《工程化学》核外电子分布与周期系

1、鲍林近似能级图能级交错1. 原子轨道的能级三、核外电子分布与周期系 l 相同，n 越大，能量越高。能级交错 : n值大的亚层的能量反而比n 值小的亚层的能量为低的现象。能级交错可以用屏蔽效应和钻穿效应解释。多电子原子中，轨道能量决定于n和 l。 n 相同，l 越大，能量越高。 n、l 都不同，比较轨道能量使用 (n+0.7l )。 (n+0.7l )值越大，能量越高。 如：E4s E3d 同一电子层中的轨道分裂为不同的能级， 称为能级分裂。2. 核外电子分布的原则(1) 能量最低原理1s2s2p3s3p4s3d4pns(n1)d(n2)f 26Fe: Ar3d64s2 Ar3d6 Ar3d5

2、Ar3d44s2 Ar3d34s2 Fe2+ Fe3+(1)已知电子具有下列各套量子数，能量最 高的是 ( ) (1) 3, 2, +1, +1/2 (2) 2, 1, +1, 1/2 (3) 3, 1, 1, 1/2 (4) 4, 0, 0, +1/2选择题 (2) 原子序数为 11的元素的最外层电子的四 个量子数为 ( ) (A) n=1，l=0，m=0，ms= +1/2 (B) n=2，l=1，m=0，ms= +1/2 (C) n=3，l=0，m=0，ms= +1/2 (D) n=4，l=0，m=0，ms= + 1/2C A(3)下列离子的电子构型可以用Ar 3d5表示 的是 ( ) (

3、A) Mn2+ (B) Fe2+ (C) Co2+ (D)Ni2+A(4)下列原子或离子具有的未成对电子最多 的是 ( ) (A) F (B) Cr (C) Ag (D) Mn2+F: 1s22s22p5Cr: 1s22s22p63s23p63d54s1Ag: Kr4d105s1Mn2+: 1s22s22p63s23p63d5 (3d54s2)B(5) Ar中磁量子数 m =1的电子有 ( )个。 A. 1 B. 2 C. 4 D. 6 例：已知某元素在氪前，当此元素的原子失去3个电子后，在它的角量子数为2的轨道内电子恰为半充满，试推断该元素为何元素？ C 18Ar: 1s22s22p63s2

4、3p6填空(用元素符号)：第四周期中，原子的 4p 轨道半充满的元素为 ；3d 轨道半充满的元素为 。AsCr和Mn解：氪-原子序数36，核外电子排布： Ar3d104s24p6角量子数为2的轨道( l=2 ): n3，d 轨道最外层电子排布应为：3dx 4sy失去的3个电子可能包括： 4s上的2个电子和3d上的1个电子失去电子的3d 轨道内电子恰为半充满： 中性元素的3d电子数为6则该元素核外电子排布： Ar3d64s2原子序数为：26 该元素为铁 (Fe)。Dmitri Mendeleev 1834 -1907俄国化学家4. 核外电子分布与周期系Mendeleevs Periodic Ta

5、bleScGaGeTc元素周期表发明的意义把看起来孤立的、杂乱无章的化学元素知识，纳入到一个严整的自然体系之中。元素之间的协调性和分类化合物知识的系统化从理论上选定和修正部分元素的原子量对未发现元素的预言纪念门捷列夫 元素周期表各元素原子核外电子分布的周期性。1s1 1s22s1-2 2p1-63s1-2 3p1-64s1-2 3d1-10 4p1-65s1-2 4d1-10 5p1-66s1-2 4f1-14 5d1-10 6p1-67s1-2 5f1-14 6d1-10 （未完）元素周期律：由于核电荷数（原子序数）依次增大时，原子的最外层电子周期性的重复相同的排布。所以元素以及由它形成的单

6、质和化合物的性质，随着元素的核电荷数的依次递增，呈现周期性的变化。周期：原子的最外层电子的主量子数相同。族： 各元素的价电子构型相同，性质相似。周期能级组能级组中的原子轨道电子总数元素数目123456712345671s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p28818183232288181832未满各周期中元素的数目周期数=元素电子层数=能级组中最高主量子数元素数目=相应能级组所能容纳的电子总数(2) 元素在周期表中的位置 周期数 = 最外层电子层数(n)族号数: 主族(A) ns、np电子数之和； A(0)族 ns2 或 ns2np6。 副族(B) (n1

7、)d、ns电子数之和(3-7列)； B()族 (n1)d、ns电子数之和(8-10列)； IB、IIB ns电子数(11-12列)。(3) 元素在周期表中的分区s 区 ns1-2 A、Ap 区 ns2np1-6 A A d 区 (n1)d1-9ns1-2 (Pd除外,4d10) BBds区 (n1)d10ns1-2 B、Bf 区 (n2)f0-14 (n1)d0-2 ns2 镧系、锕系一些元素的常见分类方式碱金属元素：IA族, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr碱土金属元素：IIA族, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra卤素(卤族元素)：VIIA族, F, Cl, Br, I

8、, At稀有气体元素:VIIIA族, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn镧系元素：第六周期, IIIB族, La以及后面的 14个元素锕系元素：第七周期, IIIB族, Ac以及后面的 14个元素稀土元素：第四至第六周期,IIIB族, Sc, Y, Lu, 镧系元素,共17个元素 有效核电荷(Z*)同一族：从上到下，Z*增加，但不显著。 元素原子序数增加时，原子的有效核电荷Z*呈现周期性的变化。同一周期： 短周期：从左到右，Z*显著增加。 长周期：从左到右，前半部分Z*增加 不多，后半部分显著增加。四、元素性质的周期性有效核电荷的周期性变化 共价半径同种元素原子形成共价单键时，相邻两

