天津大学无机化学原子结构与元素周期性全学习教案

1、会计学1天津大学无机化学天津大学无机化学(wjhuxu)原子结构与原子结构与元素周期性全元素周期性全第一页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)氢原子中的电子在原子核周围有确定半径氢原子中的电子在原子核周围有确定半径和能量的圆形轨道中运动。电子在这些轨和能量的圆形轨道中运动。电子在这些轨道上运动不吸收能量或放出能量道上运动不吸收能量或放出能量波尔氢原子模型波尔氢原子模型(mxng)nEn/J1-2.179 10-18 2-5.45 10-19 3-2.42 10-19 4-1.36 10-19 5 -8.72 10-20 6-6.05 10-20 n越小越小, 离核越近离核越近

2、, 轨道能量轨道能量(nngling)越低越低, 势能值越负势能值越负n第2页/共71页第二页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)处于激发态的电子不稳定，要跳回到能量处于激发态的电子不稳定，要跳回到能量较低的轨道较低的轨道, 以光的形式放出能量以光的形式放出能量(即光谱即光谱谱线对应的能量谱线对应的能量) 正常状态下，原子中的电子尽可能在离核正常状态下，原子中的电子尽可能在离核最近、能量最低的轨道上运动最近、能量最低的轨道上运动(基态基态)波尔氢原子模型波尔氢原子模型(mxng)基态基态(j ti) 激发态激发态(电子处电子处于能于能 量较高的状态量较高的状态)吸收能量吸收能

3、量(跃迁跃迁)放出能量放出能量En(2)-En(1)=h h Planck常数常数 光的频率光的频率第3页/共71页第三页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu) -0.445 -0.605 -0.872 -1.36 -2.42 -5.45 -21.79E/10-19J7 6 5 4 3 2 1n121.6nm120.6nm97.25nm94.98nm93.78nm93.14nm656.5nm486.1nm434.1nm410.2nm397.2nmH H H H H 如如氢原子光谱氢原子光谱(gungp)中中的的H线线 En2-En1= h h Planck常数常数 光的频率光的

4、频率= = = 4.57 1014s-1 En3-En2 -2.42 10-19J- (-5.45 10-19J) h 6.626 10-34Js 32= = = 656.5nm 32 4.57 1014s-1 c(光速光速) 3 108ms-1 第4页/共71页第四页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)严重的局限性。只能解释单电子原子严重的局限性。只能解释单电子原子(或或 离子离子)光谱的一般现象，不能解释多电子光谱的一般现象，不能解释多电子 原子光谱原子光谱成功地解释了氢原子和类氢原子成功地解释了氢原子和类氢原子(如如He+、 Li2+)的光谱现象的光谱现象, 推动了原子

5、结构的发展推动了原子结构的发展 波尔氢原子模型波尔氢原子模型(mxng)波尔理论的缺陷，促使人们去研究和建波尔理论的缺陷，促使人们去研究和建 立能描述原子内电子运动规律的量子力立能描述原子内电子运动规律的量子力 学原子模型学原子模型第5页/共71页第五页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)第二节原子结构的近代第二节原子结构的近代(jndi)概念概念第五章第五章 原子结构和元素原子结构和元素(yun s)周期性周期性 第二节第二节 原子结构的近代概念原子结构的近代概念 第6页/共71页第六页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)原子结构的近代原子结构的近代(jn

6、di)概念概念电子电子(dinz)的波粒二象性的波粒二象性概率和概率密度概率和概率密度原子轨道原子轨道电子电子(dinz)云云量子数量子数第7页/共71页第七页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)5.2.1 电子电子(dinz)的波粒二象的波粒二象性性 20世纪初人们世纪初人们(rn men)已经发现，光不仅有微粒的已经发现，光不仅有微粒的性质，而且有波动的性质，即具有波粒二象性。性质，而且有波动的性质，即具有波粒二象性。 1924年，年，Louis de Broglie(德布罗意德布罗意)认为：认为：质量为质量为m, 运动运动速度为速度为的粒子，相应的波长为：的粒子，相应的

