原子結(jié)構(gòu)與元素周期系

1、智浪教育-普惠英才化學(xué)競(jìng)賽輔導(dǎo)第5頁原子結(jié)構(gòu)與元素周期系第一部分核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)1 .氫原子光譜特征：不連續(xù)光譜，即線狀光譜從長(zhǎng)波到短波，譜線間距離越來越小2 . Bohr理論-三點(diǎn)假設(shè)（1）核外電子運(yùn)動(dòng)取一定的軌道。在此軌道上運(yùn)動(dòng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，既不吸收也不放出 能量，這種狀態(tài)稱為 定態(tài)。（2）電子運(yùn)動(dòng)的軌道離核越遠(yuǎn)， 能量越高。當(dāng)電子處在能量最低的狀態(tài)時(shí)，稱為基態(tài)。當(dāng)原子從外界獲得能量時(shí)，電子可由離核較近的軌道躍遷到離核較遠(yuǎn)的能量較高 的軌道上，這種狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。（3）當(dāng)電子由高能量軌道向低能量軌道躍遷時(shí)，以光的方式發(fā)射能量，其能量大小決 定于兩個(gè)軌道間的能量差。波爾的原子結(jié)構(gòu)模型成功地

2、解釋了氫原子的光譜，但未能完全沖破經(jīng)典物理 的束縛。3 .波粒二象性1924年，年僅32歲的法國理論物理學(xué)家 De Broglie在光的波-粒二象性的啟發(fā)下，大膽假設(shè) ：所 有的實(shí)物的微觀粒子，如電子、原子、分子等和光子一樣，也具有波粒二象性。h/mv h/p h 6.626 10 34J s Plane船量電子衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)電子具有波動(dòng)性。（如圖）4 .測(cè)不準(zhǔn)原理x p h4（Ax :粒子所在位置的不確定度;A p:粒子動(dòng)量（速度）的不確定度）5 .波函數(shù)和量子數(shù)（ 重點(diǎn)）1）波函數(shù)2） 4個(gè)量子數(shù)主量子數(shù)（n ）:確定電子運(yùn)動(dòng)能量。取值 1, 2, 3,4 n為正整數(shù)（自然數(shù)），K, L,

3、 M , N 表示。在一個(gè)原子內(nèi)，具有相同主量子數(shù)的電子幾乎在同樣的空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)，可以看作是構(gòu)成一層”,稱為電子層。角量子數(shù)（l）:確定原子軌道的形狀，并在多電子原子中和主量子數(shù)一起決定電 子能級(jí)。取值受主量子數(shù) n的限制，對(duì)于確定的主量子數(shù)n ,角量子數(shù)l可以為0, 1, 2, 3, 4 (n1),共n個(gè)取值，可用 s, p, d, f, g表示多電子原子中，當(dāng)n值相同，l值不同時(shí)，電子的能量也稍有不同， 可以看作是形成了 亞層”。如：亞層的符號(hào)：1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4s, 4p, 4d, 4f 磁量子數(shù) (m):確定原子軌道在空間的取向。取值受角量子數(shù)l的影響，對(duì)

4、于給定的1,磁量子數(shù)m可?。?,1,2,3, ,1 。一個(gè)波函數(shù)(原子軌道)的值由 n, 1, m三個(gè)量子數(shù)決定，記作 。n,i,m。例如：2, 1,0代表n = 2, 1 =1 , m = 0的電子軌道自旋量子數(shù)(ms ):反映了電子的兩種不同的 自旋狀態(tài)。m = ± 1/2 ,通常也用箭頭T和J表示，Eg:寫出n=4中各電子的n 1 m量子數(shù)與軌道符號(hào)，并指出各亞層中的軌道數(shù)和 最多容納的電子數(shù)。第二部分核外電子的排布和元素周期系1多電子原子的能級(jí)排布（ 重點(diǎn)）：1s 2s, 2p 3s, 3p,4s, 3d, 4p,5s, 4d, 5p6s, 4f, 5d,4p7s, 5f,

5、6d,7p2屏蔽效應(yīng)：核外其它電子對(duì)某一電子排斥作用而抵消了一部分核電荷，從而使有效核電荷降低，削弱核電荷對(duì)該電子的引力。2.17910 18 （Z2nZ er = Z* , Z* 有效核電荷數(shù)b為屏蔽常數(shù)，可用 Slater經(jīng)驗(yàn)規(guī)則 算得：1)將原子中電子分成如下幾組：(1s) (2s, 2p) (3s, 3p) (3d) (4s, 4p) (4d) (4f)(5s, 5p)2)位于被屏蔽電子右邊的各組，對(duì)被屏蔽電子的(T=03) 1s軌道上的2個(gè)電子之間的b =0.30,其他主量子數(shù)相同的各分層電子之間的(T =0.35,4)被屏蔽的電子為nd或nf時(shí)，則主量子數(shù)為(n-1)的各電子對(duì)他們

