有机无机化学化工热力学教学课件原子性质的周期性

1、第五章 原子结构和元素周期性 5.4原子性质的周期性原子的电子层结构随核电荷的递增呈周期性变化，促使原子的某些性质呈周期性变化如 原子半径、电离能、 电子亲合能、 电负性共价半径两个相同原子形成共价键 时，其核间距离的一半定义5.4.1 原子半径d=198pmr(Cl)=99pmd=154pmr(C)=77pm金属半径金属单质晶体中，两个相邻金属原子核间距离的一半定义d=256pmr(Cu)=128pm5.4.1 原子半径范德华半径分子晶体中，两个相邻分子核间距离的一半定义d=320pmr(Ne)=160pm5.4.1 原子半径IAIA0一一 H37IIAAIVIVAAVIAVIA AHe12

2、2二二 Li152Be111B88C77N70O66F64Ne160三三Na168Mg160BIVIVB VB VIBBIB IIBAl143Si117P110S104Cl99Ar191四四 K227Ca197Sc161Ti145V132Cr125Mn124Fe124Co125Ni125Cu128Zn133Ga122Ge122As121Se117Br114Kr198五五Rb248Sr215Y181Zr160Nb143Mo136Tc136Ru133Rh135Pd138Ag144Cd149In163Sn141Sb141Te137I133Xe217六六 Cs265Ba217La173Hf159Ta1

3、43W137Re137Os134Ir136Pt136Au144Hg160Tl170Pb175Bi155Po153At Rn变化规律变化规律非金属为共价半径、金属为金属半径、稀有气体为范德华半径260210160110 60原子半径/pm族号同一周期的主族元素, 自左到右, 随核电荷的增加, 原子半径逐渐减小260210160110 60原子半径/pm族号同一周期的d区元素, 自左到右, 随核电荷的增加, 原子半径略有减小。IB族开始，反而有所增加AABBBBB BBAAAAA0第二周期第三周期第四周期第五周期第六周期镧系元素, 自左到右, 随核电荷的增加, 原子半径总的趋势缓慢减小，即镧系收缩

4、210200190180170原子半径/pm原子序数260210160110 60原子半径/pm族号由于镧系收缩，至使后面五、六周期同族元素(如Zr与Hf、Nb与Ta、 Mo与W)性质极为相似260210160110 60原子半径/pm族号同一主族元素，自上往下，原子半径逐渐增大260210160110 60原子半径/pm族号同一副族元素(除B外),自上往下,原子半径一般略有增大。五、六周期同族元素原子半径十分相似第一电离能(I1)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Mg(g) - e- Mg+(g) I1=H1=738kJmol-1第二电离能(I2)氧化数为+1的气态阳离子

5、失去一个电子形成氧化数为 +2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.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电离能(I)5.4.2 电离能和电子亲和能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电离能(I)Mg(g) - e- Mg+(g)InIn/(kJmol-1)I1738I21451I37733I410540I513629I617994I1 I2 I3 I4.Mg+(g) - e- Mg2+(g).电离能用来衡量气态原子失去电子的难易电离能越小，原子越易失去电子电

6、离能越大，原子越难失去电子电离能(I)2160186015601260 960 660 360I1/(kJmol-1)原子序数HeNeLiXeNaArKrKRbCsHNPSbAs同一周期主族元素，从左到右，电离能逐渐增大电离能(I)2160186015601260 960 660 360I1/(kJmol-1)原子序数HeNeLiXeNaArKrKRbCsHNPSbAs同一周期副族元素，从左到右，电离能变化不规律电离能(I)2160186015601260 960 660 360I1/(kJmol-1)原子序数HeNeLiXeNaArKrKRbCsHNPSbAs同一主族元素，从上往下，电离能逐

