第一章原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

1、化學(xué)研究的是構(gòu)成宏觀物體的物質(zhì)化學(xué)研究的是構(gòu)成宏觀物體的物質(zhì)一、研究物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)一、研究物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)二、研究物質(zhì)的性質(zhì)、變化、合成二、研究物質(zhì)的性質(zhì)、變化、合成二者的關(guān)系如何？二者的關(guān)系如何？結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)第一節(jié)第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)宇宙大爆炸宇宙大爆炸2h2h后后誕生誕生大量的氫大量的氫大量的氦大量的氦極少量的鋰極少量的鋰原子核的原子核的熔合反應(yīng)熔合反應(yīng)合成合成其他元素其他元素19321932年勒梅特首次年勒梅特首次提出了現(xiàn)代宇宙大提出了現(xiàn)代宇宙大爆炸理論爆炸理論 1 1、原子的誕生、原子的誕生一、開天辟地一、開天辟地原子的誕生原子的誕生2 2

2、、人類認(rèn)識原、人類認(rèn)識原子的過程子的過程 人類在認(rèn)識自然的過人類在認(rèn)識自然的過程中，經(jīng)歷了無數(shù)的艱程中，經(jīng)歷了無數(shù)的艱辛，正是因為有了無數(shù)辛，正是因為有了無數(shù)的探索者，才使人類對的探索者，才使人類對事物的認(rèn)識一步步地走事物的認(rèn)識一步步地走向深入，也越來越接近向深入，也越來越接近事物的本質(zhì)事物的本質(zhì)。隨著現(xiàn)代。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們現(xiàn)在所學(xué)習(xí)的科學(xué)理論，現(xiàn)在所學(xué)習(xí)的科學(xué)理論，還會隨著人類對客觀事還會隨著人類對客觀事物的認(rèn)識而不斷地深入物的認(rèn)識而不斷地深入和發(fā)展。和發(fā)展。1 1、原子的構(gòu)成、原子的構(gòu)成原子原子原子核原子核核外電子核外電子 質(zhì)子質(zhì)子 中子中子二、二、能層與能

3、級能層與能級二、能層與能級二、能層與能級2 2、能層與能級能層與能級（1 1）能層）能層在多電子的原子核外電子的能量是不在多電子的原子核外電子的能量是不同的，按同的，按電子的能量差異電子的能量差異，可以將核，可以將核外電子分成不同的能層。外電子分成不同的能層。依據(jù)核外電子的能量不同：依據(jù)核外電子的能量不同：離核遠(yuǎn)近：離核遠(yuǎn)近：近近 遠(yuǎn)遠(yuǎn) 能量高低：能量高低：低低 高高1234567KLMNOPQ（2 2）能級）能級表示方法及各能級所容納的最多電子數(shù)：表示方法及各能級所容納的最多電子數(shù)：在多電子原子中，在多電子原子中，同一能層的同一能層的電子能量可以不同電子能量可以不同，還可以把，還可以把它們分

4、成它們分成能級（能級（s、p、d、f）。表示方法及各能級所容納的最多電子數(shù)：表示方法及各能級所容納的最多電子數(shù)：1.1.原子核外電子的每一個能層最多可容納的電子數(shù)與能層原子核外電子的每一個能層最多可容納的電子數(shù)與能層的序數(shù)（的序數(shù)（n n）間存在什么關(guān)系？）間存在什么關(guān)系？3.3.英文字母相同的不同能級中所能容納的最多電子數(shù)是否英文字母相同的不同能級中所能容納的最多電子數(shù)是否相同？相同？【學(xué)與問】2.2.不同的能層分別有多少能級，與能層的序數(shù)（不同的能層分別有多少能級，與能層的序數(shù)（n n）間存）間存在什么關(guān)系？在什么關(guān)系？（3 3）能層、能級、電子數(shù)關(guān)系）能層、能級、電子數(shù)關(guān)系能層序數(shù)能層序