9、原子核间距离的一半。 金属半径金属单质的晶体中，相切两个原子核间距离的一半。 范德华半径单原子分子晶体中，原子间只有范德华力（分子间作用力），相邻两原子核间距离的一半。共价半径金属半径1. 原子半径 ( r ) 原子半径 r 的大小主要决定于原子的有效核电荷和核外电子的层数。主族元素：从左到右， r 减小； 从上到下， r 增大。过渡元素：从左到右 ，r 缓慢减小； 从上到下， r 略有增大。 主族元素2. 电离能、电子亲和能和电负性 (1)第一电离能：基态的气态原子失去一个电子成为一价气态正离子所消耗的能量。电离能的大小反应原子失去电子的难易。电离能越小，原子在气态时越易失去电子。如：Li

10、(g) e Li+ (g) I1 = 520.2 kJmol1Li+(g) e Li2+ (g) I2 = 7298.1 kJmol1 电离能 I 的大小，主要决定于原子的有效核电荷、原子半径和原子的电子层结构。同一元素 ：I1 I2 I3 符号为：I 1第一电离能最大的是He，最小的是Cs(非放射)。同一主族：从上到下，最外层电子数相同，Z*增加不多，r 增大为主要因素，核对外层电子吸引力逐渐减弱，电子易失去，I1 逐渐变小。同一周期：主族元素从左到右，Z*增加，r 减小，I1 增大（有起伏）。稀有气体的 I1 最大；长周期中部 （过渡元素），电子加到次外层， Z*增加不多， r 减小缓慢，

11、 I1 略有增加。Be、Mg、N、P电离能较大 全满，半满。(2) 电子亲合能 第一电子亲和能： 基态的气态原子获得一个电子成为一价气态负离子所放出的能量 。如：O (g) + e O (g) E1 = 141.0 kJmol1 O (g) + e O2 (g) E2 = +844.2 kJmol1电子亲合能的大小反映原子得到电子的难易。 亲合能负值越大，原子越容易得到电子。 亲和能的大小也主要决定于原子的有效核电荷、原子半径和原子的电子层结构。符号为： E1同样有E2 ，E3 ，E4 等。E1 / kJmol1第一电子亲和能的周期性变化E1 的最大负值是 Cl 原子，而不是 F 原子。N、O

12、、F的E1的负值比第三周期同族元素小。 同一周期：从左到右，Z* 增大，r 减小，最外层电子数依次增多，易与电子结合形成 8 电子结构，E1 的负值增大（有起伏）。卤素的 E1 呈现最大负值，A为正值，稀有气体的 E1 为最大正值。同一主族：从上到下，大部分的 E1负值变小，部分的 E1负值变大。电负性 ：原子在分子中吸引电子的能力。规律：从左到右 ，增大；以(F)=4.0为基准计算其它元素的电性。 从上到下，减小。(3) 电负性电负性越大，原子吸引电子的能力越强。K0.8Ca1.0Sc1.3Ti1.5V1.6Cr1.6Mn1.5Fe1.8Co1.8Ni1.8Cu1.8Zn1.9Ga1.6Ge

13、1.8As2.0Se2.4Br2.8Rb0.8Sr1.0Y1.2Zr1.4Nb1.6Mo1.8Tc1.9Ru2.2Rb2.2Pd2.2Ag1.9Cd1.7In1.7Sn1.8Sb1.9Te2.1I2.5Cs0.7Ba0.9La1.1Ha1.8Ta1.5W1.7Re1.9Os2.2Ir2.2Pt2.2Au2.4Hg1.9Tl1.8Pb1.8Bi1.9Po2.0At2.2Fr0.7Ra0.9AcNo1.11.3Li1.0Be1.5Na0.9Mg1.2H2.1B2.0C2.5N3.0O3.5F4.0Al1.5Si1.8P2.1S2.5Cl3.0元素的电负性3. 元素金属性和非金属性金属性：原子失去电

14、子而变成正离子的性质。元素越容易失去电子，金属性越强。同一周期：从左到右，金属性逐渐减弱；一般来说，金属 2.0。非金属性：原子得到电子而变成负离子的性质。元素越易获得电子，非金属性越强。同一族：从上到下，金属性逐渐增强。周期表中，最活泼的非放射金属元素：Cs。元素性质的递变规律性质 周期(从左到右) 族(从上到下) 原子半径 减小 增大 电离能 增大，全充满、半充满结构稍大 减小，过渡元素的变化不规律 电子 亲合能 绝对值逐渐增大 绝对值逐渐减小，但O和F并非本族中最大值 电负性 增大 减小 金属性和非金属性 金属性减弱， 非金属性增强 金属性增强， 非金属性减弱 选择题(2)下列排布的元素第一电离能最大的是( ) (A) 2s2 (B) 2s22p2 (C) 2s22p3 (D) 2s22p4 C(1) 某元素+2价离子的电子排布为1s22s22p63s23p63d5 ，该元素在周期表中的位置是 ( ) (A) p 区 第三周期 VA 族 (B) d 区 第四周期 VB 族 (C) d 区 第四周期 族 (D) d 区 第四周期 B 族D若为(A) 2s22p3 (B) 3s23p3