7、波长为：=h/m=h/p，h=6.62610-34Js，Plank常量。常量。 1927年，年，Davissson和和Germer应用应用Ni晶体进行电子晶体进行电子衍射实验，证实电子具有波衍射实验，证实电子具有波动性。动性。第8页/共71页第八页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)5.2.2 概率概率(gil)和概率和概率(gil)密度密度概率：电子概率：电子(dinz)在原子核外空间某处出现的机率。在原子核外空间某处出现的机率。 量子力学认为，原子中个别电子运动的轨量子力学认为，原子中个别电子运动的轨迹是无法确定的，亦即没有确定的轨道，这一迹是无法确定的，亦即没有确定的轨

8、道，这一点是与经典力学有原则的差别。但是原子中电点是与经典力学有原则的差别。但是原子中电子在原子核外的分布还是有规律的：核外空间子在原子核外的分布还是有规律的：核外空间某些区域电子出现的概率较大，而另一些区域某些区域电子出现的概率较大，而另一些区域电子出现的概率较小。电子出现的概率较小。概率密度：概率密度：电子在原子核外空间某处单位体积内电子在原子核外空间某处单位体积内出现的概率。出现的概率。第9页/共71页第九页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)5.2.3 原子轨道原子轨道1. 波函数波函数Schrdinger方程(fngchng)VEhmzyx222222228常数：P

9、lanckh：势能V：能量E波函数： ：质量m：空间直角坐标zyx,第10页/共71页第十页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)直角坐标直角坐标(zh jio zu bio)( x,y,z)与球坐标与球坐标(r,)的转换的转换 222zyxrcosrz qsinsinry qcossinrxqq, , rzyx q,YrR第11页/共71页第十一页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu) 在量子力学在量子力学(lin z l xu)中是用波函数中是用波函数和与其对应的能量来描述微观粒子的运动状和与其对应的能量来描述微观粒子的运动状态的态的. 原子原子(yunz)

10、中电子的波函数中电子的波函数既然是描述既然是描述电子云运动状态的数学表达式电子云运动状态的数学表达式,而且又是空间坐而且又是空间坐标的函数标的函数,其空间图象可以形象地理解为电子运其空间图象可以形象地理解为电子运动的空间范围动的空间范围,俗称俗称”原子原子(yunz)轨道轨道”.为了避为了避免与经典力学中的玻尔轨道相混淆免与经典力学中的玻尔轨道相混淆,又称为原子又称为原子(yunz)轨函轨函(原子原子(yunz)轨道函数之意轨道函数之意),亦即亦即波函数的空间图象就是原子波函数的空间图象就是原子(yunz)轨道轨道,原子原子(yunz)轨道的数学表达式就是波函数轨道的数学表达式就是波函数.第1

11、2页/共71页第十二页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)波函数的物理波函数的物理(wl)意义意义2 ：原子核外出现(chxin)电子的概率密度。 电子云是电子出现概率密度的形象化描述。 1s (b) 1s )a (2界面图电子云的图及电子云的r第13页/共71页第十三页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)2. 原子轨道角度原子轨道角度(jiod)分布图分布图 将波函数的角度分布(fnb)部分（Y）作图，所得的图象就称为原子轨道的角度分布(fnb)图。 如氢原子的1s轨道的波函数为： 1s = (1 /a03)1/2 e-r/a0其中径向部分为：R10(r)

12、 = 2(1/a0)3/2*e-r/a0角度部分为： Y00 = (1/4)1/2第14页/共71页第十四页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)0(p2mz为例以qqcos43)(Y02/-02/30)()1(621)( areararR其中qcos)(214102/-030p2arearaz对于对于(duy)2p轨道轨道第15页/共71页第十五页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)qqqcosAcos43),(Yx,yz+306010.8660.50-0.5-1A0.866A 0.5A0-0.5A-Ao0o30o60o90o120qqcoso180zY2p

13、第16页/共71页第十六页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)第17页/共71页第十七页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)5.2.4 电子云电子云1. 概率密度概率密度 在光的波动方程中，代表电磁波的电磁场强度(cchng qingd)。由于：光的强度光子数目/V（体积）=光子密度而光的强度又与电磁场强度(cchng qingd)（）的绝对值成正比：光的强度|2 所以，光子密度(md)是与|2成正比的。同理，在原子核外某处空间，电子出现的概率密度(md)（）也是和电子在该处的强度（）的绝对值平方成正比的： |2第18页/共71页第十八页，共71页。2022

