原子結(jié)構(gòu)與元素周期性

1、會計(jì)學(xué)1原子結(jié)構(gòu)與元素周期性原子結(jié)構(gòu)與元素周期性234認(rèn)識史回顧認(rèn)識史回顧-古原子學(xué)說古原子學(xué)說( (公元前公元前5 5世紀(jì)，希臘哲學(xué)家）世紀(jì)，希臘哲學(xué)家）-原子論原子論（1919世紀(jì)，道爾頓）世紀(jì)，道爾頓）-棗糕模型棗糕模型（ 19世紀(jì)末，湯姆遜）世紀(jì)末，湯姆遜）-“行星系式行星系式”原子模型原子模型（盧瑟福）（盧瑟福）但對氫原子光譜為什么是不連續(xù)光但對氫原子光譜為什么是不連續(xù)光譜，原子為什么依然是原子等問題譜，原子為什么依然是原子等問題沒法解釋。沒法解釋。5（1）光和電磁輻射）光和電磁輻射紅 橙 黃 綠 青 藍(lán) 紫6光和電磁輻射可見光譜可見光譜(連續(xù)光譜連續(xù)光譜)7氫原子光譜氫原子光譜是不

2、連續(xù)的線狀光譜是不連續(xù)的線狀光譜8玻爾玻爾(N.Bohr) 丹麥丹麥物理學(xué)家物理學(xué)家，1913年玻爾任曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)助教年玻爾任曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)助教，創(chuàng)立了原子結(jié)構(gòu)理論創(chuàng)立了原子結(jié)構(gòu)理論，為，為20世紀(jì)原子物理學(xué)開辟了道世紀(jì)原子物理學(xué)開辟了道路。路。 1916年任哥本哈根大學(xué)物理學(xué)教授，年任哥本哈根大學(xué)物理學(xué)教授，1917年當(dāng)選為年當(dāng)選為丹麥皇家科學(xué)院院士。丹麥皇家科學(xué)院院士。1921年，在玻爾的倡議下年，在玻爾的倡議下成立了成立了哥本哈根大學(xué)理論物理學(xué)研究所哥本哈根大學(xué)理論物理學(xué)研究所。玻爾領(lǐng)導(dǎo)這一研究所。玻爾領(lǐng)導(dǎo)這一研究所先后達(dá)先后達(dá)40年之久。年之久。 1922年玻爾榮獲年玻爾榮獲

3、諾貝爾物理學(xué)獎諾貝爾物理學(xué)獎。1923年接受英國曼徹斯特大學(xué)和劍橋大學(xué)名譽(yù)博士學(xué)位年接受英國曼徹斯特大學(xué)和劍橋大學(xué)名譽(yù)博士學(xué)位。1937年年5、6月間，玻爾曾經(jīng)到過我國訪問和講學(xué)。月間，玻爾曾經(jīng)到過我國訪問和講學(xué)。1939年任丹麥皇家科學(xué)院院長。第二次世界大戰(zhàn)開始，年任丹麥皇家科學(xué)院院長。第二次世界大戰(zhàn)開始，丹麥被德國法西斯占領(lǐng)。丹麥被德國法西斯占領(lǐng)。1943年玻爾為躲避納粹的迫害年玻爾為躲避納粹的迫害，逃往瑞典。，逃往瑞典。1944年玻爾在美國參加了和原子彈有關(guān)的年玻爾在美國參加了和原子彈有關(guān)的理論研究。理論研究。1947年丹麥政府為了表彰玻爾的功績，封他年丹麥政府為了表彰玻爾的功績，封他為

4、為“騎象勛爵騎象勛爵”。1952年玻爾倡議年玻爾倡議建立歐洲原子核研究建立歐洲原子核研究中心中心(CERN)，并且自任主席。，并且自任主席。1955年他參加創(chuàng)建北歐理年他參加創(chuàng)建北歐理論原子物理學(xué)研究所，擔(dān)任管委會主任。同年丹麥成立論原子物理學(xué)研究所，擔(dān)任管委會主任。同年丹麥成立原子能委員會，玻爾被任命為主席。原子能委員會，玻爾被任命為主席。 9Bohr原子模型的要點(diǎn)原子模型的要點(diǎn) 電子在某一定態(tài)軌道上運(yùn)動時，既電子在某一定態(tài)軌道上運(yùn)動時，既不吸收不吸收也不輻射能量也不輻射能量。核外電子只能在一些有確定半徑和能量的核外電子只能在一些有確定半徑和能量的軌道上運(yùn)動軌道上運(yùn)動，這些軌道的能量狀態(tài)不隨

5、時，這些軌道的能量狀態(tài)不隨時間而變，稱為間而變，稱為定態(tài)軌道。定態(tài)軌道。1. 定態(tài)軌道概念定態(tài)軌道概念102. 軌道能級的概念軌道能級的概念 不同的定態(tài)軌道能量不同的定態(tài)軌道能量不同。離原子核越近的能量越低。不同。離原子核越近的能量越低。軌道的這些不同的能量狀態(tài)，稱為軌道的這些不同的能量狀態(tài)，稱為能級能級。氫原子軌道能級示意圖氫原子軌道能級示意圖11通常，電子處在離核最近的軌道通常，電子處在離核最近的軌道(n=1)上，上，能量最低能量最低基態(tài)基態(tài)；原子獲得能量后，電子被激發(fā)到高能量軌原子獲得能量后，電子被激發(fā)到高能量軌道上，原子處于道上，原子處于激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)), 2 , 1(22 nRnZEH