5、數(shù)=能級個數(shù)能級個數(shù)不同能層、相同能級最多電子數(shù)的關(guān)系不同能層、相同能級最多電子數(shù)的關(guān)系：1、3、5、7的的2倍倍s p d f最多電子數(shù)：最多電子數(shù)：2 6 10 141.1.構(gòu)造原理：構(gòu)造原理：（1 1）隨原子核）隨原子核電荷數(shù)遞增，電荷數(shù)遞增，絕大多數(shù)原子絕大多數(shù)原子核外電子的排核外電子的排布遵循如右圖布遵循如右圖的排布順序，的排布順序，這個排布順序這個排布順序被稱為被稱為構(gòu)造原構(gòu)造原理理。三、構(gòu)造原理與電子排布式三、構(gòu)造原理與電子排布式76543214f1s2s3s4s5s6s7s2p3p4p5p6p7p6d5d4d3d5f核核外外電電子子填填充充順順序序圖圖構(gòu)造原理：構(gòu)造原理： 1s

6、；2s 2p；3s 3p；4s 3d 4p； 5s 4d 5p; 6s 4f 5d 6p；7s 5f 6d2.2.電子排布式電子排布式如：如：NaNa：1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s1 1簡化為簡化為用數(shù)字在能級符號右上角表明該能級上的排布用數(shù)字在能級符號右上角表明該能級上的排布的電子數(shù)。的電子數(shù)。原子結(jié)構(gòu)示意圖原子結(jié)構(gòu)示意圖電子排布式電子排布式Li: Li: ) 2 1【思考與交流思考與交流】思考：原子核外電子在排布時，最外層為什么不思考：原子核外電子在排布時，最外層為什么不超過超過8 8個電子？個電子？1.1.能量最低原理能量最低原理: : 原子的電子排布遵循構(gòu)造原理原

7、子的電子排布遵循構(gòu)造原理能使整個原子的能量處于能使整個原子的能量處于最低狀態(tài)。最低狀態(tài)。 2.2.基態(tài)原子基態(tài)原子: : 處于最低能量的原子處于最低能量的原子 ( (穩(wěn)定穩(wěn)定) )電子放電子放出能量出能量電子吸電子吸收能量收能量激發(fā)態(tài)原子激發(fā)態(tài)原子: :基態(tài)原子的電子吸收能量后電子會基態(tài)原子的電子吸收能量后電子會躍遷到較高的能級躍遷到較高的能級, ,變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)原子。變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)原子。 ( (不穩(wěn)定不穩(wěn)定) )3.3.原子光譜原子光譜 不同元素的原子發(fā)生躍遷時會吸收或釋放不同的不同元素的原子發(fā)生躍遷時會吸收或釋放不同的光，可以用光譜儀攝取各種元素的電子的光，可以用光譜儀攝取各種元素的電子的吸收光譜

8、吸收光譜或或發(fā)射光譜發(fā)射光譜，總稱，總稱原子光譜原子光譜。鋰、氦、汞的吸收光譜鋰、氦、汞的吸收光譜鋰、氦、汞的發(fā)射光譜鋰、氦、汞的發(fā)射光譜 思考：思考： 宏觀物體的運(yùn)動特征：宏觀物體的運(yùn)動特征：五、電子云與原子軌道五、電子云與原子軌道 核外電子核外電子質(zhì)量小質(zhì)量小( (只有只有9.119.111010-31 -31 kg)kg), ,運(yùn)動空運(yùn)動空間小間小（相對于宏觀物體而言）（相對于宏觀物體而言）, ,運(yùn)動速率大運(yùn)動速率大( (近光近光速速) )。1.核外電子運(yùn)動的特征核外電子運(yùn)動的特征無確定的軌道無確定的軌道，無法描述其運(yùn)動軌跡。，無法描述其運(yùn)動軌跡。無法計算電子在某一刻所在的位置無法計算電