14、-5-13无机化学(wjhuxu)2. 电子云电子云 为了形象地表示核外电子运动的概率分布情况，化学上惯用(gunyng)小黑点分布的疏密表示电子出现概率密度的相对大小。小黑点较密的地方，表示概率密度较大，单位体积内电子出现的机会多。用这种方法来描述电子在核外出现的概率密度分布所得的空间图象称为电子云。第19页/共71页第十九页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu) 既然(jrn)概率密度可直接用|2来表示，那么以|2作图可得到电子云的近似图像。为作图方便讲|2分为角度部分|Y|2和径向部分R2。|Y|2的图像称为电子云角度分布图。第20页/共71页第二十页，共71页。2022

15、-5-13无机化学(wjhuxu) 电子云角度电子云角度(jiod)分布图与原子分布图与原子轨道角度轨道角度(jiod)分布图相似，但有两分布图相似，但有两点不同：点不同：(1)原子轨道分布图有正、负之分，而电原子轨道分布图有正、负之分，而电子云角度子云角度(jiod)分布图均为正值；分布图均为正值；(2)电子云角度电子云角度(jiod)分布图比原子轨分布图比原子轨道角度道角度(jiod)分布图瘦些，这是因为分布图瘦些，这是因为Y值小于值小于1，所以，所以|Y|2更小。更小。第21页/共71页第二十一页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)2d3zn=3, l=2, m=0第2

16、2页/共71页第二十二页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)22d3yx n=3, l=2第23页/共71页第二十三页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)n=3, l=2xyd3第24页/共71页第二十四页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)xzd3n=3, l=2第25页/共71页第二十五页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)yzd3n=3, l=2第26页/共71页第二十六页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)5.2.5 量子数量子数1. 主量子数（主量子数（n）主量子数(n) 1 2 3 4 5电子

17、层：第一层 第二层 第三层 第四层 第五层 电子层符号(fho)： K L M N On值越小，该电子层离核越近，其能级值越小，该电子层离核越近，其能级(nngj)越低。越低。n值越大，该电子层离核越远，其能级值越大，该电子层离核越远，其能级(nngj)越高。越高。主量子数(n)为正整数。第27页/共71页第二十七页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)2. 副量子数（副量子数（l） n值确定后，副量子数(l)可为零到(n-1)的正整数。其中每一个(y )l值代表一个(y )电子亚层，也代表原子轨道的一种形状。副量子数（l）： 0 1 2 3 4 5电子(dinz)亚层符号：

18、s p d f g h 对于多电子来说，同一电子层中的对于多电子来说，同一电子层中的l值越小，值越小，该电子亚层的能级越低。该电子亚层的能级越低。第28页/共71页第二十八页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)3. 磁量子数磁量子数(m) 磁量子数(m)的取值决定于l值，可取(2l+1)个从-l到+l（包括零在内）的整数。每一个m值代表一个具有某种空间(kngjin)取向的原子轨道。4.自旋自旋(z xun)量子量子数数(ms) 自旋量子数(ms)只有+1/2或-1/2 这两个数值，其中每一个值表示电子的一种自旋方向（如顺时针或逆时针方向）。第29页/共71页第二十九页，共7

19、1页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)第三节原子第三节原子(yunz)中电子的分中电子的分布布第五章第五章 原子结构和元素原子结构和元素(yun s)周期性周期性 第三节第三节 原子中电子的分布原子中电子的分布 第30页/共71页第三十页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)5-1基态原子中电子基态原子中电子(dinz)分布原理分布原理5-3-1 基态原子基态原子(yunz)中电子的分布中电子的分布原理原理泡利不相容原理泡利不相容原理每一个原子轨道，最多每一个原子轨道，最多只能容纳两个自旋方向相反的电子只能容纳两个自旋方向相反的电子.能量最低原理能量最低原理原子为基态