6、12氫原子軌道能級示意圖氫原子軌道能級示意圖13電子從基態(tài)到激發(fā)態(tài)時電子從基態(tài)到激發(fā)態(tài)時吸收吸收光能光能，電子從激發(fā)電子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時釋放光能，光的頻率取決于軌道態(tài)回到基態(tài)時釋放光能，光的頻率取決于軌道間的能量差。間的能量差。E=h軌道間的能量差是量子化的（即是不連續(xù)的）軌道間的能量差是量子化的（即是不連續(xù)的）因此氫原子光譜是不連續(xù)的線狀光譜。因此氫原子光譜是不連續(xù)的線狀光譜。（3）能級間的躍遷）能級間的躍遷14玻爾理論的玻爾理論的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：成功地解釋了氫原子和類氫原子的光譜成功地解釋了氫原子和類氫原子的光譜，獲得了，獲得了1922年諾貝爾物理學(xué)獎。年諾貝爾物理學(xué)獎。玻爾理論的玻爾理論的缺

7、陷缺陷：沒有擺脫經(jīng)典力學(xué)的束縛；沒有擺脫經(jīng)典力學(xué)的束縛；不能解釋多電子原子的光譜；不能解釋多電子原子的光譜；不能說明氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)；不能說明氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)；不能解釋原子形成分子的化學(xué)鍵本質(zhì)不能解釋原子形成分子的化學(xué)鍵本質(zhì)15光具有波粒二象性（波動性和粒子性）。光具有波粒二象性（波動性和粒子性）。 1924年，德布羅意年，德布羅意（de Broglie LV）預(yù)言所有的微觀粒子（原子、電子等）都預(yù)言所有的微觀粒子（原子、電子等）都具有波粒二象性具有波粒二象性德布羅意關(guān)系式德布羅意關(guān)系式=hmv普朗克常數(shù)普朗克常數(shù)德布羅意德布羅意16 1927年，年，Davissson和和Germer

8、應(yīng)用應(yīng)用Ni晶體進(jìn)行電子衍晶體進(jìn)行電子衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)電射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)電子具有波動性。子具有波動性。C. Davisson and L. Germar 1927， 美國美國17電子衍射實(shí)驗(yàn)電子衍射實(shí)驗(yàn):18192019271927年年, ,海森堡提出的測不準(zhǔn)原理能說明海森堡提出的測不準(zhǔn)原理能說明電子這種微觀粒子的電子這種微觀粒子的統(tǒng)計(jì)性統(tǒng)計(jì)性運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動規(guī)律3. 3. 測不準(zhǔn)原理測不準(zhǔn)原理測不準(zhǔn)原理測不準(zhǔn)原理:對于具有波粒二象性的微粒而言對于具有波粒二象性的微粒而言,不不可能同時準(zhǔn)確測定它們在某瞬間的可能同時準(zhǔn)確測定它們在某瞬間的位置和速度位置和速度(或動量或動量).原子核外電子運(yùn)動沒有確定的軌道

9、原子核外電子運(yùn)動沒有確定的軌道,而是具有按概率分布的而是具有按概率分布的統(tǒng)計(jì)規(guī)律統(tǒng)計(jì)規(guī)律.21221926年薛定諤提出了描述微觀粒子運(yùn)動狀年薛定諤提出了描述微觀粒子運(yùn)動狀態(tài)的基本方程：態(tài)的基本方程： )(8)(2222222VEhmzyx 薛定諤方程薛定諤方程:薜定諤方程薜定諤方程- -電子運(yùn)動的波動方程式電子運(yùn)動的波動方程式如果微觀粒子是原子核外電子，相如果微觀粒子是原子核外電子，相應(yīng)的薜定諤方程就是電子波動方程應(yīng)的薜定諤方程就是電子波動方程23薛定諤，薛定諤，E(18871961)奧地利理論奧地利理論物理學(xué)家，物理學(xué)家，是波動力學(xué)是波動力學(xué)的創(chuàng)始人的創(chuàng)始人24 )(8)(2222222VE

10、hmzyx 式中式中: 稱為波函數(shù)稱為波函數(shù); 是該方程的解。是該方程的解。 薛定諤方程薛定諤方程: E為原子的總能量為原子的總能量; V為原子核對電子的吸引能為原子核對電子的吸引能; m為電子的質(zhì)量為電子的質(zhì)量; h為普朗克常數(shù)為普朗克常數(shù); x、y、z為電子的空間坐標(biāo)為電子的空間坐標(biāo).25波函數(shù)波函數(shù) 是空間直角坐標(biāo)是空間直角坐標(biāo)x、y、z的函數(shù)的函數(shù) = （ x，y，z）對于一個指定的原子體系，波函數(shù)對于一個指定的原子體系，波函數(shù) 是描述是描述原子核外電子運(yùn)動狀態(tài)的數(shù)學(xué)表示式。原子核外電子運(yùn)動狀態(tài)的數(shù)學(xué)表示式。解一個指定的原子體系（如氫原子體系）解一個指定的原子體系（如氫原子體系）的薜定