9、子在某一刻所在的位置，只能指出只能指出 其在核外空間某處出現(xiàn)的機(jī)會的多少其在核外空間某處出現(xiàn)的機(jī)會的多少( (概率概率) )。電子云電子云: :電子在原子核外出現(xiàn)的概率分布圖。電子在原子核外出現(xiàn)的概率分布圖。2.核外電子運(yùn)動狀態(tài)的描述核外電子運(yùn)動狀態(tài)的描述 電子云電子云只是形象地表示只是形象地表示 電子出現(xiàn)在各點的電子出現(xiàn)在各點的概率概率高低高低, ,而實際上并不存在。而實際上并不存在。 小黑點不表示電子，小黑點不表示電子，只表示電子在這里出只表示電子在這里出現(xiàn)過一次。現(xiàn)過一次。小黑點的疏密表示電小黑點的疏密表示電子在核外空間內(nèi)出現(xiàn)子在核外空間內(nèi)出現(xiàn)的機(jī)會的多少。的機(jī)會的多少。電子輪廓圖的制作

10、 各能級包含的原子軌道數(shù)：各能級包含的原子軌道數(shù)：（1 1）nsns能級各有能級各有1 1個原子軌道；個原子軌道；（2 2）npnp能級各有能級各有3 3個原子軌道；個原子軌道； （3 3）ndnd能級各有能級各有5 5個原子軌道；個原子軌道；（4 4）nfnf能級各有能級各有7 7個原子軌道；個原子軌道；3.原子軌道原子軌道-電子云輪廓圖電子云輪廓圖電子云形狀電子云形狀s s電子云呈球形，在半徑相同的球面上，電電子云呈球形，在半徑相同的球面上，電子出現(xiàn)的機(jī)會相同；子出現(xiàn)的機(jī)會相同；p p電子云呈電子云呈啞鈴形啞鈴形 ( (或或紡錘形紡錘形) )；d d電子云是花瓣形；電子云是花瓣形；f f電

11、子云更為復(fù)雜。電子云更為復(fù)雜。S S能級的原子軌道圖能級的原子軌道圖xyzxyzP P能級的原子軌道圖能級的原子軌道圖xyz* * P P能級的原子軌道是啞鈴形的能級的原子軌道是啞鈴形的, ,每個每個P P能級有能級有3 3個原子軌道個原子軌道, ,它們相互垂直它們相互垂直, ,分分別以別以P Px x,P ,Py y,P ,PZ Z表示表示。 泡利原理泡利原理 一個原子軌道中最多只能容一個原子軌道中最多只能容納兩個電子，且這兩個電子的自納兩個電子，且這兩個電子的自旋方向必須相反，此時體系最穩(wěn)旋方向必須相反，此時體系最穩(wěn)定，原子的總能量最低。定，原子的總能量最低。 六、泡利原理和洪特規(guī)則六、泡

12、利原理和洪特規(guī)則泡利不相容原理泡利不相容原理電子排布式電子排布式1s 2s電子排布圖電子排布圖 用一個表示一個原子軌道，用一個表示一個原子軌道，在中用在中用“”或或“”表示該軌表示該軌道上排入的電子。道上排入的電子。Li: 1s22s1洪特規(guī)則洪特規(guī)則 對于基態(tài)原子，電子在能量相同對于基態(tài)原子，電子在能量相同的軌道上排布時，將盡可能分占不同的軌道上排布時，將盡可能分占不同的軌道并且自旋方向相同。的軌道并且自旋方向相同。 C C：1s1s2 22s2s2 22p2p2 2泡利原理泡利原理：洪特規(guī)則洪特規(guī)則： 當(dāng)電子排布在同一能級的不同軌道當(dāng)電子排布在同一能級的不同軌道時，總是優(yōu)先單獨占一個軌道（