20、时，电子尽可原子为基态时，电子尽可能地分布在能级较低的轨道上，使原子处于能地分布在能级较低的轨道上，使原子处于能级最低状态能级最低状态.洪德规则洪德规则在同一亚层的等价轨道中电子在同一亚层的等价轨道中电子尽可能地单独分布在不同的轨道上尽可能地单独分布在不同的轨道上, 且自旋方且自旋方向相同向相同.如如7N 1s22s22p31s 2s 2p第31页/共71页第三十一页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)5-3-2多电子多电子(dinz)原子轨道原子轨道的能级的能级5-3-2 多电子多电子(dinz)原子轨道的能原子轨道的能级级6s 5s 4s 3s 2s 1s6p 5p 4p

21、 3p 2p5d 4d 3d4fPONMLK1s2p2s3p3s4p3d4s5p4d5s6p5d4f6s1. 能级能级KLMNOP3. 同一原子，不同电子亚层有能级交同一原子，不同电子亚层有能级交错现象错现象 如如E5s E4d E5p 2. 同一电子层：同一电子层： Ens Enp End Enf 近似能级图近似能级图第32页/共71页第三十二页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)它是从周期系中各元素原子轨道图中归它是从周期系中各元素原子轨道图中归纳出的一般规律纳出的一般规律,不能反映每种元素原子不能反映每种元素原子轨道能级的相对高低轨道能级的相对高低, 所以是近似的。所以

22、是近似的。对近似能级对近似能级(nngj)图的几图的几点说明点说明只能反映同一原子内各原子轨道能级的只能反映同一原子内各原子轨道能级的相对高低相对高低, 不能比较不同元素原子轨道。不能比较不同元素原子轨道。 只能反映同一原子外电子层中原子轨道只能反映同一原子外电子层中原子轨道 能级的相对高低，不能反映内电子层中能级的相对高低，不能反映内电子层中 原子轨道能级的相对高低。原子轨道能级的相对高低。电子在轨道上的能级与原子序数有关。电子在轨道上的能级与原子序数有关。第33页/共71页第三十三页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)5-5- - 基态基态(j ti)(j ti)原子中电

23、子原子中电子的分布的分布5-3-3 基态基态(j ti)原子中电子的分布原子中电子的分布(2)2s(4)3s(1)1s(6)4s(9)5s(16) 7s(3)2p(12) 6s(5)3p(8)4p(11) 5p(15) 6p(19) 7p(7)3d(10) 4d(14) 5d(18) 6d(13) 4f(17) 5f应用核外电子填入轨应用核外电子填入轨道顺序图，根据泡利道顺序图，根据泡利不相容原理、能量最不相容原理、能量最低原理、洪德规则，低原理、洪德规则，可以写出元素原子的可以写出元素原子的核外电子分布式核外电子分布式. 如如 19K 1s22s22p63s23p64s1 26Fe 1s22

24、s22p63s23p63d64s2 核外电子填入轨道的顺序核外电子填入轨道的顺序第34页/共71页第三十四页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)19种元素原子的外层电子种元素原子的外层电子(dinz)分布有分布有例外例外 基态基态(j ti)原子电子原子电子分布分布其中：其中：29Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 全充满全充满24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1 半充满半充满同样有：同样有：46Pd、 47Ag、 79Au同样有：同样有：42Mo、 64Gd、 96Cm当电子分布为全充满当电子分布为全充满(p6、d10、f14)、半充满半充满

25、(p3、 d5、f7)、全空全空(p0、d0、f0)时时, 原子结构较稳定原子结构较稳定 例外的还有：例外的还有： 41Nb、 44Ru、 45Rh、 57La、 58Ce、78Pt、89Ac、90Th、91Pa、92U、 93Np第35页/共71页第三十五页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)基态原子基态原子(yunz)的价层电的价层电子构型子构型价层价层价电子所在价电子所在(suzi)的亚层的亚层 价层电子构型价层电子构型指价层的电子分布式指价层的电子分布式AA0一一1 1s1AAAAA A2 1s2二二345678910三三11 12BBB B BB B13 14 15

26、 16 17 18四四19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36五五37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54六六55 56 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86ns12 (n-1)d19ns12 ns2np16(n-1)d10ns12第36页/共71页第三十六页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)5-3-4 简单简单(jindn)基态阳离子的基态阳离子的电子分布电子分布基态原子外层电子填充基