11、諤方程，可以得到一系列的波函數(shù)的薜定諤方程，可以得到一系列的波函數(shù)，和一系列相應(yīng)的能量值。，和一系列相應(yīng)的能量值。例如例如 波函數(shù)波函數(shù) 1s相應(yīng)的能量值相應(yīng)的能量值J10179. 2181sE26薜定諤方程的解即波函數(shù)薜定諤方程的解即波函數(shù) 不止一個，而是有不止一個，而是有許多個，其中有些是合理的，有些是不合理的許多個，其中有些是合理的，有些是不合理的。0/30s1/1area每一個合理的解代表電子的一種可能運(yùn)動狀態(tài)每一個合理的解代表電子的一種可能運(yùn)動狀態(tài)（定態(tài)），與其對應(yīng)的能量為該定態(tài)的能級。（定態(tài)），與其對應(yīng)的能量為該定態(tài)的能級。例如基態(tài)氫原子的電子能態(tài)為：例如基態(tài)氫原子的電子能態(tài)為：J

12、10179. 2181sE27電子的運(yùn)動狀態(tài)可用波函數(shù)電子的運(yùn)動狀態(tài)可用波函數(shù) 和其相應(yīng)的和其相應(yīng)的能量來描述。能量來描述。在數(shù)學(xué)上，函數(shù)都有相應(yīng)的空間圖象。在數(shù)學(xué)上，函數(shù)都有相應(yīng)的空間圖象。波函數(shù)波函數(shù) 的空間圖象可理解為電子的的空間圖象可理解為電子的空間空間運(yùn)動范圍。運(yùn)動范圍。波函數(shù)波函數(shù) 的空間圖象稱為的空間圖象稱為原子軌道原子軌道。波函數(shù)波函數(shù) 是是原子軌道原子軌道的數(shù)學(xué)表示式。的數(shù)學(xué)表示式。波函數(shù)與原子軌道常作為同義詞使用。波函數(shù)與原子軌道常作為同義詞使用。28解薛定諤方程式時解薛定諤方程式時,為為方便起見方便起見,將直角坐標(biāo)將直角坐標(biāo)(x,y,z)變換為球極坐變換為球極坐標(biāo)標(biāo)(r,

13、 , ): (x,y,z) (r, , ) = R(r) ( ) ( ) = R(r)Y( , ).徑向波函數(shù)角度波函數(shù)29解薜定諤方程時可得到許多個波函數(shù)。解薜定諤方程時可得到許多個波函數(shù)。每個波函數(shù)都包含有三個常數(shù)，稱為三個每個波函數(shù)都包含有三個常數(shù)，稱為三個量子數(shù)，分別用量子數(shù)，分別用n，l，m表示。表示。不同的波函數(shù)三個量子數(shù)的值不同。不同的波函數(shù)三個量子數(shù)的值不同。這三個量子數(shù)只有按一定規(guī)則取值和組合這三個量子數(shù)只有按一定規(guī)則取值和組合時，相應(yīng)的波函數(shù)和能量值才是合理的，時，相應(yīng)的波函數(shù)和能量值才是合理的，才代表了電子的一種運(yùn)動狀態(tài)。才代表了電子的一種運(yùn)動狀態(tài)。原子核外的電子運(yùn)動狀態(tài)

14、可用四個量子數(shù)（原子核外的電子運(yùn)動狀態(tài)可用四個量子數(shù)（ n，l，m再加上另一量子數(shù)再加上另一量子數(shù)ms）進(jìn)行描述。）進(jìn)行描述。30四個量子數(shù)四個量子數(shù) 主量子數(shù)主量子數(shù) n 磁量子數(shù)磁量子數(shù) m 自旋量子數(shù)自旋量子數(shù) ms 副量子數(shù)（角量子數(shù)）副量子數(shù)（角量子數(shù)）l31K L M N O Pn值決定了電子在核外出現(xiàn)概率最大的區(qū)域離值決定了電子在核外出現(xiàn)概率最大的區(qū)域離核的遠(yuǎn)近及其能量的高低核的遠(yuǎn)近及其能量的高低. 主量子數(shù)主量子數(shù)(n)取值限制：取值限制：只能取非零正整數(shù)只能取非零正整數(shù)n值值 1 2 3 4 5 6n值代號值代號n值越小，則該電子層離原子核的平均距值越小，則該電子層離原子核的

15、平均距離越近，其能級越低。離越近，其能級越低。物理意義：物理意義：每一個每一個n值代表一個值代表一個電子層電子層.32. 角量子數(shù)角量子數(shù)(l)l值值 0 1 2 3 spdf例如，當(dāng)例如，當(dāng)n=3時，時，l只可取只可取0，1，2這三個值。這三個值。取值限制：取值限制：l 的取值受的取值受n值限制值限制, l 可取值為可取值為 0, 1,(n-1)l值代號值代號物理意義：物理意義：在指定的電子層，每一個在指定的電子層，每一個l值代表一個值代表一個電子亞層電子亞層.例如，在第例如，在第3電子層（電子層（n=3），）， l只可取只可取0，1，2這三個值。表示在第這三個值。表示在第3電子層只有三個電

