轨道的能量轨道的能量:与氢原子不同与氢原子不同, 能量不仅与能量不仅与n有有 关关, 也与也与l有关。有关。2.3.1 多电子原子轨道的能级多电子原子轨道的能级2.3 多电子原子核外电子的运动状态多电子原子核外电子的运动状态第44页，共87页。1 Pauling近似能级图近似能级图第45页，共87页。多电子原子轨道的能级顺序多电子原子轨道的能级顺序1s 2s2p 3s 3p 4s3d4p 5s4d5p 6s4f5d6p 7s5f6d7p第46页，共87页。2.屏蔽效应和有效核电荷屏蔽效应和有效核电荷(1)

20、 屏蔽效应屏蔽效应:由于电子间的相互排斥作用而引起原子由于电子间的相互排斥作用而引起原子核对外层电子吸引力减弱的效应。核对外层电子吸引力减弱的效应。 。iZZ i :屏蔽常数屏蔽常数，其取值为：其取值为：1. 1s轨道上的两个电子之间：轨道上的两个电子之间： s=0.302. 其它同层电子之间：其它同层电子之间：s=0.353. (n-1)层电子对层电子对n层电子层电子: s=0.854. (n-2)层以内电子对层以内电子对n层电子层电子: s=1.00（2）有效核电荷：）有效核电荷：第47页，共87页。例：例：N原子核作用在一个原子核作用在一个2p电子上的有效核电荷电子上的有效核电荷 是多少

21、？是多少？7(4 0.352 0.85)3.90iZZ 第48页，共87页。3 穿钻效应穿钻效应 外层电子钻入原子核附近，而使体系能量外层电子钻入原子核附近，而使体系能量降低的现象。降低的现象。 第49页，共87页。穿钻效应的结果：穿钻效应的结果： 电子的穿钻效应越大，它受到的其它电子电子的穿钻效应越大，它受到的其它电子的屏蔽作用就越小，受到核的引力就越强，能的屏蔽作用就越小，受到核的引力就越强，能量就越低。量就越低。第50页，共87页。4. Cotton原子轨道能级图原子轨道能级图第51页，共87页。 (1) 最低能量原理最低能量原理 电子在核外排列应尽先分布在低能级轨道电子在核外排列应尽先

22、分布在低能级轨道上上, 使整个原子系统能量最低。使整个原子系统能量最低。2.3.2 多电子原子核外电子的排布多电子原子核外电子的排布1. 核外电子的排布原则核外电子的排布原则1s 2s2p 3s 3p 4s3d4p 5s4d5p 6s4f5d6p 7s5f6d7p第52页，共87页。 (2) Pauli不相容原理不相容原理 每个原子轨道中最多容纳两个自旋式相反每个原子轨道中最多容纳两个自旋式相反的电子。的电子。 (3) Hund 规则规则 电子在等价轨道上排布时，总是尽可能分电子在等价轨道上排布时，总是尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同。占不同的轨道，且自旋方向相同。第53页，共87页。例：

23、例：N:Hund规则的规则的特例：特例： 当轨道处于全满当轨道处于全满,半满半满.全空时全空时,原子较稳定原子较稳定26号号Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2第54页，共87页。Question 根据根据Hunds rule, , 下列三种下列三种排布中哪一种是氮原子的实际排布中哪一种是氮原子的实际电子组态电子组态? ? 1 s 2 s 2 px 2 py 2 pz 1 s 2 s 2 px 2 py 2 pz 1 s 2 s 2 px 2 py 2 pz第55页，共87页。122626422262651524Cr :1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 1s

24、2s 2p 3s 3p 3d 4s Ar 3d 4s12262692226261011029Cu :1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s Ar 3d 4s第56页，共87页。氖氖(Ne)原子核外电子排布原子核外电子排布氖氖(Ne)原子核外有原子核外有10个电子，根据电子排布三原则，氖的原个电子，根据电子排布三原则，氖的原子结构可以用电子构型表示为子结构可以用电子构型表示为1s2 2s22p6。这种最外电子层为这种最外电子层为8电子的结构，通常是一种比较稳定的结构，称为电子的结构，通常是一种比较稳定的结构，称为稀有气体结稀有气体结构构。 钠钠(Na)