27、态原子外层电子填充(tinchng)顺序：顺序： ns (n-2)f (n-1)d np 价电子电离顺序：价电子电离顺序： np ns (n-1)d (n-2)f5-3-4 简单基态阳离子的电子分布简单基态阳离子的电子分布例例 26Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 或或 Ar 3d64s2 Fe2+ 1s22s22p63s23p63d6 或或 Ar 3d6原子实原子实原子中除去最高能级组以外原子中除去最高能级组以外 的原子实体的原子实体经验规律经验规律第37页/共71页第三十七页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)5-3-5元素周期系与核外电子分布元素周期系与

28、核外电子分布(fnb)的关系的关系AA0一一1 AAAAAA2 二二345678910三三11 12B BB B BB B13 14 15 16 17 18四四19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36五五37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54六六55 56 71* 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86七七87 88 103*104 105 106 107 108 109 110 111 1125-3-5元素周期

29、系与核外电子元素周期系与核外电子(h wi din z)分布的关系分布的关系镧系镧系57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71锕系锕系89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99100 101 102103Sddspfns12 (n-1)d19ns12 (n-1)d10ns12ns2np16 (n-2)f014(n-1)d02ns2 最后一个电子一般填入次外层最后一个电子一般填入次外层d亚层亚层 区区最后一个电子一般填入次外层最后一个电子一般填入次外层d亚层亚层最后一个电子填入最后一个电子填入s亚层亚层 第38页/共71页第三十

30、八页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)AA0一一1 AA A A A A2 二二345678910三三11 12B B B B BB B13 14 15 16 17 18四四19 2021 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36五五37 3839 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54六六55 56 71* 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86七七87 88103*104 105 106 107 108 109 110 11

31、1 1125-3-5元素周期系与核外电子元素周期系与核外电子(h wi din z)分布的关系分布的关系镧系镧系57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71锕系锕系89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99100 101 102103Sddspfns12 (n-1)d19ns12 (n-1)d10ns12ns2np16 (n-2)f014(n-1)d02ns2 区区最后一个最后一个(y )电子填入外层电子填入外层p亚层亚层最后一个电子一般填入外数第三层最后一个电子一般填入外数第三层 f 亚层亚层第39页/共71页第三十九页，共7

32、1页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)5-3-5元素周期系与核外电子分布元素周期系与核外电子分布(fnb)的关系的关系区区根据根据(gnj)最后一个电子填入的亚层最后一个电子填入的亚层确定确定最后一个电子填入的亚层最后一个电子填入的亚层区区最外层的最外层的 s 亚层亚层s最外层的最外层的 p 亚层亚层p一般为次外层的一般为次外层的 d 亚层亚层d一般为次外层的一般为次外层的 d 亚层亚层, 且为且为d10ds一般为外数第三层的一般为外数第三层的 f 亚层亚层f第40页/共71页第四十页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)5-3-5元素周期系与核外电子分布元素周期系与

33、核外电子分布(fnb)的关系的关系族族根据区和最外层根据区和最外层(wi cn)、次外层、次外层(wi cn)电子数确定电子数确定区区族族s、p主族主族(A)，族数最外层电子数，族数最外层电子数d副族副族(B) 族数族数(最外层次外层最外层次外层d)电子数电子数ds副族副族(B)，族数最外层电子数，族数最外层电子数f镧系、锕系镧系、锕系 第41页/共71页第四十一页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)5-3-元素元素(yun s)周期表周期表5-3-6 元素元素(yun s)周期表周期表元素在周期表的位置元素在周期表的位置(周期、区、族周期、区、族)取决于该元素原子核外电子的

34、分布取决于该元素原子核外电子的分布例例 20Ca写出电子排布式写出电子排布式 1s22s22p63s23p64s2周期数电子层数周期数电子层数 第四周期第四周期最后一个电子填入最后一个电子填入s亚层亚层s区元素区元素族数最外层电子数族数最外层电子数2AA Ca 为第为第四四周期、周期、A族元素族元素第42页/共71页第四十二页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)元素在周期表的位置元素在周期表的位置(周期、区、族周期、区、族)取决于该元素原子核外电子的分布取决于该元素原子核外电子的分布例例 24Cr写出电子写出电子(dinz)排布式排布式 1s22s22p63s23p63d54

