第1章-原子結(jié)構(gòu)和周期系.ppt

第1章原子結(jié)構(gòu)與元素周期系 1 1 道爾頓原子論 1 2 相對(duì)原子質(zhì)量 原子量 1 3 原子的起源和演化 1 4 原子結(jié)構(gòu)的玻爾行星模型 1 5 氫原子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)模型 1 6 基態(tài)原子電子組態(tài) 電子排布 1 7 元素周期系 1 8 元素周期性 1 1道爾頓原子論 1 最早的原子概念 公元前五世紀(jì) 古希臘哲學(xué)家德謨克利特 Democritus 提出 萬(wàn)物都是由極小的 硬的 不可穿透的 不可分割的微粒結(jié)合起來(lái)的 這種微粒叫 原子 意為不可再分的原始粒子 2 基本定律 18世紀(jì)末 質(zhì)量守恒定律 1756年俄 化 羅蒙諾索夫 反應(yīng)前后物質(zhì)的總質(zhì)量不變 或 參加化學(xué)反應(yīng)的全部物質(zhì)的質(zhì)量 等于反應(yīng)后的全部產(chǎn)物的質(zhì)量 注意 E mc2 定比 組成 定律 1779年 法 化 普魯斯特 一種純凈的化合物不論來(lái)源如何 各組份元素的質(zhì)量都有一定的比例 如H2O 氫和氧的質(zhì)量比總是1 8 倍比定律 1803年 英 道爾頓 當(dāng)甲 乙兩種元素相互化合生成兩種或兩種以上化合物時(shí) 則在這些化合物中 與同一質(zhì)量甲元素相化合的乙元素的質(zhì)量互成簡(jiǎn)單整數(shù)比 3 道爾頓原子論要點(diǎn) 1803Dalton 一切物質(zhì)由稱為原子的不可再分割 不可毀滅的最小微粒構(gòu)成 同種原子完全相同 質(zhì)量 形狀 性質(zhì) 不同種原子則不同 每一種物質(zhì)都由它自己的原子組成 單質(zhì)由簡(jiǎn)單原子組成 化合物由復(fù)雜原子 由不同元素的原子結(jié)合而成 今天稱 分子 組成 該理論應(yīng)用了近一個(gè)世紀(jì) 4 湯姆遜原子模型 浸入模型18981903 當(dāng)人們由陰極射線發(fā)現(xiàn)電子帶電荷后 湯姆遜發(fā)現(xiàn) 用什么金屬做陰極 電子的荷質(zhì)比 1 759 1011庫(kù) 千克 e m 是不變的 因此 他確認(rèn) 所有電子都是相同的微粒 所有的物質(zhì)均含有電子 根據(jù)所有原子都有電子的認(rèn)識(shí) 1898年湯提出一原子模型 把當(dāng)時(shí)已知的原子的組份都顯示出來(lái) 幾年后 經(jīng)反復(fù)推敲 他提出 電子浸于 均勻分布的正電性球體 的原子模型 進(jìn)而 他又提出電子以同心殼層排布以及各種原子的電子排布不同 湯姆遜的原子模型還沒(méi)有來(lái)得及仔細(xì)加工 就被盧瑟夫 E Rutherford 英 及其學(xué)生的一系列實(shí)驗(yàn)所推翻 5 帶核的原子模型 盧瑟夫E Rutherford 1911 電子是原子的一個(gè)組成部分 且電子帶負(fù)電荷已很清楚 而整個(gè)原子是中性的 這說(shuō)明還存在帶正電的部分 這部分結(jié)構(gòu)如何呢 發(fā)展原子結(jié)構(gòu)的又一個(gè)重大的突破來(lái)自1911年盧瑟夫的實(shí)驗(yàn)室 他讓從釙發(fā)出的 粒子經(jīng)過(guò)一個(gè)狹縫射向一張非常薄的金屬片 如金箔 粒子打其會(huì)有何現(xiàn)象 實(shí)驗(yàn)者們從前后左右每一個(gè)側(cè)面各個(gè)角度進(jìn)行 用熒光屏探測(cè) 粒子方向改變 散射 的程度 他們發(fā)現(xiàn) 絕大多數(shù) 粒子通過(guò)金箔時(shí) 方向不變 即直線前進(jìn) 只有少數(shù)發(fā)生輕微偏折 約萬(wàn)分之一 不可思議的是 更有個(gè)別 粒子以90度或更大的角度偏折回來(lái) 用手槍向一片薄紙片開火 子彈竟然反射回來(lái)?yè)糁辛俗约?解釋 大多數(shù) 粒子穿過(guò)原子本身 至于少數(shù)激烈偏轉(zhuǎn)的 粒子 必定是 粒子與原子中帶電部分相互作用而引起的 但這帶電部分未必是電子 因?yàn)?粒子的質(zhì)量比電子約大7400倍 故 粒子與電子碰撞時(shí) 不能使 粒子運(yùn)動(dòng)的方向明顯改變 即不可能引起很大的偏轉(zhuǎn) 結(jié)論 每一個(gè)原子都含有一個(gè)非常小的 密實(shí)的 帶有全部正電荷的核 上述個(gè)別 粒子的較大偏折 就是由一個(gè)金屬原子的帶正電荷的很小核引起的 且算出了核的半徑小于3 10 12厘米 盧瑟夫原子模型 正電荷密集在一個(gè)很小的 堅(jiān)實(shí)的叫做原子核的區(qū)域內(nèi) 核外有若干電子圍繞核作變速軌跡運(yùn)動(dòng) 實(shí)驗(yàn)測(cè)得原子核很小 直徑數(shù)量級(jí)約為10 13cm 約為原子直徑 10 8cm 的萬(wàn)分之一 核與電子間十分敞空 并存電場(chǎng)把核與電子束縛在一起 形成相對(duì)穩(wěn)定的原子 原子核所帶的正電量與核外電子所帶的負(fù)電總量相等 整個(gè)原子呈電中性 由于電子質(zhì)量很小 所以原子的質(zhì)量幾乎全部集中在核上 這個(gè)帶核的原子模型也稱為行星式模型或 小太陽(yáng)系 原子模型 人類認(rèn)識(shí)微觀世界的一個(gè)重要里程碑 1 2 相對(duì)原子質(zhì)量 原子量 2 1元素 原子序素和元素符號(hào)1 元素 英國(guó)化學(xué)家波義耳于1661年提出 一切物質(zhì)由元素組成 元素是不能再分的最簡(jiǎn)單的物質(zhì) 它的種類比較多 元素是原子核里質(zhì)子數(shù) 核電荷數(shù) 相同的一類原子的總稱 本質(zhì) 質(zhì)子數(shù) 同種原子的原子核中 所含的質(zhì)子數(shù)目是一樣的 但中子數(shù)可以不同 由同種元素組成的物質(zhì)稱單質(zhì) O2 Fe C由不同種元素組成的物質(zhì)叫化合物 H2O NaOHO16 O17 O18為同一元素 但卻是不同的原子 2 原子序數(shù)按元素的核電荷數(shù)進(jìn)行排序 所得的序號(hào)叫原子序數(shù) 3 元素符號(hào)2 2核素 同位素和同位素豐度1 核素 