7、渐减小电离能(I)2160186015601260 960 660 360I1/(kJmol-1)原子序数HeNeLiXeNaArKrKRbCsHNPSbAs同一副族元素，从上往下，电离能略有增大第一电子亲合能(EA1)基态气态原子得到一个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(EA2)氧化数为-1的气态阴离子得到一个电子形成氧化数为-2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.基态气态原子得到电子变为气态阴离子，所放出的能量电子亲合能(EA)电子亲合能用来衡

8、量气态原子得电子的难易电子亲合能代数值越小, 原子越易得到电子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p(F)=4.0为基础，计算其它元素原子的电负性值电负性越大, 元素原子吸引电子能力越强,即元素原子越易得到电子,越难失去电子电负性越小, 元素原子吸引电子能力越弱,即元素原子越难得到电子,越易失去电子5.4.3 电负性AA一一 H2.1AAAAA A二二 Li1.0Be1.5B2.0C2.5N3.0O3.5F4.0三三 Na0.9Mg1.2BB B B BB BAl1.5Si1.8P2.1S2.5Cl3.0四四 K0.8Ca1.0Sc1.3Ti1.5V1.6Cr1.6Mn1.5Fe

9、1.8Co1.9Ni1.9Cu1.9Zn1.6Ga1.6Ge1.8As2.0Se2.4Br2.8五五 Rb0.8Sr1.0Y1.2Zr1.4Nb1.6Mo1.8Tc1.9Ru2.2Rh2.2Pd2.2Ag1.9Cd1.7In1.7Sn1.8Sb1.9Te2.1I2.5六六 Cs0.7Ba0.9Lu1.2Hf1.3Ta1.5W1.7Re1.9Os2.2Ir2.2Pt2.2Au2.4Hg1.9Tl1.8Pb1.9Bi1.9Po2.0At2.2电负性电负性说明：1. 鲍林电负性是一个相对值, 无单位 2. 现已有多套电负性数据, 应尽可能采用 同一套数据4.03.53.02.52.01.51.00.

10、5p原子序数HLiFNaBrClKIRbAtCs 同一周期，从左到右, 电负性逐渐增大4.03.53.02.52.01.51.00.5p原子序数HLiFNaBrClKIRbAtCs 同一主族，从上到下, 电负性逐渐减小4.03.53.02.52.01.51.00.5p原子序数HLiFNaBrClKIRbAtCs 同一副族，从上到下, BB电负性逐渐减小，BB电负性逐渐增大主族元素氧化数:最高氧化数价电子数族号族族 价层电价层电子构型子构型价电价电子总子总数数主要氧化数主要氧化数最高氧最高氧化数化数AAns11+1+1AAns22+2+2AA ns2 np13+3+3AA ns2 np24+4、

11、+2+4AA ns2 np35+5 、+3+5AA ns2 np46+6 、+4 、-2+6AA ns2 np57+7、+5、+3、+1、-1+75.4.4 元素的氧化数副族元素氧化数族族BBBBBBBBBB第四周期第四周期ScTiV VCrMn价层电子构型价层电子构型 3d14s23d24s23d34s23d44s23d54s2价电子数价电子数34567最高氧化数最高氧化数+3+4+5+6+7BB族：最高氧化数价电子数族数族、B族：氧化数变化不规律B族：最高氧化数价电子数族数=+25.4.4 元素的氧化数金属性在化学反应中失去电子,变为低 正氧化数阳离子的特性非金属性在化学反应中得到电子，变 为阴离子的特性判断金属性：电负性、电离能元素的电负性越小或电离能越小金属性越强非金属性：电负性、电子亲合能元素的电负性越大或电子亲合能越小非金属性越强5.4.5 元素的金属性和非金属性变化规律同一周期,从左到右,元素原子的电负性增大,元素的金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强。同一主族,自上而下,元素原子的电负性减小,元素的金属性逐渐增强,非金属性逐渐减弱。BB, 同一副族, 自上而下, 元素原子的 电负性减小, 金属性增强;BB, 同一副族, 自上而下, 元素原子的 电负性增大, 金属性减弱。小结原子性质原子性质rI金属性金属性非金属性非金属性