35、s1周期数电子层数周期数电子层数 第四周第四周期期最后一个电子填入次外层最后一个电子填入次外层d亚层亚层 d区元素区元素族数族数(最外层最外层+次外层次外层d)电子数电子数 (1+5)=6B B Cr 为第四周期为第四周期(zhuq)、 B族元族元素素第43页/共71页第四十三页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)元素在周期表的位置元素在周期表的位置(周期、区、族周期、区、族)取决于该元素原子核外电子的分布取决于该元素原子核外电子的分布例例 47Ag写出电子写出电子(dinz)排布式排布式 Kr4d105s1周期数电子层数周期数电子层数 第五周期第五周期最后一个电子填入次外层

36、最后一个电子填入次外层d亚层，亚层， 而而d电子数为电子数为10 ds区元素区元素族数最外层电子数族数最外层电子数1 IB Ag 为第五为第五(d w)周期、周期、 IB族元素族元素第44页/共71页第四十四页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)元素在周期表的位置元素在周期表的位置(周期、区、族周期、区、族)取决于该元素原子核外电子的分布取决于该元素原子核外电子的分布例例 已知某副族元素已知某副族元素A原子，最后原子，最后(zuhu)一个电一个电子子 填入填入3d轨道，族号轨道，族号3电子电子(dinz)排布式排布式 1s22s22p63s23p63d14s2周期数电子层数周

37、期数电子层数=4最后一个电子填入次外层最后一个电子填入次外层d亚层亚层 为为d区元素，最外层电子数区元素，最外层电子数2族数电子数族数电子数(最外层最外层+次外层次外层d) 3 则则d d电子数电子数=3- -2=1 第45页/共71页第四十五页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)第四节原子第四节原子(yunz)性质的周期性质的周期性性第五章第五章 原子结构和元素原子结构和元素(yun s)周期性周期性 第四节第四节 原子性质的周期性原子性质的周期性 第46页/共71页第四十六页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)原子的电子层结构随核电荷的递增原子的电子层结

38、构随核电荷的递增呈周期性变化，促使呈周期性变化，促使(csh)原子的某原子的某些性质呈周期性变化些性质呈周期性变化 如如 原子半径、电离能、原子半径、电离能、 电子亲合能、电子亲合能、 电负性电负性第47页/共71页第四十七页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)5-1 原子原子(yunz)半径半径5-1 原子原子(yunz)半径半径共价半径共价半径两个相同原子形成共价键两个相同原子形成共价键 时，其核间距离的一半时，其核间距离的一半定义定义d = 198pm r(Cl) = 99pmd = 154pm r(C) = 77pm第48页/共71页第四十八页，共71页。2022-5

39、-13无机化学(wjhuxu)5-1 原子原子(yunz)半径半径金属半径金属半径金属单质晶体中，两个相邻金属单质晶体中，两个相邻 金属原子核间距离的一半金属原子核间距离的一半定义定义d = 256pm r(Cu) = 128pm第49页/共71页第四十九页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)5-1 原子原子(yunz)半径半径范德华半径范德华半径分子晶体中，两个相邻分子晶体中，两个相邻 分子核间距离的一半分子核间距离的一半定义定义d = 320pm r(Ne) = 160pm第50页/共71页第五十页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)变化规变化规律律IA

40、IA0一一 H 37IIAAIVIVAAVIAVIAAHe 122二二 Li 152Be 111B 88C 77N 70O 66F 64Ne 160三三Na 168Mg 160BIVIVBVB VIBBIB IIBAl 143Si 117P 110S 104Cl 99Ar 191四四 K 227Ca 197Sc 161Ti 145V 132Cr 125Mn 124Fe 124Co 125Ni 125Cu 128Zn 133Ga 122Ge 122As 121Se 117Br 114Kr 198五五Rb 248Sr 215Y 181Zr 160Nb 143Mo 136Tc 136Ru 133Rh

41、 135Pa 138Ag 144Cd 149In 163Sn 141Sb 141Te 137I 133Xe 217六六Cs 265Ba 217La 173Hf 159Ta 143W 137Re 137Os 134Ir 136Pt 136Au 144Hg 160Tl 170Pb 175Bi 155Po 153At Rn非金属为共价半径非金属为共价半径(bnjng)、金属为金属半、金属为金属半径径(bnjng)、稀有气体为范德华半径、稀有气体为范德华半径(bnjng)第51页/共71页第五十一页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)260 210 160 110 60原子原子(yu