具有一定數(shù)目的質(zhì)子數(shù)和一定數(shù)目的中子的一種原子稱為核素 如 12C 碳 12核素 13C 碳 13核素 多核素元素 具有多種核素的元素稱多核素元素 單一核素元素 具有一種核素的元素稱單一核素元素 2311Na 2 同位素 質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的不同原子互稱同位素 穩(wěn)定性同位素 約3000多種 放射性同位素 約3000種左右 人工放射性同位素 約1000多種 同量異位素 核子數(shù)相同而質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)不同的原子 的總稱 同量素 質(zhì)量數(shù)相同質(zhì)子數(shù)不同 分屬于不同元素的幾種原子互稱同量素 3616S與3618Ar 6529Cu與6530Zn 同中素 具有一定中子數(shù)的原子 的總稱 3 同位素豐度某元素的各種天然同位素的分?jǐn)?shù)組成 原子百分比 稱為同位素豐度 2 3原子的質(zhì)量m 原子質(zhì)量 某核素的一個(gè)原子的質(zhì)量稱為該核素的原子質(zhì)量 簡(jiǎn)稱原子質(zhì)量 由于構(gòu)成原子的質(zhì)子 中子和電子質(zhì)量均很小 因而一個(gè)原子的質(zhì)量很小 質(zhì)子的靜止質(zhì)量為1 672649 10 24g中子的靜止質(zhì)量為1 674954 10 24g電子的靜止質(zhì)量為9 109537 10 28g一個(gè)原子的質(zhì)量不等于構(gòu)成它的質(zhì)子和中子的質(zhì)量的簡(jiǎn)單加和 電子的質(zhì)量太小可忽略不計(jì) 差值被稱為質(zhì)量虧損 等于核子結(jié)合成原子釋放出來(lái)的能量 結(jié)合能 原子質(zhì)量的單位 1973年國(guó)際計(jì)量局規(guī)定一個(gè)12C核素原子質(zhì)量的1 12為 統(tǒng)一的原子質(zhì)量單位 用 表示 1 6605655 10 27Kg則12C的原子質(zhì)量等于12 12 1 6605655 10 27Kg 平均原子質(zhì)量可以通過(guò)質(zhì)譜儀所測(cè)定的各核素的原子質(zhì)量及其在自然界的豐度而計(jì)算出來(lái) 如氧元素有三種同位素 核素原子質(zhì)量豐度16O15 994915u99 759 17O16 999133u0 037 18O17 99916u0 204 故氧的平均原子質(zhì)量為 15 994915u 99 759 16 999133u 0 037 17 99916u 0 204 15 9994u 1 3 原子的起源和演化 自學(xué) 1 4 原子結(jié)構(gòu)的玻爾行星模型 4 1氫原子光譜 連續(xù)光譜 continuousspectrum 連續(xù)光譜 continuousspectrum 彩虹 電磁波連續(xù)光譜 氫原子光譜 原子發(fā)射光譜 linespectrum 在高能條件下 原子受到激發(fā) 也可發(fā)光 高能量 火焰 電弧 高壓電等 原子發(fā)射的光只具有某些特定的波長(zhǎng) 用棱鏡分開后 得到了不連續(xù)的線狀光譜 是由原子本身產(chǎn)生的 故叫原子光譜 裝有低壓氫H2 g 的放電管 高壓放電發(fā)出紫外光和可見光 三棱鏡 不連續(xù)的線狀光譜 連續(xù)光譜和原子發(fā)射光譜 從上到下 氫 氦 鋰 鈉 鋇 汞 氖的發(fā)射光譜 氫原子光譜 譜線H H H H H 編號(hào) n 12345波長(zhǎng) nm656 279486 133434 048410 175397 0091883年 巴耳末經(jīng)過(guò)研究得出經(jīng)驗(yàn)方程 1 1 從紫外區(qū)到紅外區(qū)有多條分立的具有特征頻率的譜線 這些譜線均可用里德堡 Rydberg 公式表示 里德堡常數(shù) H 1 09677 107m 1且 n2 n1 H 289 1015S 1光速 c 2 9988 108m S 1巴耳末系 n1 2n2 3 4 5 可見光區(qū)的五條譜線賴曼系 n1 1n2 2 3 4 派興系 n1 3n2 4 5 6 1 2 1 2 經(jīng)典電磁理論不能解釋氫原子光譜 對(duì)于n1 n2的意義 里德堡無(wú)法給予解釋 至此 經(jīng)典理論在原子結(jié)構(gòu)問(wèn)題上遇到了不可克服的困難 首先 經(jīng)典理論不能建立一個(gè)穩(wěn)定的原子模型 如果一個(gè)電子的力學(xué)行為象行星的話 根據(jù)經(jīng)典電動(dòng)力學(xué) 電子環(huán)繞原子核的運(yùn)動(dòng)是加速運(yùn)動(dòng) 因而不斷以輻射的方式發(fā)射出能量 電子運(yùn)動(dòng)軌道的曲率半徑也就不斷減小 電子最后將螺旋式地墜入原子核 此外 加速電子所產(chǎn)生的輻射 其頻率是連續(xù)分布的 這與原子光譜是分立的譜線的事實(shí)不符 不能解釋里德堡公式反映的光譜的規(guī)律性 事實(shí)說(shuō)不能依據(jù)經(jīng)典理論來(lái)建立原子模型 4 2 玻爾理論 丹麥物理學(xué)家Beall1913 理論基礎(chǔ) 光子學(xué)說(shuō) A Einstein1908 帶核的原子模型 盧瑟夫E Rutherford 1911 量子論 M Plack1900 4 2 玻爾理論 Beall1913 普朗克 Plank 量子論 為了解決 黑體輻射 問(wèn)題 Plank在1900年首先引進(jìn)了 量子 概念 任何一輻射物體 原子 不能連續(xù)吸收或發(fā)射能量 而是以一不連續(xù)的量一份一份地吸收或者發(fā)射輻射能 每一份不連續(xù)的量稱為量子 某物理量整數(shù)倍變化 則說(shuō)它不連續(xù) 量子化 在微觀世界中 核電荷 電子數(shù) 是量子化變化的 Plank的假設(shè)動(dòng)搖了經(jīng)典理論的基礎(chǔ) 遭到經(jīng)典論者的猛烈攻擊 此關(guān)鍵時(shí)刻 愛因斯坦站出來(lái)支持了他 提出 E 光子能量 頻率 普朗克常數(shù) 6 625 10 34J S 1 玻爾理論要點(diǎn) 玻爾在Plank量子力學(xué)的基礎(chǔ)上 提出了玻爾理論 要點(diǎn)如下 行星模型 玻爾假定 氫原子核外的電子是處在一定的線性軌道上繞核運(yùn)行的 