6、的=0.85, 而小于(n-1)的各電子對(duì)他們的b =1.005)被屏蔽的電子為nd或nf時(shí)，則位于它左邊各主電子對(duì)它的=1.00 在計(jì)算某原子中某電子的b值時(shí)，可將有關(guān)屏蔽電子對(duì)該電子的(T相加而得E g計(jì)算銃原子中一個(gè) 3s電子和一個(gè)3d電子各自能量.3鉆穿效應(yīng):對(duì)于n相同而l不同的軌道上的電子，由于電子云的徑向分布不同，電子出現(xiàn) 在核附近而減小其它電子的屏蔽作用的能力不同，而使其能量不同。當(dāng)n相同時(shí)，電子鉆內(nèi)層的能力為：ns > np > nd > nf能量： Enf > End > Enp > EnsD(r) 一3dr4核外電子排布的一般規(guī)則(1)能

7、量最低原理：多電子原子在基態(tài)時(shí)，核外電子總是盡可能地先占據(jù)能量最低的軌道。(2)泡利不相容原理：在同一原子中不可能有兩個(gè)電子其四個(gè)量子數(shù)完全相同。（每一種量子態(tài)的電子只能有一個(gè)，即在同一原子軌道上最多只能容納自旋方向相反的兩個(gè)電子）。各電子層中電子白最大容量是 2n2個(gè)。洪特規(guī)則：電子在能量簡(jiǎn)并的軌道中，盡量以相同自旋方式成單排布。簡(jiǎn)并的各軌道保持 一致，則體系的能量低。5原子結(jié)構(gòu)和元素周期表的關(guān)系S 區(qū)元素 包才IA族，IIA族，價(jià)層電子組態(tài)為 n s1 2 ,屬于活潑金屬。（價(jià)層電子是指排在稀有氣體原子實(shí)后面的電子，在化學(xué)反應(yīng)中能發(fā)生變化的基本是價(jià)層電子。）P區(qū)元素包才IIIA 族，IVA

8、 族，VA 族，VIA 族，VIIA 族，0 族，價(jià)層電子組態(tài)為ns 2 np 1 6,右上方為非金屬元素，左下方為金屬元素。s區(qū)和p區(qū)元素的族數(shù)，等于價(jià)層電子中 s電子數(shù)與p電子數(shù)之和。若和數(shù)為 8 , 則為0族元素。d 區(qū)元素 包才III B 族，IV B 族，V B族，VI B 族，VII B 族，VIII族。價(jià)層電子組態(tài)一般為（n1 ） d 1 8ns 2 ,為過渡金屬。（n1 ） d中的電子由不充滿向充滿過渡。第4, 5, 6周期的過渡元素分別稱為第一，第二，第三過渡系列元素。d區(qū)元素的族數(shù)，等于價(jià)層電子中（n-1 ） d的電子數(shù)與ns的電 子數(shù)之和；若和數(shù)大于或等于8,則為VIII

9、族元素。ds區(qū)元素 價(jià)層電子組態(tài)為（n-1 ） d 10ns 1 2。有時(shí)將d區(qū)和 ds區(qū)定義為過渡金屬 。ds區(qū)元素的族數(shù)，等于價(jià)層電子中ns的電子數(shù)。f區(qū)元素 價(jià)層電子組態(tài)為（n 2 ） f 0 14 （ n 1 ） d 0 2 ns 2 ,包括例系和舸系元素，稱為內(nèi)過渡元素。（n-2 ） f中的電子由不充滿向充滿過渡。有時(shí)認(rèn)為f區(qū)元素屬于III B族。Eg已知某元素的原子序數(shù)為 25,試寫出其電子結(jié)構(gòu)，名稱，符號(hào)及所屬周期和族。第三部分元素基本性質(zhì)的周期性1 .原子半徑（r）主族元素：從左到右 r減??；從上到下r增大過渡元素：從左到右 r緩慢減??；從上到下r略有增大（這是由于新增加的電子填入外數(shù)第三Z*增加的影響更小。鐲系元素從鐲例系元素從左到右，原子半徑減小幅度更小， 層上，對(duì)外層電子的屏蔽效應(yīng)更大，外層電子所受到的 到鎮(zhèn)整個(gè)系列的原子半徑減小不明顯的現(xiàn)象稱為翎系收縮。2 .電離能（I）基態(tài)氣體原子失去電子成為帶一個(gè)正電荷的氣態(tài)正離子需要的能量，用I i表示。3 .電子親和能（E）元素的氣態(tài)原子在基態(tài)時(shí)獲得一個(gè)電子