42、nz)半径半径/pm族号族号同一周期的同一周期的d区元素区元素, 自左到右自左到右, 随核随核电荷的增加电荷的增加, 原子半径略有减小。原子半径略有减小。IB族开始，反而有所增加族开始，反而有所增加第52页/共71页第五十二页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)镧系元素镧系元素, 自左到右自左到右, 随核电荷的增加随核电荷的增加, 原子半原子半径总的趋势径总的趋势(qsh)缓慢减小，即镧系收缩缓慢减小，即镧系收缩210 200 190 180 170原子原子(yunz)半径半径/pm原子序数原子序数铕铕 4f76s2第53页/共71页第五十三页，共71页。2022-5-13无

43、机化学(wjhuxu)260 210 160 110 60原子原子(yunz)半径半径/pm族号族号由于镧系收缩，至使后面五、六周由于镧系收缩，至使后面五、六周期同族元素期同族元素(如如Zr与与Hf、Nb与与Ta、 Mo与与W)性质极为相似性质极为相似第54页/共71页第五十四页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)260 210 160 110 60原子原子(yunz)半径半径/pm族号族号同一主族元素，自上往下，原子半同一主族元素，自上往下，原子半径逐渐增大径逐渐增大第55页/共71页第五十五页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)260 210 160 1

44、10 60原子原子(yunz)半径半径/pm族号族号同一副族元素同一副族元素(除除BB外外),自上往下自上往下,原子半径一般略有增大。五原子半径一般略有增大。五、六周六周期同族元素原子半径十分相似期同族元素原子半径十分相似第56页/共71页第五十六页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)5-2 电离能和电子电离能和电子(dinz)亲亲合能合能5-2 电离能和电子电离能和电子(dinz)亲合能亲合能第一电离能第一电离能(I1)基态的中性气态原子失去一个电基态的中性气态原子失去一个电子形成气态阳离子所需的能量子形成气态阳离子所需的能量Mg(g) - e- Mg+(g) I1= H1

45、=738kJmol-1 第二电离能第二电离能(I2)氧化数为氧化数为+1的气态阳离子失去的气态阳离子失去一个电子形成氧化数为一个电子形成氧化数为 +2的气态阳离子所需的能量的气态阳离子所需的能量Mg+(g) - e- Mg2+(g) I2= H2=1451kJmol-1 其余依次类推其余依次类推.基态气态原子失去电子变为气态阳离子，基态气态原子失去电子变为气态阳离子，克服核电荷对电子的引力所消耗的能量克服核电荷对电子的引力所消耗的能量电离能电离能(I)第57页/共71页第五十七页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)气态原子失去电子变为气态阳离子，克服气态原子失去电子变为气态阳

46、离子，克服核电荷对电子的引力所消耗核电荷对电子的引力所消耗(xioho)的能的能量量电离能电离能(I)Mg(g) - e- Mg+(g)InIn/(kJmol-1)I1737.7I21450.7I37732.8I410540I513628I617905I721704I825856I1 I2 I3 I4 .Mg+(g) - e- Mg2+(g).电离能用来衡量气态原子电离能用来衡量气态原子(yunz)失去电子的失去电子的难易难易 电离能越小，原子电离能越小，原子(yunz)越易失去电子越易失去电子 电离能越大，原子电离能越大，原子(yunz)越难失去电子越难失去电子第58页/共71页第五十八页，

47、共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)电离能电离能(I)2160 1860 1560 1260 960 660 360I1/(kJmol-1)原子序数原子序数(yunz xsh)HeNeLiXeNaArKrKRbCsHNPSbAs同一周期主族元素，从左到同一周期主族元素，从左到右，电离能逐渐增大右，电离能逐渐增大同一周期副族元素，从左到同一周期副族元素，从左到右，电离能变化不规律右，电离能变化不规律第59页/共71页第五十九页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)电离能电离能(I)2160 1860 1560 1260 960 660 360I1/(kJmol-1