正如太陽(yáng)系中的行星繞太陽(yáng)運(yùn)行一樣 定態(tài)假設(shè) 電子取一定穩(wěn)定軌道繞核運(yùn)動(dòng) 在此軌道上運(yùn)動(dòng)的電子即不放出能量也不吸收能量 處于一定軌道上的電子 能量一定 定態(tài) 電子處于最低能量的軌跡上叫 基態(tài) 處于能量校高的軌道上稱 激發(fā)態(tài) 量子化條件 電子所處軌道不是任意的 是不連續(xù)的 而是滿足量子化條件 角動(dòng)量 L mvr 等于整數(shù)倍 n 1 2 3 4 5 圓形軌道時(shí) m 電子質(zhì)量v 電子速度r 軌道半徑h 普朗克常數(shù) 加上其它條件 可求出氫原子核外軌道的能量公式 ev 或 J r 52 9pmn 1 2 3 正整數(shù)當(dāng)氫原子處于基態(tài)時(shí) n 1 E1 2 179 10 18J 13 6evr 52 9pm稱玻爾半徑 n 2 E2 2 179 10 18 22 5 488 10 19J 3 4evn 3 E3 2 179 10 18 32 2 421 10 19J 1 51ev 頻率規(guī)則 當(dāng)一個(gè)電子從一個(gè)軌道跳到另一個(gè)軌道中去時(shí) 該躍遷就伴隨著吸收或放出一定的能量 這個(gè)能量數(shù)值等于兩個(gè)軌道之間的能量差 基態(tài)激發(fā)態(tài) 激發(fā)態(tài)基態(tài) E2 E1 E 如由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)發(fā)射的光子頻率為 里德堡方程的一種形式 其中 R 2 179 10 18J 13 6ev 又 即得里德堡方程 H 3 289 1015周波 秒 玻爾理論可以完滿地解釋氫原子光譜 指出里德堡公式中n1 n2代表了電子的不同能級(jí) 稱量子數(shù) 電子處于n 1的能級(jí)上時(shí) 為基態(tài) 是最穩(wěn)定狀態(tài) 當(dāng)電子受到激發(fā)后 躍遷到n值較大的軌道上 n 2 3 4 為不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài) 當(dāng)電子跳回到能量較低的軌跡上來(lái)時(shí) 放出單色光h E En初 En末 h 當(dāng)時(shí)尚未發(fā)現(xiàn)紫外光區(qū)有譜線 玻爾依自己的理論預(yù)言到 如令n1 我們得到線系 它在紫外區(qū) 它未被觀察到 但它的存在是可以推測(cè)到的 玻爾所預(yù)言的這一紫外線系在1915年為賴曼發(fā)現(xiàn) 從而使這一理論成功 n1 1 n2 2 3 4 紫外光區(qū) 為拉曼系 n1 2 n2 3 4 5 可見光區(qū) 為巴爾麥系 n1 3 n2 4 5 6 紅外光區(qū) 為帕邢系 n1 4 n2 5 6 7 遠(yuǎn)紅外光區(qū) 為布拉開系n1 5 n2 6 7 8 遠(yuǎn)紅外光區(qū) 為普芬德系n值越大 電子離核越遠(yuǎn) 所處能級(jí)越高 玻爾理論的最大貢獻(xiàn) 在于提出了能級(jí)的概念 他為此而獲得了諾貝爾獎(jiǎng) 他還通過(guò)對(duì)氫原子結(jié)構(gòu) 氫光譜 類氫離子 Li2 He 的成功解釋 使 量子 概念深入人心 氫原子光譜 氫原子光譜與能量 玻爾理論缺點(diǎn) 對(duì)多電子體系 原子 無(wú)能為力 對(duì)僅有兩個(gè)電子的He光譜解釋也誤差較大 對(duì)復(fù)雜體系的計(jì)算結(jié)果誤差之大 令人難以容忍 對(duì)氫光譜中每一條光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)無(wú)法解釋 最終導(dǎo)致了該理論的失敗 主要原因 沒(méi)有完全脫離經(jīng)典物理學(xué)的觀點(diǎn) 雖然引入了一些量子化條件 但仍然把微觀粒子看作是經(jīng)典力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn) 從而把經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律用在微觀粒子上 直到1924年 deBroglie揭示了微觀粒子具有根本不同于宏觀質(zhì)點(diǎn)的性質(zhì) 波粒二象性后 一個(gè)完整的描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論 量子力學(xué)才逐步建立起來(lái) 1 5 氫原子結(jié)構(gòu) 核外電子運(yùn)動(dòng) 的量子力學(xué)模型微觀體系屬性主要有兩個(gè)方面 具有波粒二象性 滿足測(cè)不準(zhǔn)原理 5 1波粒二象性 物理上詳盡地描述了宏觀物體 如行星 子彈 球類等 其運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出 具有體積 質(zhì)量 運(yùn)動(dòng)軌道等 體現(xiàn)了粒子性 物體的特有性質(zhì) 而聲波 電磁波 可用波長(zhǎng) 頻率 周期等性質(zhì)來(lái)描述 體現(xiàn)了波動(dòng)性 波的特有性質(zhì) 經(jīng)典物理學(xué)視其彼此獨(dú)立 隨科學(xué)發(fā)展 發(fā)現(xiàn)對(duì)微觀體系 波粒之間的界限很模糊 無(wú)論是光子 還是電子 皆會(huì)呈現(xiàn)出波粒二象性 在不同條件下可分別表現(xiàn)出波動(dòng)性和粒子性的現(xiàn)象 稱為波粒二象性 波粒二象性是微觀粒子的基本屬性之一 光 波粒二象性A 粒子性 主要表現(xiàn)在光可產(chǎn)生光電效應(yīng) 把光看作是微粒 光子 時(shí)則可解釋 h 能量子 光子 撞擊金屬時(shí) 把能量轉(zhuǎn)移給電子 一部分克服電子與金屬的吸引能 另一部分轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮拥膭?dòng)能 h 1 2mv2光子能量吸引能電子動(dòng)能當(dāng)把 h 0時(shí) h h 0 1 2mv2光子的動(dòng)量 P mc 與波長(zhǎng)成反比 B 波動(dòng)性 光可產(chǎn)生干涉 光還可發(fā)生衍射 繞射 可繞過(guò)小于波長(zhǎng)的障礙物和光柵 5 2 德布羅意 