25、原子核外电子排布原子核外电子排布 钠钠(Na)原子核外共有原子核外共有11个电子，按照电子排布顺序，个电子，按照电子排布顺序，电子构型为电子构型为1s2 2s2 2p63s1。 为避免电子结构式书写过繁，可把内层电子已达到稀有为避免电子结构式书写过繁，可把内层电子已达到稀有气体结构的部分写成气体结构的部分写成“原子实原子实”，以稀有气体的元素符号，以稀有气体的元素符号外加方括号来表示。例如：钠原子的电子构型也可以表外加方括号来表示。例如：钠原子的电子构型也可以表示为示为 Ne3s1。第57页，共87页。2+Mn例：写出的核外电子排布式226265Mn1s 2s 2p 3s 3p 3d2 故：

26、：2262625252262652Mn : 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s整理：第58页，共87页。例：氮原子最外层有例：氮原子最外层有5个电子，写出每个电个电子，写出每个电 子对应的量子数？子对应的量子数？例：例： n l m ms 2 0 0 +1/2 0 0 - 1/2 1 -1 +1/2 -1/2 1 0 +1/2 -1/2 1 +1 +1/2 -1/2第59页，共87页。2 元素原子的核外电子的排布式元素原子的核外电子的排布式电子填入轨道的顺序是：电子填入轨道的顺序是：1s 2s2p 3s 3p 4s3d4p 5s4d5p 6s4f

27、5d6p 7s5f6d7p一一 二二 三三 四四 五五 六六 七七 能级组能级组记忆方式：记忆方式：1 2 2 3 3 4 4ns (n-2) f (n-1)d np第60页，共87页。例：将第四能级组各能级用量子数来表示例：将第四能级组各能级用量子数来表示 n l4s 4 03d 3 24p 4 1第61页，共87页。3、价层电子分布式、价层电子分布式价电子所在的亚层，称为价层（价层中的电子并价电子所在的亚层，称为价层（价层中的电子并非一定是价电子）。价层的电子分布式能反映出非一定是价电子）。价层的电子分布式能反映出该元素原子电子层结构的特征。该元素原子电子层结构的特征。1）主族和零族元素原

28、子主族和零族元素原子：指最外层：指最外层s电子和电子和p电子，电子，如如16S：3s23p42）副族元素和副族元素和族元素原子族元素原子：指最外层：指最外层s电子和次电子和次外层外层d电子，如电子，如22Ti：3d24s2第62页，共87页。2.3.3 元素的原子结构和周期系元素的原子结构和周期系能级组能级组 元素数目元素数目 周期周期1s 2 12s2p 8 23s 3p 8 34s3d4p 18 45s4d5p 18 56s4f5d6p 32 67s5f6d7p 7短周期长周期第63页，共87页。2.3.4 原子的电子层结构和元素周期表的分区原子的电子层结构和元素周期表的分区s区p区d区d

29、s区f区第64页，共87页。1、周期周期与原子核外电子层数相一致；与最高能级组数一致与原子核外电子层数相一致；与最高能级组数一致2、 族族 主族元素的族数等于该族元素原子最外电子层的电子数。副主族元素的族数等于该族元素原子最外电子层的电子数。副族元素的族数较为复杂。族元素的族数较为复杂。 3、 元素的分区元素的分区最后一个电子填入在那个能级上，就在那个区上。其中最后一个电子填入在那个能级上，就在那个区上。其中ds区元素：指最后一个电子填入在区元素：指最后一个电子填入在d能级并且达到能级并且达到d10状态状态的元素。的元素。 第65页，共87页。分区ns1-2价电子构型族BBVV ，BB AAV

30、 ，零族1 82(1)ndns101 2(1)ndns21 6ns npspdds第66页，共87页。例：已知某元素的原子序数为例：已知某元素的原子序数为25，写出该元素原子，写出该元素原子的电结构式，并指出该元素的名称、符号、所属的的电结构式，并指出该元素的名称、符号、所属的周期和族。周期和族。解：原子序数为解：原子序数为2525，可知元素的核外有，可知元素的核外有2525外电子外电子，其排布为，其排布为Ar 3d54s2，属属d d区元素。最高能级区元素。最高能级组为组为4 4，故属于第四周期。最高能级组有，故属于第四周期。最高能级组有7 7个电个电子，且最后一个电子填入子，且最后一个电子