48、)原子序数原子序数(yunz xsh)HeNeLiXeNaArKrKRbCsHNPSbAs同一主族元素，从上往下，电同一主族元素，从上往下，电离能逐渐减小离能逐渐减小同一副族元素，从上往下，电同一副族元素，从上往下，电离能略有增大离能略有增大第60页/共71页第六十页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)第一电子亲合能第一电子亲合能(EA1)基态气态原子得到一基态气态原子得到一个个(y )电子形成气态阴离子所放出的能量电子形成气态阴离子所放出的能量 O(g) + e- O- -(g) EA1=-141 kJmol-1 第二电子亲合能第二电子亲合能(EA2)氧化数为氧化数为-1的

49、气态阴的气态阴离子得到一个电子形成离子得到一个电子形成(xngchng)氧化数为氧化数为-2的气态阴离子所放出的能量的气态阴离子所放出的能量O-(g) + e- O2-(g) EA2=+780 kJmol-1其余依次类推其余依次类推.基态气态原子得到电子变为气态阴离子，所放基态气态原子得到电子变为气态阴离子，所放出的能量。出的能量。电子亲合能电子亲合能(EA)电子亲合能用来衡量电子亲合能用来衡量气态气态原子得电子的难易原子得电子的难易 电子亲合能代数值越电子亲合能代数值越小小, 原子越原子越易易得到电子得到电子第61页/共71页第六十一页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)5

50、-4-3 电负性电负性5-3 电负性电负性(p) 分子中元素原子吸引电子的能力以分子中元素原子吸引电子的能力以最活泼非金属元素原子最活泼非金属元素原子p(F)=4.0为基础为基础(jch)，计算其它元素原子的电负性值。，计算其它元素原子的电负性值。电负性越大电负性越大, 元素原子吸引电子能力越强元素原子吸引电子能力越强, 即元素原子越易得到即元素原子越易得到(d do)电子电子,越难失去越难失去电子；电子；电负性越小电负性越小, 元素原子吸引电子能力越弱元素原子吸引电子能力越弱, 即元素原子越难得到即元素原子越难得到(d do)电子电子,越易失去越易失去电子。电子。 第62页/共71页第六十二

51、页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)电负性电负性AA一一 H 2.1AAAAAA二二 Li 1.0Be 1.5B 2.0C 2.5N 3.0O 3.5F 4.0三三Na 0.9Mg 1.2BB B B BBBAl 1.5Si 1.8P 2.1S 2.5Cl 3.0四四 K 0.8Ca 1.0Sc 1.3Ti 1.5V 1.6Cr 1.6Mn 1.5Fe 1.8Co 1.9Ni 1.9Cu 1.9Zn 1.6Ga 1.6Ge 1.8As 2.0Se 2.4Br 2.8五五Rb 0.8Sr 1.0Y 1.2Zr 1.4Nb 1.6Mo 1.8Tc 1.9Ru 2.2Rh 2.2

52、Pa 2.2Ag 1.9Cd 1.7In 1.7Sn 1.8Sb 1.9Te 2.1I 2.5六六 Cs 0.7Ba 0.9Lu 1.2Hf 1.3Ta 1.5W 1.7Re 1.9Os 2.2Ir 2.2Pt 2.2Au 2.4Hg 1.9Tl 1.8Pb 1.9Bi 1.9Po 2.0At 2.2说明：说明：1. 鲍林鲍林(bo ln)电负性是一个相对值电负性是一个相对值, 无单位无单位 2. 现已有多套电负性数据现已有多套电负性数据, 应尽可能采用应尽可能采用 同一套数据同一套数据第63页/共71页第六十三页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)4.0 3.5 3.0 2

53、.5 2.0 1.5 1.0 0.5p原子序数原子序数(yunz xsh)HLiFNaBrClKIRbAtCs 同一周期，从左到右同一周期，从左到右, 电负性逐渐增大电负性逐渐增大 同一主族，从上到下同一主族，从上到下, 电负性逐渐减小电负性逐渐减小 同一副族，从上到下同一副族，从上到下, BB BB电负性逐渐减小，电负性逐渐减小，BBBB电负性逐渐增大电负性逐渐增大第64页/共71页第六十四页，共71页。2022-5-13无机化学(wjhuxu)5-4-4元素元素(yun s)氧化数氧化数5-4 元素元素(yun s)的氧化数的氧化数 主族元素氧化数主族元素氧化数:最高氧化数价电子数族最高氧化数价电子数族号号族族 价层电价层电