deBroglie 關(guān)系式 1924年 deBroglie在光有波粒二象性的啟示下 大膽提出了微觀粒子也具有波粒二象性的假說(shuō) 他認(rèn)為在對(duì)光的研究上 重視了光的波動(dòng)性而忽略了微粒性 但對(duì)實(shí)體的研究上 則過(guò)分重視了粒子性而忽略了波動(dòng)性 對(duì)質(zhì)量為m 運(yùn)動(dòng)速度為v的粒子 其波長(zhǎng) 可以由下式求出 動(dòng)量p mv A deBroglie關(guān)系式 當(dāng)粒子為電子時(shí) 是電子的波長(zhǎng) 表明波動(dòng)性 左邊是電子的動(dòng)量p 代表粒子性 通過(guò)h把電子的粒子性和波動(dòng)性定量地聯(lián)系起來(lái)了 電子的波粒二象性 例 分別求 質(zhì)量10g 以800m s 1飛行的子彈的運(yùn)動(dòng)波長(zhǎng) 質(zhì)量9 11 10 31Kg 以106m s 1運(yùn)動(dòng)的電子所產(chǎn)生的波長(zhǎng) 解 子彈 h mv 6 63 10 34 0 01 800 8 29 10 35 m 電子 h mv 6 63 10 34 9 11 10 31 106 7 28 10 10 m 728 pm 德布羅意假說(shuō)的正確性 在1927年為戴維森 Davisson 和革爾麥 Germer 所做的電子衍射實(shí)驗(yàn)所證實(shí) 當(dāng)一束已知能量的電子穿過(guò)金屬箔或晶體粉末時(shí) 得到了與x射線相似的衍射圖樣 電子衍射實(shí)驗(yàn)示意圖用電子槍發(fā)射高速電子通過(guò)薄晶體片射擊感光熒屏 得到明暗相間的環(huán)紋 類似于光波的衍射環(huán)紋 從而證明了微觀粒子均具有波粒二象性 實(shí)物顆粒的質(zhì)量 速度與波長(zhǎng)的關(guān)系 電子衍射實(shí)驗(yàn) 早期電子衍射照片 金箔 5 3 不確定 測(cè)不準(zhǔn) 原理 1927德 物 Heisenberg 測(cè)不準(zhǔn)原理 對(duì)微觀體系粒子 不能同時(shí)而又準(zhǔn)確地測(cè)量其位置和速度 x p h x p h 測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系式 x x方向上位置偏差 不準(zhǔn)量 p x方向上動(dòng)量偏差 不準(zhǔn)量 h Planck常數(shù)6 625 10 34J S 1當(dāng) x 0時(shí) 位置測(cè)準(zhǔn)確時(shí) px很大 速度測(cè)不準(zhǔn) 當(dāng) p 0時(shí) 速度測(cè)準(zhǔn)確時(shí) x很大 位置測(cè)不準(zhǔn) 這樣 對(duì)于像電子這樣的微觀體系 則不能用經(jīng)典的 軌道 來(lái)描述 對(duì)于宏觀物體 測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系照樣適用 只是實(shí)際上起不了什么作用 5 4 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述 由于微觀體系具有波粒二象性和滿足測(cè)不準(zhǔn)原理 所以 經(jīng)典力學(xué)運(yùn)動(dòng)軌道的概念在微觀世界中也就不復(fù)存在了 1925年以來(lái) 海森堡 薛定諤創(chuàng)立了 量子力學(xué) 波動(dòng)力學(xué) 完全擺脫了經(jīng)典物理學(xué)的束縛 奧地利物理學(xué)家 Schr dinger 一 波函數(shù)和四個(gè)量子數(shù)1 波函數(shù) 電子具有波粒二象性 描述電子運(yùn)動(dòng)的波可用三維波 對(duì)于核外運(yùn)動(dòng)的電子 1926年奧地利物理學(xué)家薛定諤提出了一個(gè)將電子波動(dòng)性和其能量聯(lián)系起來(lái)的方程式 m 質(zhì)量 粒子 電子 V 勢(shì)能E 粒子總能量 動(dòng) 勢(shì) 方程意義 在原子體系中 任一電子在勢(shì)能為V的勢(shì)場(chǎng)中 原子體系 運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可由薛定諤方程描述 此方程的每一個(gè)合理解代表了該電子的一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 與 解相聯(lián)系的能量E 代表了該電子處于這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的能量 將三維直角坐標(biāo)系變換成球坐標(biāo)系 然后求解之 根據(jù)r 的定義 有x rsin cos y rsin sin z rcos r2 x2 y2 z2 解上述偏微分方程 可得 空間波函數(shù)徑向部分角度部分 1 E1 2 E2 n En合理解滿足 單值 在空間任一處 x y z 只有一個(gè)值 連續(xù) 隨x y z的變化是連續(xù)的 而不是間斷的 有限 在空間任一處 x y z 的值是確定的 歸一化 即電子出現(xiàn)的總幾率100 為了得到電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)合理的解 必須引入只能取某些整數(shù)值的三個(gè)參數(shù) 稱它們?yōu)榱孔訑?shù) 2 四個(gè)量子數(shù) 電子在核外運(yùn)動(dòng)不任意 只能取一定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 為了確定這一定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 需要引入四個(gè)量子數(shù) 換句話說(shuō) 四個(gè)量子數(shù)的一組值 才可確定某一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 亦即一條原子軌道 反過(guò)來(lái) 一條原子軌道可用四個(gè)量子數(shù)來(lái)確定 四個(gè)量子數(shù) nlmms主量子數(shù)角量子數(shù)磁量子數(shù)自旋量子數(shù) 合理解Schr方程所必須引入實(shí)驗(yàn) 