31、填入d d能级，故应处在能级，故应处在。即：锰，元素符号。即：锰，元素符号MnMn。 第67页，共87页。 适用金属元素适用金属元素 固体中测定两个最邻近原固体中测定两个最邻近原子的核间距一半子的核间距一半 适用非金属元素适用非金属元素 测定单质分子中两个相邻原子的测定单质分子中两个相邻原子的 核间距一半核间距一半一、原子半径一、原子半径( (atomic radius) ) 严格地讲，由于电子云没有边界，原子半径也就无一定数严格地讲，由于电子云没有边界，原子半径也就无一定数. .但但人总会有办法的人总会有办法的. .迄今所有的原子半径都是在结合状态下测定的迄今所有的原子半径都是在结合状态下测

32、定的. . 金属半径金属半径(metallic radius)共价半径共价半径(covalent radius)2.4 元素性质的周期性元素性质的周期性第68页，共87页。同周期原子半径的变化趋势同周期原子半径的变化趋势总趋势：随着原子序数的增大总趋势：随着原子序数的增大,原子半径自左至右减小原子半径自左至右减小.解解 释释: 电子层数不变的情况下电子层数不变的情况下,有效核电荷的增大导有效核电荷的增大导致核对外层电子的引力增大致核对外层电子的引力增大.第69页，共87页。主族元素：从左到右主族元素：从左到右 r 减减小小 从上到下从上到下 r 增大增大过渡元素：从左到右过渡元素：从左到右 r

33、 缓慢减小缓慢减小 从上到下从上到下 r略略有增大有增大 镧系收缩镧系收缩:镧系元素原子半径随原子序数的增加总的趋势是减小。从镧到镥，原子序数镧系元素原子半径随原子序数的增加总的趋势是减小。从镧到镥，原子序数增加增加15，而原子半径却减小了，而原子半径却减小了0.14埃。因为从铈开始，电子逐个填入内部未满的埃。因为从铈开始，电子逐个填入内部未满的4f亚层亚层上，由于上，由于4f电子对电子对s和和d电子的屏蔽不完全，原子的有效核电荷略有增大，对核外电子的吸引也电子的屏蔽不完全，原子的有效核电荷略有增大，对核外电子的吸引也略有增强，故原子半径逐渐收缩，称镧系收缩。结果使过渡元素第五、六周期的同族元

34、素的原子略有增强，故原子半径逐渐收缩，称镧系收缩。结果使过渡元素第五、六周期的同族元素的原子半径接近，性质相似。半径接近，性质相似。变化规律：变化规律：第70页，共87页。第71页，共87页。主族元素主族元素第72页，共87页。 元素的原子半径变化元素的原子半径变化第73页，共87页。二、电离能二、电离能 1、电离能的定义、电离能的定义 元素的气态原子在基态时失元素的气态原子在基态时失1个电子成为个电子成为1价气态正离子价气态正离子所消耗的能量称为该元素的第一电离能所消耗的能量称为该元素的第一电离能 （Il）。）。 一价气态正离子再失去一个电子成为二价正离子所一价气态正离子再失去一个电子成为二

35、价正离子所需要的能量称为第二电离能需要的能量称为第二电离能(I2)。 依次类推，还可以有第三电离能（依次类推，还可以有第三电离能（I3）、）、第四电离能（第四电离能（I4）等等。等等。 I1I2I3I4 E (g) = E+ (g) + e- I 1E+ (g) =E 2+ (g) + e- I 2第74页，共87页。例如：例如： A1 A1（g g）- e - e A1 A1+ +g g I I1 1 = 578 kJ= 578 kJmo1mo1-1-1 Al Al+ +（g g）- e - e A1 A12+2+（g g） I I2 2 = 1823kJ.mo1= 1823kJ.mo1-1

36、-1 A1 A12+2+（g g）- e - e A1 A13+3+（g g） I I3 3 = 2751 kI= 2751 kImo1mo1-1-1 电离能的大小反映了原子失去电子的难易。电离能的大小反映了原子失去电子的难易。 电离能愈大，电离能愈大， 原子失去电子时吸收能量愈大，原子失去原子失去电子时吸收能量愈大，原子失去电子愈难电子愈难； 电离能愈小，原子失去电子愈易。元素的原子电离能越小表电离能愈小，原子失去电子愈易。元素的原子电离能越小表示它越容易失去电子，即该元素的金属性越强。示它越容易失去电子，即该元素的金属性越强。第75页，共87页。2 2、元素的电离能的变化规律元素的电离能的