13、即分占時，總是優(yōu)先單獨占一個軌道（即分占不同的軌道），而且自旋狀態(tài)相同。不同的軌道），而且自旋狀態(tài)相同。 一個原子軌道最多容納一個原子軌道最多容納2 2個電子，個電子，而且自旋方向相反。而且自旋方向相反。洪特規(guī)則特例：、洪特規(guī)則特例：洪特規(guī)則特例： 相對穩(wěn)定的狀相對穩(wěn)定的狀態(tài)態(tài)全充滿（全充滿（p6，d10，f14）全空時（全空時（p0，d0，f0）半充滿（半充滿（p3，d5，f7）鐵原子的電子排布圖鐵原子的電子排布圖洪特規(guī)則洪特規(guī)則泡利原理泡利原理能量最低原理能量最低原理1s2s2p3p3d3s4s注意：注意： 能量最低原理表述的是能量最低原理表述的是“整個原子處于能量最低狀整個原子處于能量最

14、低狀態(tài)態(tài)”，而不是說電子填充到，而不是說電子填充到能量最低的軌道中去，泡利能量最低的軌道中去，泡利原理和洪特規(guī)則都使原理和洪特規(guī)則都使“整個整個原子處于能量最低狀態(tài)原子處于能量最低狀態(tài)”。小結(jié)：核外電子排布規(guī)則小結(jié)：核外電子排布規(guī)則1.1.能量最低原理能量最低原理 2.2.泡利不相容原理泡利不相容原理 3.3.洪特規(guī)則洪特規(guī)則 確定原子序數(shù)確定原子序數(shù)方法導(dǎo)引方法導(dǎo)引 解答基態(tài)原子電子排布問題的一般思路：解答基態(tài)原子電子排布問題的一般思路：能量最低原則能量最低原則能級排布能級排布電子排布電子排布泡利不相容原理泡利不相容原理洪特規(guī)則洪特規(guī)則小結(jié)：小結(jié)：第二節(jié)第二節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)原子結(jié)構(gòu)與元

15、素性質(zhì)周期周期短周期短周期長周期長周期第第1周期：周期：2 種元素種元素第第2周期：周期：8 種元素種元素第第3周期：周期：8 種元素種元素第第4周期：周期：18 種元素種元素第第5周期：周期：18 種元素種元素第第6周期：周期：32 種元素種元素第第7周期：周期：32種元素種元素鑭鑭57La 镥镥71Lu 共共15 種元素稱鑭系元素種元素稱鑭系元素錒錒89Ac 鐒鐒103Lr 共共15 種元素稱錒系元素種元素稱錒系元素1、周期序數(shù)周期序數(shù) = 電子層數(shù)（能層數(shù)）電子層數(shù)（能層數(shù)） （橫行）（橫行） 族族主族：主族：副族：副族：由短周期和長周期共同構(gòu)成的族（由短周期和長周期共同構(gòu)成的族（0族除

16、族除外），外），AA共七個主族共七個主族 第第VIII 族：族：稀有氣體元素稀有氣體元素（縱行）（縱行） 0族：族：完全有長周期元素構(gòu)成的族（第完全有長周期元素構(gòu)成的族（第族族除外），除外），BB共七個副族共七個副族 三個縱行三個縱行(8、9、10），位于），位于 B 與與B中間中間 2 2、主族序數(shù)、主族序數(shù)= =最外層電子數(shù)最外層電子數(shù)= =價電子數(shù)價電子數(shù)= =最高正價數(shù)最高正價數(shù)周期元素種數(shù)相應(yīng)能級組中所含能級電子最大容量數(shù)11s22s 2p33s 3p44s 3d 4p55s 4d 5p66s 4f 5d 6p77s 5f 6d 7p28818183232288181832323、可見各周期所含元素的種數(shù)等于相應(yīng)能級可見各周期所含元素的種數(shù)等于相應(yīng)能級組中各軌道中最多容納的電子數(shù)之和組中各軌道中最多容納的電子數(shù)之和堿金屬原子序數(shù)周期基態(tài)原子的電子排布鋰鈉鉀銣銫3二二1s22s1或或He2s111三三1s22s22p63s1或或Ne3s119四四1s22s22p63s23p64s1或或Ar4s137五五1s22s22p63s23p63d104s24p65s1或或Kr5s155六六1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66s1或