16、電子層只有三個電子亞層，即子亞層，即3s亞層、亞層、3p亞層、亞層、3d亞層。亞層。33在第在第 n 電子層剛好包含電子層剛好包含 n 個電子亞層。個電子亞層。在多電子原子中，對于同一電子層，在多電子原子中，對于同一電子層， l 值越小，則該電子亞層的能級越低值越小，則該電子亞層的能級越低。當(dāng)當(dāng)n值相同時值相同時,亞層能級相對高低為亞層能級相對高低為 ns np nd np nd nf外層電子對內(nèi)層電子無屏蔽作用外層電子對內(nèi)層電子無屏蔽作用同層電子之間同層電子之間0.35(第一層第一層0.30);(n-1)層對層對n層為層為0.85;(n-1)層以內(nèi)的對層以內(nèi)的對n層為層為1.00. 64E3

17、d E4s,可能就是可能就是4s電子的鉆穿能力較電子的鉆穿能力較3d電子強(qiáng)的緣故電子強(qiáng)的緣故.3d與與4s軌道的徑向分布圖軌道的徑向分布圖651.Pauling近似能級圖近似能級圖:nsnpndnf能級交錯能級交錯. 圖中可看出圖中可看出:各電子層各電子層能級的相對能級的相對高低高低;6667 鮑林是著名的量子化學(xué)量子化學(xué)家家，他在化學(xué)的多個領(lǐng)域都有過重大貢獻(xiàn)。曾兩次榮獲諾貝爾獎金（1954年化學(xué)獎， 1962年和平獎,他是唯一一個單獨(dú)兩次獲諾貝爾獎的人），有很高的國際聲譽(yù)。1901年2月18日，鮑林出生在美國俄勒岡州波特蘭市. 1917年，鮑林以優(yōu)異的成績考入俄勒岡州農(nóng)學(xué)院化學(xué)工程系，他希望

18、通過學(xué)習(xí)大學(xué)化學(xué)最終實(shí)現(xiàn)自己的理想。1922年，鮑林以優(yōu)異的成績大學(xué)畢業(yè)，同時，考取了加州理工學(xué)院的研究生，導(dǎo)師是著名化學(xué)家諾伊斯。學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)1.價(jià)鍵理論價(jià)鍵理論鮑林自1930年代開始致力于化學(xué)鍵的研究，1939年出版了在化學(xué)史上有劃時代意義的化學(xué)鍵的本質(zhì)一書。這部書徹底改變了人們對化學(xué)鍵的認(rèn)識，將其從直觀的、臆想的概念升華為定量的和理性的高度.2.電負(fù)性電負(fù)性鮑林在研究化學(xué)鍵鍵能的過程中發(fā)現(xiàn)，對于同核雙原子分子，化學(xué)鍵的鍵能會隨著原子序數(shù)的變化而發(fā)生變化，為了半定量或定性描述各種化學(xué)鍵的鍵能以及其變化趨勢，鮑林于1932年首先提出了用以描述原子核對電子吸引能力的電負(fù)性概念，并且提出了定量衡量原

19、子電負(fù)性的計(jì)算公式。3.共振論共振論4.生物大分子結(jié)構(gòu)和功能生物大分子結(jié)構(gòu)和功能1930年代中期，隨著加州理工學(xué)院加強(qiáng)其再在生物學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，鮑林得以接觸一批生物學(xué)大師，期間鮑林對他原本沒有興趣的生物大分子結(jié)構(gòu)研究產(chǎn)生了興趣。鮑林在生物大分子領(lǐng)域最初的工作是對血紅蛋白結(jié)構(gòu)的確定，并且通過實(shí)驗(yàn)首先證實(shí)，在得氧和失氧狀態(tài)下，血紅蛋白的結(jié)構(gòu)是不同的 68我國著名化學(xué)家北京大學(xué)徐光憲教授，根我國著名化學(xué)家北京大學(xué)徐光憲教授，根據(jù)光譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，據(jù)光譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 對基態(tài)多電子原子軌道對基態(tài)多電子原子軌道的能級高低提出一種定量的依據(jù)，的能級高低提出一種定量的依據(jù)，并把并把 n+0.7l值的第一位數(shù)字相同的各

20、能級值的第一位數(shù)字相同的各能級組合為一組，稱為某能級組。組合為一組，稱為某能級組。即即n+0.7l值愈大，軌道能級愈高，值愈大，軌道能級愈高，徐光憲徐光憲中科院院士中科院院士北京大學(xué)教授北京大學(xué)教授69能級能級1s2s2p3s3p4s3d 4pn + 0.7 l1.02.02.73.03.74.04.44.7能級組能級組組內(nèi)電子數(shù)組內(nèi)電子數(shù)288185s4d5p6s4f5d6p5.05.45.76.06.16.46.7183270 1s，(2s，2p)，(3s，3p)，(4s，3d，4p)，(5s，4d，5p)，(6s，4f，5d，6p) 根據(jù)徐光憲公式計(jì)算可以明確原子能根據(jù)徐光憲公式計(jì)算可以

21、明確原子能級由低到高依次為級由低到高依次為此順序與鮑林近似能級順序吻合。此順序與鮑林近似能級順序吻合。括號表示能級組。括號表示能級組。一般來說一般來說,基態(tài)原子外層軌道能級高低基態(tài)原子外層軌道能級高低的順序?yàn)榈捻樞驗(yàn)?ns (n - 2)f (n - 1)d np71核外電子排布規(guī)律核外電子排布規(guī)律( (一一) )PauliPauli不相容原理不相容原理多電子原子的核外電子排布遵循三個規(guī)律多電子原子的核外電子排布遵循三個規(guī)律: :根據(jù)泡利不相容原理，每個原子軌道中最根據(jù)泡利不相容原理，每個原子軌道中最多只能容納兩個電子，并且這兩個電子必多只能容納兩個電子，并且這兩個電子必須自旋方向相反須自旋方