理論的需要量子數(shù)是表征微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一些特定數(shù)字 只能不連續(xù)地 跳躍式的變化 主量子數(shù)n 表示電子出現(xiàn)幾率最大地方離核的遠(yuǎn)近 是決定電子能量狀態(tài)的主要因素 取值 n 正整數(shù)符號(hào) 代表電子層n值越大 則代表電子在離核較遠(yuǎn)的地方出現(xiàn)幾率大 n值越小 則代表電子在離核較近的地方出現(xiàn)幾率大 n值越大 則表示電子所處狀態(tài)的能量越高 反之則反 代表電子層 n不同 代表了不同的電子層 對(duì)氫原子 電子的能量完全由n決定 或 n 能量最低 基態(tài) 能量較高 激發(fā)態(tài) 角量子數(shù) 副量子數(shù) 確定原子軌道的形狀 描述電子在空間某角度的幾率分布或確定電子云的形狀 并和主量子數(shù) 一起決定電子的能量 多電子體系中 決定電子角動(dòng)量的大小 角動(dòng)量越大 越大 確定電子亞層 當(dāng) 值一定時(shí) 只能取小于 的正整數(shù) 共取 個(gè)值 1 光學(xué)能級(jí)符號(hào) 磁量子數(shù)m 磁量子數(shù)m決定原子軌道在空間的取向 在外磁場(chǎng)或電場(chǎng)作用下 也參與決定能量 某種形狀的原子軌道 可以在空間有不同的伸展方向 從而得到幾個(gè)空間不同的原子軌道 這是根據(jù)線狀光譜在磁場(chǎng)中還可分裂 顯示出微小的能量差別所得出的結(jié)果 m的取值受l的限制 m l共可取 l 1個(gè)值 4f m應(yīng)有七個(gè)值 即有7種取向 7個(gè)軌道 等價(jià)軌道 或 簡(jiǎn)并軌道 n l相同 m不同的軌道 簡(jiǎn)并度 3p 3個(gè)軌道 簡(jiǎn)并度為3 簡(jiǎn)并軌道的多少3d 5個(gè)軌道 簡(jiǎn)并度為5 4f 7個(gè)軌道 簡(jiǎn)并度為7 第n電子層上共有n2個(gè)軌道 這三個(gè)量子數(shù)n l m可以決定電子所處的軌道 自旋量子數(shù)ms 通過(guò)進(jìn)行原子光譜的實(shí)驗(yàn) 發(fā)現(xiàn)在強(qiáng)磁場(chǎng)存在下 大多數(shù)譜線由兩條靠得很近的譜線組成的 說(shuō)明核外電子除了取一定的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)外 本身還有自旋 故需引入這第四個(gè)量子數(shù)ms 取值 ms 1 2 1 2符號(hào) 代表電子只有兩種自旋方向 即順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较?由于四個(gè)量子數(shù)決定一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 當(dāng)前三個(gè)量子數(shù)一樣時(shí) 第四個(gè)量子數(shù)必然不同 所以 每個(gè)軌道只能容納兩個(gè)自旋方向相反的電子 故每一電子層上可容納的電子數(shù)最多為2n2 例1 1s電子的量子數(shù)各為多少 解 1s n s 1 2例 n 1 s 1 2解 n 1 而只有 1時(shí) 才有 1 四個(gè)量子數(shù)可以完全決定一個(gè)電子在核外的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 二 波函數(shù)的徑向部分和角度部分 徑向部分角度部分 例 當(dāng)n 1 l 0 當(dāng)n l 規(guī)定為 軸方向 和 時(shí) 常數(shù)CR r Y 1 波函數(shù)角度部分圖示 波函數(shù)的角度部分圖示又稱原子軌道的角度分布圖 波函數(shù)角度部分的形式 不但決定原子軌道的形狀 而且對(duì)成鍵的方向性起決定作用 需特別注意 把波函數(shù)的角度部分用圖形表示出來(lái) 稱為角度分布圖 有正負(fù)之分 波函數(shù)的角度部分圖與主量子數(shù)無(wú)關(guān) Y2pz C cos 波函數(shù)的角度分布圖 s p軌道的角度分布圖 d軌道角度分布圖 三 幾率密度和電子云 1 電子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)解釋 解薛定諤方程可得描述電子運(yùn)動(dòng)的波函數(shù) 每一個(gè) i Ei表示了電子的一個(gè) 定態(tài) 即一個(gè) 軌道 三 幾率密度和電子云 1 電子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)解釋 電子運(yùn)動(dòng)測(cè)不準(zhǔn) 故電子在何處運(yùn)動(dòng)無(wú)多大意義 幾率密度 2 幾率 電子波動(dòng)性只有通過(guò)其微粒性的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)得到說(shuō)明 d 2d 電子云 2的大小表示電子在核外空間 r 處出現(xiàn)的幾率密度 可以形象地用一些小黑點(diǎn)在核外空間分布的疏密程度來(lái)表示 這種圖形稱為 電子云 電子云是電子在核外空間出現(xiàn)幾率密度分布的形象化表示 三 幾率密度和電子云 2 電子云的角度分布和徑向分布 電子云的角度分布當(dāng)Y2 對(duì) 作圖時(shí) 則得到電子云角度分布圖 可表示同一球面上各點(diǎn)幾率密度的相對(duì)大小 與原子軌道的角度分布圖Y不同 Y2都是正號(hào) 沒(méi)有負(fù)量 它并非電子云的實(shí)際形狀 因?yàn)殡娮釉茷?