37、变化规律 （1） 同一周期的元素具有相同的电子层数，从左到右核同一周期的元素具有相同的电子层数，从左到右核电荷增加，原子的半径减小，核对外层电子的引力增大，越电荷增加，原子的半径减小，核对外层电子的引力增大，越不易失去电子。因此，不易失去电子。因此，一般同一周期从左到右电离能增大。一般同一周期从左到右电离能增大。 （2）同一族的元素，原子半径增大起主要作用，随半径增）同一族的元素，原子半径增大起主要作用，随半径增大，核对电子引力减小，越易失去电子。因此，大，核对电子引力减小，越易失去电子。因此，同一族的元同一族的元素从上到下电离能减小。素从上到下电离能减小。 （3） 电子层结构是影响电离能的第

38、三个因素。电子层结构是影响电离能的第三个因素。具有全具有全充满和半充满的电子层结构，稳定性较高，电离能最充满和半充满的电子层结构，稳定性较高，电离能最大大 。第76页，共87页。电离能与离子价态的关系电离能与离子价态的关系 电离能的大小可以决定元素通常呈现的价态，举例如下：电离能的大小可以决定元素通常呈现的价态，举例如下： 钠（钠（Na)：第一电离能较低，为第一电离能较低，为5.139eV，第二电离第二电离能突跃地升高，为能突跃地升高，为47.286eV，表明表明Na易失去一个电子，易失去一个电子，形成形成1价离子。价离子。 镁镁(Mg)：第一、二电离能较低，分别为第一、二电离能较低，分别为7

39、.646和和15.035eV，第三电离能突跃地升高，为第三电离能突跃地升高，为80.143eV，表表明镁易失去两个电子，而第明镁易失去两个电子，而第3个电子难失去，形成个电子难失去，形成2价离价离子。子。 铝铝(Al)：第一、二、三电离能相差不大，而第四电第一、二、三电离能相差不大，而第四电离能突跃升高，表明铝易失去离能突跃升高，表明铝易失去3个电子，形成个电子，形成3价离子价离子。第77页，共87页。电离能变化电离能变化第78页，共87页。 X(g) + e- = X- (g) eaEX- (g) + e- = X 2- (g) 2eaEO- (g) + e- = O2- (g) Eea2

40、= -780 kJ . mol-1( )eaF geFE如：1322eaEkJmol 1、电子亲和能的定义、电子亲和能的定义 元素的气态原子在基态时得到一个电子成为元素的气态原子在基态时得到一个电子成为1价气态价气态负离子所放出的能量称负离子所放出的能量称电子亲和能电子亲和能 。 三、电子亲和能三、电子亲和能 第79页，共87页。非金属原子的第一电子亲和能总是负值，而金属原非金属原子的第一电子亲和能总是负值，而金属原子的电子亲和能一般负值较小子的电子亲和能一般负值较小(或为正值或为正值)。 电子亲和能的大小反映了原子得到电子的难易电子亲和能的大小反映了原子得到电子的难易。电子亲和能愈大，原子得

41、到电子时放出的能。电子亲和能愈大，原子得到电子时放出的能量愈多，因此愈容易得到电子。量愈多，因此愈容易得到电子。 电子亲和能的大小也主要决定于电子亲和能的大小也主要决定于原子的有效核原子的有效核电荷、原子半径和原子的电子层结构。电荷、原子半径和原子的电子层结构。第80页，共87页。一些元素的电子亲合能一些元素的电子亲合能 / kJmol-1 第81页，共87页。电子亲合能电子亲合能的变化规律的变化规律（1）同周期元素：从左到右元素的电子亲和能绝对值逐）同周期元素：从左到右元素的电子亲和能绝对值逐渐增大。渐增大。 同一周期中：同一周期中：卤素卤素的电子亲和能绝对值最大；的电子亲和能绝对值最大； 氮族元素氮族元素有比较稳定价电子层结构（有比较稳定价电子层结构（ns2np3），）， 电子亲电子亲和能绝对值较小；和能绝对值较小