22、向相反.在同一個原子中在同一個原子中, , 不可能有四個量子數(shù)不可能有四個量子數(shù)完全相同的兩個電子同時存在。完全相同的兩個電子同時存在。72電子層、電子亞層、原子軌道數(shù)、電子數(shù)之間的關(guān)系電子層、電子亞層、原子軌道數(shù)、電子數(shù)之間的關(guān)系:每個電子層每個電子層軌道數(shù)目軌道數(shù)目n2主量子數(shù)主量子數(shù) n 1 2 3 4 電子亞層電子亞層 1s 2s, 2p 3s, 3p, 3d 4s, 4p, 4d, 4f 每個亞層中每個亞層中軌道數(shù)目軌道數(shù)目1 1, 3 1, 3, 5 1, 3, 5, 7 1 4 9 16每個亞層可每個亞層可容納電子數(shù)容納電子數(shù) 2 2, 6 2, 6, 10 2, 6, 10,

23、14每個電子層每個電子層可容電子數(shù)可容電子數(shù) 2 n22 8 18 3273（二）（二）最低能量原理最低能量原理核外電子排布規(guī)律核外電子排布規(guī)律基態(tài)多電子原子的核外電子在核外排布時基態(tài)多電子原子的核外電子在核外排布時總是盡先占據(jù)能量最低的軌道，只有當(dāng)?shù)涂偸潜M先占據(jù)能量最低的軌道，只有當(dāng)?shù)湍芰康能壍勒紳M后，才依次排入高能量的能量的軌道占滿后，才依次排入高能量的軌道。軌道。74電子在能量相同的軌道（簡并軌道）上排布電子在能量相同的軌道（簡并軌道）上排布時，總是盡可能單獨(dú)分占不同的軌道時，總是盡可能單獨(dú)分占不同的軌道, ,且自且自旋方向相同旋方向相同. .核外電子排布規(guī)律核外電子排布規(guī)律（三）（三）

24、Hund規(guī)則規(guī)則簡并軌道處于全充滿、半充滿、全空時簡并軌道處于全充滿、半充滿、全空時, ,原子較穩(wěn)定原子較穩(wěn)定. .75基態(tài)原子的核外基態(tài)原子的核外電子排布式電子排布式的書寫的書寫例：例：寫出基態(tài)氮原子的核外電子排布式。寫出基態(tài)氮原子的核外電子排布式。 7 N：1s22s22p3解：解：基態(tài)原子的核外基態(tài)原子的核外電子排布軌道式電子排布軌道式的書寫的書寫例：例：寫出基態(tài)氮原子的核外電子排布軌道式。寫出基態(tài)氮原子的核外電子排布軌道式。 7 N：解：解：1s2s2p76例：例：寫出基態(tài)鐵原子的核外電子排布式。寫出基態(tài)鐵原子的核外電子排布式。 26 Fe：解：解：1s222s22p63s23p63d

25、64s電子填充順序?yàn)殡娮酉冗M(jìn)入電子填充順序?yàn)殡娮酉冗M(jìn)入4s亞層，亞層，4s亞亞層填滿后電子再進(jìn)入層填滿后電子再進(jìn)入3d亞層。亞層。但在書寫時一律按電子層的順序?qū)?，因此但在書寫時一律按電子層的順序?qū)懀虼?3d 寫在寫在 4s 之前。之前。77電子排布式的簡寫：電子排布式的簡寫：將內(nèi)層已達(dá)到稀有氣體電子層結(jié)構(gòu)的部分將內(nèi)層已達(dá)到稀有氣體電子層結(jié)構(gòu)的部分用稀有氣體的元素符號加方括號表示，用稀有氣體的元素符號加方括號表示，并稱為并稱為原子芯原子芯（或（或原子實(shí)原子實(shí)）例：例：18Ar的電子排布式為的電子排布式為:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 26 Fe：1s222s22p63s23p63d6

26、4s可簡寫為可簡寫為 26 Fe：23d64s Ar價(jià)層電子價(jià)層電子78例：例：寫出基態(tài)鉻原子的核外電子排布式。寫出基態(tài)鉻原子的核外電子排布式。 24 Cr：解：解：1s22s22p63s23p63d424s 24 Cr：1s22s22p63s23p613d54s3d亞層和亞層和4s亞層均半充滿，原子更穩(wěn)定。亞層均半充滿，原子更穩(wěn)定。簡寫簡寫 24 Cr：13d54s Ar價(jià)層電子價(jià)層電子基態(tài)鉻原子的核外電子排布軌道式基態(tài)鉻原子的核外電子排布軌道式 24 Cr： Ar3d4s79價(jià)層電子構(gòu)型（價(jià)層電子組態(tài)）價(jià)層電子構(gòu)型（價(jià)層電子組態(tài)）注意注意:價(jià)電子層中的電子并非一定全是價(jià)電子價(jià)電子層中的電子