電子云的角度分布 幾率的徑向分布 指電子在原子核外距離為r的一薄層球殼中出現(xiàn)的幾率隨半徑r變化時(shí)的分布情況 常用徑向分布函數(shù)D r 來(lái)描述 D r 4r2R2 r D r 的物理意義 D r d 代表在半徑r dr的兩個(gè)球殼夾層內(nèi)找到電子的幾率 最大幾率峰 1s r a0 53pm離核近2s r a0離核遠(yuǎn)峰數(shù) n l 1 6 基態(tài)原子電子組態(tài) 電子排布 6 1 構(gòu)造原理一 屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)1 屏蔽效應(yīng) 每個(gè)在核外運(yùn)動(dòng)的 處于一定能極軌道上的電子均有一定的能量 其每個(gè)電子具有的能量可由下式來(lái)確定 Z 有效核電荷 對(duì)單電子的體系 如氫原子 H Z Z 1 相應(yīng)的能量為 即 1 屏蔽效應(yīng) 對(duì)多電子原子 Z Z 例如 Li原子 Z 3 1s2 2s1 屏蔽效應(yīng) 在多電子體系中 由于電子間的相互排斥作用 使得原子核對(duì)外層電子吸引力減弱的作用 叫做屏蔽效應(yīng) Z Z 屏蔽常數(shù) 即電子作用低消的那一部分核電荷 對(duì)Li2s1 2 0 85 1 7Z 3 1 7 1 3 的大小 即不但與n有關(guān) 也與l有關(guān) 所以我們前面說(shuō)過(guò) 電子的能量或原子軌道的能量由n和l共同決定 屏蔽常數(shù)可由原子光譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)出來(lái) 1 屏蔽效應(yīng) 估算 的斯萊特 Slater J C 規(guī)則 將電子按內(nèi)外次序分組 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f等 外層電子對(duì)內(nèi)層電子沒(méi)有屏蔽作用 各組 0 同一組 0 35 但1s 0 3 n 1 組對(duì)ns np的 0 85 對(duì)nd nf的 1 00 更內(nèi)各族 1 00 1 屏蔽效應(yīng) n不同 l相同時(shí) n越大 E越高 EK EL EM EN 如 E1s E2s E3s E4s E2p E3p E4p E5p 這是因?yàn)閚越大 電子離核平均距離越遠(yuǎn) 其它電子對(duì)它的屏蔽作用越大 即 越大 E負(fù)值越小 n相同 l不同時(shí) l越大 E越高 Ens Enp End Enf 如n 3 E3s E3p E3d 主量子數(shù)n相同時(shí) 電子離核平均距離相同 為何能量不同呢 這與電子的鉆穿效應(yīng)有關(guān) 2 鉆穿效應(yīng) 穿透效應(yīng) 3個(gè)峰 2個(gè)峰 1個(gè)峰 鉆穿效應(yīng)實(shí)質(zhì)上是討論s p d f等的經(jīng)向分布不同而引起的能量效應(yīng) 2 鉆穿效應(yīng) 穿透效應(yīng) 穿透性 外層電子通過(guò)內(nèi)層電子的屏蔽而接近于原子核 使原子核對(duì)該電子的引力加強(qiáng)作用稱為穿透性 鉆穿效應(yīng) 由于角量子數(shù)l不同 幾率經(jīng)向分布不同 電子鉆到核附近的幾率不同 因而能量不同的現(xiàn)象 稱為鉆穿效應(yīng) 解釋n同 l不同時(shí)軌道能量的高低 如上討論 解釋n l不同時(shí)軌道能級(jí)交錯(cuò)的現(xiàn)象 事實(shí) E4s E3d第四周期K Ca等 E6s E4f E5d等等 二 構(gòu)造原理圖 隨核電荷數(shù)增加 大多數(shù)元素的電中性基態(tài)原子的電子按特定順序填入核外電子運(yùn)動(dòng)軌道 叫作構(gòu)造原理 aufbauprinciple Pauling原子軌道近似能級(jí)圖 能級(jí)圖按能量高低排列 能級(jí)組之間的能量差大 能級(jí)組內(nèi)能量差小 能量相同的稱簡(jiǎn)并 等價(jià) 軌道 p軌道三重簡(jiǎn)并 d軌道5重簡(jiǎn)并 f軌道7重簡(jiǎn)并 角量子數(shù)相同 主量子數(shù)越大 能量越高 主量子數(shù)相同 角量子數(shù)越大 能量越高 能級(jí)分裂 主量子數(shù)和角量子數(shù)不同 能量次序復(fù)雜 能量交錯(cuò) E4s E3d E4P E5s E4d E5p E6s E4f E5d E6p Pauling近似能級(jí)圖 徐光憲 n 0 7l 規(guī)則 其 n 0 7l 值越大 軌道能量越高 反之則反 能級(jí)組 把能量接近的能級(jí)分為一組 稱為 能級(jí)組 各能級(jí)組的整數(shù)部分值相同 且此值為幾 則稱為第幾能級(jí)組 可分為7個(gè)能級(jí)組 ns n 2 f n 1 d np注意 原子已填充后 能級(jí)與上不同 已填充后 中性原子 能級(jí)交錯(cuò) 現(xiàn)象不復(fù)存在 即恢復(fù)正常 如26Fe 1s22s22p63s23p63d64s2填充時(shí) E3d E4s填充后 E3d E4s當(dāng)Fe變?yōu)殡x子時(shí) 先失去4s電子 而非3d電子 對(duì)多電子原子來(lái)說(shuō) 處于較深的內(nèi)層電子也不存在 能級(jí)交錯(cuò) 現(xiàn)象 IA IIAIIIA VIIIAIIIB VIIIBLa系周期IB IIBAc系 核外電子填充順序圖 電子填充順序示意圖 三 核外電子排布規(guī)則 1 能量最低原理電子在原子軌道時(shí)的分布盡可能使體系的能量為最低 能量越低越穩(wěn)定 2 鮑利 Pauli W 奧地利 不相容原理多電子體系中兩個(gè)電子不能具有完全相同的一組量子數(shù) n l m ms 換言之 每個(gè)原子軌道中至多只能容納兩個(gè)電子 而且 這兩個(gè)電子自旋方向必須相反 按照鮑利原理 在同一原子中每一組n l m ms值所確定的狀態(tài) 只能容納一個(gè)電子 故對(duì)于給定的電子層 n 可以容納的最多電子數(shù)為 令 n 1 2 3 4 則得2 8 18 32 這就是核外電子殼層K L M N 所可能容納的電子數(shù) 三 核外電子排布規(guī)則 3 簡(jiǎn)并軌道原理 洪特規(guī)則 最多軌道原則 在等價(jià)軌道上 即n l相同的軌道 電子盡可能分占軌道 且自旋平行 6C 7N 恩曉定理 等價(jià)軌道處于全滿 p6 d10 f14 半滿 p3 d5 f7 或全空 p0 d0 f0 時(shí) 狀態(tài) 體系 較穩(wěn)定 可解釋24號(hào) 29元素的電子填充 洪特規(guī)則和恩曉定理是由光譜數(shù)據(jù)總結(jié)出來(lái)的 只有符合簡(jiǎn)并軌道原理 才能使體系能量最低 最穩(wěn)定 所以說(shuō) 簡(jiǎn)并軌道原理是能量最低原理的補(bǔ)充 6 2 基態(tài)原子電子組態(tài) 電子排布 