27、并非一定全是價(jià)電子.3d54s24d5s101Ag的氧化值只有的氧化值只有+1,+2,+3.價(jià)電子價(jià)電子 參加化學(xué)反應(yīng)時能用于成鍵的電子參加化學(xué)反應(yīng)時能用于成鍵的電子.價(jià)電子層（簡稱價(jià)層）價(jià)電子層（簡稱價(jià)層）-價(jià)電子所在的電子層和亞層價(jià)電子所在的電子層和亞層.-價(jià)電子層的電子排布式價(jià)電子層的電子排布式.例例 25Mn的價(jià)層電子構(gòu)型為的價(jià)層電子構(gòu)型為:例例 47Ag的價(jià)電子層構(gòu)型為的價(jià)電子層構(gòu)型為:804.簡單基態(tài)陽離子的電子排布簡單基態(tài)陽離子的電子排布:26Fe 的電子排布式為的電子排布式為Ar3d6 4s2.Fe2+的電子排布式的電子排布式 是否為是否為:Ar3d4 4s2.否否正確的正確的

28、Fe2+的電子排布式的電子排布式Ar3d6 4s0一般規(guī)律一般規(guī)律基態(tài)原子外層電子填充順序基態(tài)原子外層電子填充順序: ns (n - 2)f (n - 1)d np價(jià)電子電離順序：價(jià)電子電離順序：npns(n - 1)d (n - 2)f例例 25Mn2+:Ar3d54s081元素周期表元素周期表82門捷列夫門捷列夫俄羅斯化學(xué)家門捷列夫俄羅斯化學(xué)家門捷列夫(1834.2.81907.2.2)，生在西伯利，生在西伯利亞。他從小熱愛勞動，喜愛大自然，學(xué)習(xí)勤奮。亞。他從小熱愛勞動，喜愛大自然，學(xué)習(xí)勤奮。1860年門捷列夫在為著作年門捷列夫在為著作化學(xué)原理化學(xué)原理一書考慮寫作計(jì)劃一書考慮寫作計(jì)劃時，深

29、為無機(jī)化學(xué)的缺乏系統(tǒng)性所困擾。于是，他開始搜時，深為無機(jī)化學(xué)的缺乏系統(tǒng)性所困擾。于是，他開始搜集每一個已知元素的性質(zhì)資料和有關(guān)數(shù)據(jù)，把前人在實(shí)踐集每一個已知元素的性質(zhì)資料和有關(guān)數(shù)據(jù)，把前人在實(shí)踐中所得成果，凡能找到的都收集在一起。人類關(guān)于元素問中所得成果，凡能找到的都收集在一起。人類關(guān)于元素問題的長期實(shí)踐和認(rèn)識活動，為他提供了豐富的材料。他在題的長期實(shí)踐和認(rèn)識活動，為他提供了豐富的材料。他在研究前人所得成果的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)一些元素除有特性之外研究前人所得成果的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)一些元素除有特性之外還有共性。例如，已知鹵素元素的氟、氯、溴、碘，都具還有共性。例如，已知鹵素元素的氟、氯、溴、碘，都具有相似

30、的性質(zhì)；堿金屬元素鋰、鈉、鉀暴露在空氣中時，都很快就被氧化，因此都是只能有相似的性質(zhì)；堿金屬元素鋰、鈉、鉀暴露在空氣中時，都很快就被氧化，因此都是只能以化合物形式存在于自然界中；有的金屬例銅、銀、金都能長久保持在空氣中而不被腐蝕，以化合物形式存在于自然界中；有的金屬例銅、銀、金都能長久保持在空氣中而不被腐蝕，正因?yàn)槿绱怂鼈儽环Q為貴金屬。于是，門捷列夫開始試著排列這些元素。他把每個元素都正因?yàn)槿绱怂鼈儽环Q為貴金屬。于是，門捷列夫開始試著排列這些元素。他把每個元素都建立了一張長方形紙板卡片。在每一塊長方形紙板上寫上了元素符號、原子量、元素性質(zhì)建立了一張長方形紙板卡片。在每一塊長方形紙板上寫上了元素

31、符號、原子量、元素性質(zhì)及其化合物。然后把它們釘在實(shí)驗(yàn)室的墻上排了又排。經(jīng)過了一系列的排隊(duì)以后，他發(fā)現(xiàn)及其化合物。然后把它們釘在實(shí)驗(yàn)室的墻上排了又排。經(jīng)過了一系列的排隊(duì)以后，他發(fā)現(xiàn)了元素化學(xué)性質(zhì)的規(guī)律性。因此，當(dāng)有人將門捷列夫?qū)υ刂芷诼傻陌l(fā)現(xiàn)看得很簡單，輕了元素化學(xué)性質(zhì)的規(guī)律性。因此，當(dāng)有人將門捷列夫?qū)υ刂芷诼傻陌l(fā)現(xiàn)看得很簡單，輕松地說他是用玩撲克牌的方法得到這一偉大發(fā)現(xiàn)的，門捷列夫卻認(rèn)真地回答說，從他立志松地說他是用玩撲克牌的方法得到這一偉大發(fā)現(xiàn)的，門捷列夫卻認(rèn)真地回答說，從他立志從事這項(xiàng)探索工作起，一直花了大約從事這項(xiàng)探索工作起，一直花了大約20年的功夫，才終于在年的功夫，才終于在186