11NaSodium鈉1s22s22p63s112MgMagnesium鎂1s22s22p63s213AlAluminium鋁1s22s22p63s23p114SiSilicon硅1s22s22p63s23p215PPhosphorus磷1s22s22p63s23p316SSulfur硫1s22s22p63s23p417ClChlorine氯1s22s22p63s23p518ArArgon氬1s22s22p63s23p6 Ar 原子實(shí) 表示Ar的電子結(jié)構(gòu)式1s22s22p63s23p6 原子實(shí)后面是價(jià)層電子 即在化學(xué)反應(yīng)中可能發(fā)生變化的電子 雖先排4s后排3d 但電子結(jié)構(gòu)式中先寫3d 后寫4s 21ScScandium鈧 Ar 3d14s222TiTitanium鈦 Ar 3d24s223VVanadium釩 Ar 3d34s2 24CrChromium鉻 Ar 3d54s1 25MnManganese錳 Ar 3d54s226FeIron鐵 Ar 3d64s227CoCobalt鈷 Ar 3d74s228NiNickel鎳 Ar 3d84s229CuCopper銅 Ar 3d104s1 19KPotassium鉀 Ar 4s120CaCalcium鈣 Ar 4s2 依構(gòu)造原理 可正確地排出絕大多數(shù)元素的原子核外電子層結(jié)構(gòu) 但也有個(gè)別元素與原理不一致的現(xiàn)象 主要是第五周期以后原子能級(jí)差別減小的緣故 在學(xué)習(xí)中 應(yīng)抱科學(xué)態(tài)度 承認(rèn)事實(shí) 依一般規(guī)律解釋普遍現(xiàn)象 對(duì)特殊的 不能拿事實(shí)去適應(yīng)原理 幾個(gè)反常元素 可用下圖幫助記憶 1 7元素周期系 7 1 元素性質(zhì)呈現(xiàn)周期性的原因 1869年 俄國(guó)化學(xué)家門捷列夫在總結(jié)對(duì)比當(dāng)時(shí)已知的60多種元素的性質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)化學(xué)元素之間的本質(zhì)聯(lián)系 按原子量遞增把化學(xué)元素排成序列 元素的性質(zhì)發(fā)生周期性的遞變 這就是元素周期律的最早表述 1911年 年輕的英國(guó)人莫塞萊在分析元素的特征X射線時(shí)發(fā)現(xiàn) 門捷列夫化學(xué)元素周期系中的原子序數(shù)不是人們的主觀賦值 而是原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù) 隨后的原子核外電子排布理論則揭示了核外電子的周期性分層結(jié)構(gòu) 元素周期律 隨核內(nèi)質(zhì)子數(shù)的遞增 核外電子呈現(xiàn)周期性的排布 元素性質(zhì)呈現(xiàn)周期性遞變 元素的性質(zhì)隨著核電荷的遞增而呈現(xiàn)周期性的變化 元素周期律是原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)周期性變化的反映 元素性質(zhì)的周期性來(lái)源于原子電子層結(jié)構(gòu)的周期性 主要體現(xiàn)在最外電子層結(jié)構(gòu)的周期性上 而最外電子層的構(gòu)型 又是由核電荷數(shù)和核外電子排布規(guī)律決定的 7 2元素周期表 元素周期性內(nèi)涵極其豐富 其中最基本的是 隨原子序數(shù)遞增 元素周期性地從金屬漸變成非金屬 以稀有氣體結(jié)束 又從金屬漸變成非金屬 以稀有氣體結(jié)束 如此循環(huán)反復(fù) 自從1869年門捷列夫給出第一張?jiān)刂芷诒淼?00多年以來(lái) 至少已經(jīng)出現(xiàn)700多種不同形式的周期表 人們制作周期表的目的是為研究周期性的方便 研究對(duì)象不同 周期表的形式就會(huì)不同 門捷列夫短式周期表 7 2元素周期表 7 2元素周期表 長(zhǎng)式 周期表 每個(gè)周期占一個(gè)橫排 它能直觀地看到元素的周期發(fā)展 但不易考察縱列元素 從上到下 的相互關(guān)系 而且由于太長(zhǎng) 招致排版和印刷的技術(shù)困難 7 2元素周期表 寶塔式或滴水鐘式周期表 這種周期表的優(yōu)點(diǎn)是能夠十分清楚地看到元素周期系是如何由于核外電子能級(jí)的增多而螺旋性發(fā)展的 但它們的每個(gè)橫列不是一個(gè)周期 縱列元素的相互關(guān)系也不容易看清 7 2元素周期表 維爾納長(zhǎng)式周期表 維爾納長(zhǎng)式周期表 是由諾貝爾獎(jiǎng)得主維爾納 AlfredWerner1866 1919 首先倡導(dǎo)的 長(zhǎng)式周期表是目前最通用的元素周期表 7 2元素周期表 一 原子的電子構(gòu)型和周期劃分1 周期 對(duì)應(yīng)于能級(jí)組 周期數(shù) 電子層數(shù) 能級(jí)組數(shù) 最高主量子數(shù)n 2 每一周期元素?cái)?shù)目 每一能級(jí)組飽和的電子數(shù) 周期能級(jí)組軌道數(shù)電子最大容量元素種類一1122特短周期二2488短周期三3488短周期四491818長(zhǎng)周期五591818長(zhǎng)周期六6163232特長(zhǎng)周期七7163224未完成周期3 每周期元素的原子 最外層電子數(shù)最多不超過(guò)8個(gè) 次外層不超過(guò)18個(gè) 7 2元素周期表 二 原子的電子構(gòu)型和族的劃分 族 對(duì)應(yīng)于最外層或次外層電子構(gòu)型 族分為主族 A 和副族 B 主族元素 A A A 或零族 族數(shù) 最外層電子數(shù) ns np 副族元素 過(guò)渡元素 B B B 情況復(fù)雜 需分別討論 B B 族數(shù) d s 電子數(shù)如 Cr 3d54s1 B B 族數(shù) s電子數(shù)如 Cu 3d104s1Zn 3d104s2 B 例外 不合上述規(guī)律 s區(qū) ns1 2p區(qū) ns2np1 6d區(qū) n 1 d1 9ns1 2ds區(qū) n 1 d10ns1 2f區(qū) n 2 f1 14 n 1 d0 2ns2 三 原子的電子構(gòu)型和元素的分區(qū) 1 8元素周期性 8 1原子半徑 建立原子半徑標(biāo)度的三種基本思路 一 從宏觀物性 固體單質(zhì)的密度著手 