32、9年發(fā)表了元素周期律。他年發(fā)表了元素周期律。他把化學(xué)元素從雜亂無章的迷宮中分門別類地理出了一個頭緒。此外，因?yàn)樗哂泻艽蟮挠掳鸦瘜W(xué)元素從雜亂無章的迷宮中分門別類地理出了一個頭緒。此外，因?yàn)樗哂泻艽蟮挠職夂托判?，不怕名家指?zé)，不怕嘲諷，勇于實(shí)踐，敢于宣傳自己的觀點(diǎn)，終于得到了廣泛氣和信心，不怕名家指責(zé)，不怕嘲諷，勇于實(shí)踐，敢于宣傳自己的觀點(diǎn)，終于得到了廣泛的承認(rèn)。為了紀(jì)念他的成就，人們將美國化學(xué)家希伯格在的承認(rèn)。為了紀(jì)念他的成就，人們將美國化學(xué)家希伯格在1955年發(fā)現(xiàn)的第年發(fā)現(xiàn)的第101號新元素命號新元素命名為名為Mendelevium，即，即“鍆鍆”。 831.原子序數(shù)原子序數(shù):主族、副族、

33、零族、第主族、副族、零族、第族族:原子序數(shù)由原子核電荷數(shù)確定原子序數(shù)由原子核電荷數(shù)確定.2.周期周期:周期號數(shù)等于電子層數(shù)周期號數(shù)等于電子層數(shù)(Pd除外除外).各周期元素的數(shù)目各周期元素的數(shù)目等于相應(yīng)能級組中原子軌等于相應(yīng)能級組中原子軌道所能容納的電子總數(shù)道所能容納的電子總數(shù).3.族族:84各周期元素與相應(yīng)能級組的關(guān)系各周期元素與相應(yīng)能級組的關(guān)系周期周期 能級組能級組 能級中原子軌道能級中原子軌道 電子最大容量電子最大容量 元素?cái)?shù)目元素?cái)?shù)目 1 1 1s 2 2 2s2p 3 3 3s3p 4 4 4s3d4p 5 5 5s4d5p 6 6 6s4f5d6p 7 7 7s5f6d(未完未完)2

34、 28 88 818 1818 1832 32尚未布滿尚未布滿 23(未完未完)85A01AAAAAA2p區(qū)3s區(qū)BBBBBBB4d區(qū)ds區(qū)567鑭系f區(qū)錒系把價(jià)層電子構(gòu)型相似的元素集中在一起，形成一個區(qū)。把價(jià)層電子構(gòu)型相似的元素集中在一起，形成一個區(qū)。86ns12ns2np16(n -1)d19n s12(n-2)f114s區(qū)區(qū)p區(qū)區(qū)ds區(qū)區(qū)f區(qū)區(qū)過渡元素過渡元素內(nèi)過渡元素內(nèi)過渡元素元素周期表元素周期表87例例寫出寫出25號元素的基態(tài)原子核外電子排布式號元素的基態(tài)原子核外電子排布式并指出其在周期表中所屬周期、族和區(qū)。并指出其在周期表中所屬周期、族和區(qū)。1s222s22p63s23p63d54

35、s解解 電子排布式電子排布式或或Ar 3d 5 4s 2第第4周期，周期，B族，族，d區(qū)區(qū)886.4 元素性質(zhì)的周期性元素性質(zhì)的周期性891.有效核電荷有效核電荷Z* 元素原子序數(shù)增加時，原子的有效核電元素原子序數(shù)增加時，原子的有效核電荷荷Z*呈現(xiàn)周期性的呈現(xiàn)周期性的變化。變化。同一周期：同一周期： 短周期：從左到右，短周期：從左到右，Z*顯著增加。顯著增加。 長周期：從左到右，前半部分有長周期：從左到右，前半部分有Z*增加增加 不多，不多，后半部分顯著增加。后半部分顯著增加。同一族：從上到下，同一族：從上到下，Z*增加，增加，但不顯著。但不顯著。90912.原子半徑（原子半徑（r） 共價(jià)半徑

36、共價(jià)半徑 van der Waals 半徑半徑 主族元素：從左到右主族元素：從左到右 r 減減?。恍?； 從上到下從上到下 r 增大。增大。過渡元素：從左到右過渡元素：從左到右r 緩慢減??；緩慢減??； 從上到下從上到下r略略有增大。有增大。 金屬半徑金屬半徑92主族元素主族元素93125 132 145 161 r/pm Cr V Ti Sc 第四周期元素 元素的原子半徑變化趨勢元素的原子半徑變化趨勢137 143 159 173 r/pm WTa Hf Lu 第六周期元素146 143 160 181 r/pm Mo Nb Zr Y 第五周期元素94 鑭系元素從左到右，原子半徑減小幅鑭系元素從

37、左到右，原子半徑減小幅度更小，這是由于新增加的電子填入外數(shù)度更小，這是由于新增加的電子填入外數(shù)第三層上，對外層電子的屏蔽效應(yīng)更大，第三層上，對外層電子的屏蔽效應(yīng)更大，外層電子所受到的外層電子所受到的 Z* 增加的影響更小。增加的影響更小。鑭系元素從鑭到鐿整個系列的原子半徑減鑭系元素從鑭到鐿整個系列的原子半徑減小不明顯的現(xiàn)象稱為小不明顯的現(xiàn)象稱為鑭系收縮鑭系收縮。953.電離能11molkJ2 .520 )g(LieLi(g)I 基態(tài)氣體原子失去電子成為帶一個正基態(tài)氣體原子失去電子成為帶一個正電荷的氣態(tài)正離子所需要的能量稱為第一電荷的氣態(tài)正離子所需要的能量稱為第一電離能，用電離能，用 I 1表示