換算成1摩爾原子的體積 除以阿伏加德羅常數(shù) 得到一個(gè)原子在固態(tài)單質(zhì)中的平均體積 再假設(shè)原子是球體 緊密接觸 不留空隙 就可得到原子半徑 8 1原子半徑 二 根據(jù)量子力學(xué)理論 由原子的核電荷數(shù) 電子數(shù) 電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等理論概念出發(fā) 給出原子半徑的定義 并進(jìn)行計(jì)算 可得到純理論計(jì)算的氣態(tài)的 游離的 基態(tài)的原子半徑 1965年 瓦伯和克羅默定義原子最外層原子軌道最外層電荷密度 即D函數(shù) 最大值所在的球面為原子半徑 用量子力學(xué)方法計(jì)算得出一套 軌道半徑 的理論原子半徑 8 1原子半徑 三 通過(guò)測(cè)定結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行計(jì)算 測(cè)定原子形成各種分子或固體后的核間距 對(duì)所得的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì) 并作給予某些理論思考的適當(dāng)修飾 即可得原子半徑 主要由三種 1 共價(jià)半徑 由共價(jià)分子或原子晶體中原子的核間距計(jì)算而得 2 范德華半徑 由共價(jià)分子之間的最短距離計(jì)算而得 3 金屬半徑 由金屬晶體中原子的最短距離計(jì)算而得 共價(jià)半徑較小 金屬半徑居中 范德華半徑最大 比較原子的相對(duì)大小時(shí) 必須采用同一套數(shù)據(jù) 8 2電離能 1 含義 使基態(tài)氣態(tài)原子失去一個(gè)電子所需要的能量 叫該原子的第一電離勢(shì) 單位 ev 或J 1ev 1 6 10 19J 96 49kJ mol 1 A g A g e I1 E1 E A E A A g A2 g e I2 E2 E A2 E A 因?yàn)閺脑又腥∽唠娮泳杼峁┠芰?所以電離勢(shì)均為正值 且I越大 原子越難失去電子 對(duì)同一原子 I1 I2 I3 陽(yáng)離子中核電荷數(shù) 核外電子數(shù) 核對(duì)核外電子的吸引力更大 再繼續(xù)失去電子更難 故正電荷越高 Ii越大 這里同時(shí)也包含了半徑對(duì)Ii的影響 8 2電離能 例1 Na g Na g e I1 5 139evNa g Na2 g e I2 47 286ev例2 Mg g Mg g e I1 7 646evMg g Mg2 g e I2 15 035evMg2 g Mg3 g e I3 80 143ev例3 Al g Al g e I1 5 986evAl g Al2 g e I2 18 83evAl2 g Al3 g e I3 28 45evAl3 g Al4 g e I4 119 99evIi值的突躍 是電子分層排布的有力佐證 同層 2 4倍 不同層 4倍 8 2電離能 2 影響因素 原子半徑 原子半徑越大 電離勢(shì)越小 核電荷數(shù) 核電荷數(shù)越大 對(duì)電子的吸引力越大 I越大 同周期元素具有相同的電子層數(shù) 從左到右 有效核電荷增大 原子半徑減小 和對(duì)外層電子的吸引能力加大 越不易失去電子 故I越大 總趨勢(shì) 電子構(gòu)型 全充滿 半充滿Ii較大 因?yàn)槿錆M和半充滿的電子構(gòu)型較為穩(wěn)定 相對(duì)于相鄰原子 8 2電離能 3 電離勢(shì)的周期性變化 元素第一的電離能的周期性變化 8 2電離能 3 電離勢(shì)的周期性變化 每個(gè)周期的第一個(gè)元素 氫和堿金屬 第一電離能最小 最后一個(gè)元素 稀有氣體 的第一電離能最大 從第一周期到第六周期 元素的第一電離能在總體上呈現(xiàn)從小到大的周期性變化 而且 隨周期序數(shù)增大 在大體上呈現(xiàn)第一電離能變小的趨勢(shì) He Ne Ar Kr Xe Rn第一電離能逐個(gè)降低 H Li Na K Rb Cs的第一電離能也逐個(gè)降低 盡管后幾個(gè)堿金屬的電離能相差不大 K 418 6 Rb 402 9 Cs 375 6 Fr 約375kJ mol 第一電離能大小是堿金屬最活潑而稀有氣體最不活潑的最主要原因 8 2電離能 3 電離勢(shì)的周期性變化 同周期元素自左向右 核電荷增大 原子半徑減小 電離勢(shì)依次遞增 但有起伏 呈鋸齒狀增加 對(duì)于過(guò)渡元素 增大的較為緩慢 例如 LiBeBCNOFNe原子半徑 123898877706664131I1 ev 5 399 328 3011 2614 5313 6217 4221 56 A Ans2ns2np3全滿 半滿穩(wěn)定 同族元素自上而下 電子層數(shù)增大的影響大于核電荷數(shù)增大的影響 原子半徑增大 電離能依次減小 主族明顯 副族變化緩慢 8 3電子親和能 1 含義 使基態(tài)的氣態(tài)原子得到一個(gè)電子成為一價(jià)氣態(tài)陰離子時(shí)所放出的能量 稱為該元素的第一電子親合勢(shì) X g e X g E1 第一電子親合勢(shì) X g e X2 g E2 第二電子親合勢(shì) 例 O g e O g E1 141 0kJ mol 1O g e O2 g E2 780kJ mol 1氧E1為正值 說(shuō)明是放出能量 而E2為負(fù)值 說(shuō)明O g 離子要再接受一個(gè)電子 需吸收能量以克服負(fù)離子和電子之間的靜電斥力 故為負(fù)值 氧原子要得到2個(gè)電子形成離子O2 g 總共需要吸收能量 141 0kJ mol 1 780kJ mol 1 639kJ mol 1由此可知 O2 g 不穩(wěn)定 不易存在 8 3電子親和能 主族元素的電子親和能 kJ mol 1H72 9LiBeBCNOFNe59 8 23122 0 07141322 NaMgAlSiPSClAr52 9 4412074200349 KCaGaGeAsSeBrKr48 4 3611677195325 RbSrInSnSbTeIXe46 9 34121101190295 CsBaTlPbBiPoAtRn45 5 50100100 8 3電子親和能 2 影響因素 類同電離能 原子半徑 原子半徑越小 電子親合勢(shì)正值越大 每組打頭元素例外 原子半徑越大 電子親合勢(shì)正值越小 核電荷數(shù) 核電荷數(shù)越大 電子親合勢(shì)正值越大 核電荷數(shù)越小