38、。表示。 由由+1價(jià)氣態(tài)正離子失去電子成為帶價(jià)氣態(tài)正離子失去電子成為帶+2價(jià)氣態(tài)正離子所需要的能量稱為第二電離價(jià)氣態(tài)正離子所需要的能量稱為第二電離能，用能，用 I 2表示。表示。E+ (g) E 2+ (g) + e- I 2E (g) E+ (g) + e- I 1例如例如：1332molkJ11815 )g(Lie(g)LiI122molkJ1 .7298 )g(Lie(g)LiI96:加呈現(xiàn)出周期性變化電離能隨原子序數(shù)的增97 N、P、As、Sb、Be、Mg電離能較電離能較大大 半滿，全滿。半滿，全滿。同一主族同一主族：從上到下，最外層電子數(shù)相同：從上到下，最外層電子數(shù)相同；Z*增加不多

39、，增加不多，r 增大為主要因素，核對增大為主要因素，核對外層電子引力依次減弱，電子易失去，外層電子引力依次減弱，電子易失去，I 依次變小。依次變小。同一周期同一周期：主族元素主族元素從從A 到鹵素，到鹵素，Z*增增大，大，r 減小，減小，I 增大。其中增大。其中A 的的 I1 最小，最小，稀有氣體的稀有氣體的 I1 最大；長周期中部最大；長周期中部(過渡元素過渡元素)，電子依次加到次外層，電子依次加到次外層， Z* 增加不多，增加不多， r 減小緩慢，減小緩慢， I 略有增加。略有增加。984.電子親和能電子親和能 元素的氣態(tài)原子在基態(tài)時獲得一個電元素的氣態(tài)原子在基態(tài)時獲得一個電子成為一價(jià)氣態(tài)

40、負(fù)離子所放出的能量稱為子成為一價(jià)氣態(tài)負(fù)離子所放出的能量稱為電子親和能。當(dāng)負(fù)一價(jià)離子再獲得電子時電子親和能。當(dāng)負(fù)一價(jià)離子再獲得電子時要克服負(fù)電荷之間的排斥力，因此要吸收要克服負(fù)電荷之間的排斥力，因此要吸收能量。能量。O (g) + e - O- (g) A1 =-140.0 kJ . mol-1O- (g) + e - O2- (g) A2 =844.2 kJ . mol-1電子親和能的大小變化的周期性規(guī)律如下圖電子親和能的大小變化的周期性規(guī)律如下圖：例如例如：99100 同一周期同一周期：從左到右，：從左到右，Z* 增大，增大，r 減減小，最外層電子數(shù)依次增多，趨向于結(jié)合小，最外層電子數(shù)依次增

41、多，趨向于結(jié)合電子形成電子形成 8 電子結(jié)構(gòu)，電子結(jié)構(gòu)，A 的負(fù)值增大的負(fù)值增大。鹵素。鹵素的的 A 呈現(xiàn)最大負(fù)值，呈現(xiàn)最大負(fù)值，A為正值，稀有氣體為正值，稀有氣體的的 A 為最大正值。為最大正值。 同一主族同一主族：從上到下，規(guī)律不很明顯：從上到下，規(guī)律不很明顯，大部分的，大部分的 A 負(fù)值變小負(fù)值變小。特例：。特例： A(N)為正為正值值，是，是 p 區(qū)元素中除稀有氣體外唯一的正區(qū)元素中除稀有氣體外唯一的正值。值。 A 的最大負(fù)值的最大負(fù)值不出現(xiàn)在不出現(xiàn)在 F 原子而原子而是是 Cl 原子原子。101 原子在分子中吸引電子的能力稱為元素原子在分子中吸引電子的能力稱為元素的電負(fù)性，用的電負(fù)性

42、，用 表示。表示。P 電負(fù)性標(biāo)度不同，數(shù)據(jù)不同，但在周電負(fù)性標(biāo)度不同，數(shù)據(jù)不同，但在周期系中變化規(guī)律是一致的。電負(fù)性可以綜期系中變化規(guī)律是一致的。電負(fù)性可以綜合衡量各種元素的金屬性和非金屬性。合衡量各種元素的金屬性和非金屬性。同同一周期從左到右電負(fù)性依次增大；同一主一周期從左到右電負(fù)性依次增大；同一主族從上到下電負(fù)性依次變小，族從上到下電負(fù)性依次變小，F(xiàn) 元素元素 為為3.98，非金屬性最強(qiáng)。，非金屬性最強(qiáng)。MPAR 電負(fù)性的標(biāo)度有多種，常見的有電負(fù)性的標(biāo)度有多種，常見的有Mulliken標(biāo)度標(biāo)度( )， Pauling標(biāo)度標(biāo)度( )和和Allred-Rochow 標(biāo)度標(biāo)度( )。 5.電負(fù)性電負(fù)性102電負(fù)性( )變化P1031. 主族元素的氧化數(shù)主