原子構(gòu)造與周期表課件

1、第9章原子構(gòu)造與週期表9-1原子學說與原子構(gòu)造9-1-1 原子學說的演進：道耳頓提出了原子說與修正1.物質(zhì)均由極小的微粒子所組成，稱之為原子。2.原子無法再分割成更小的粒子。3.同種元素的組成原子，其性質(zhì)與質(zhì)量均相同。修正：原子中還有電子、質(zhì)子、中子。 修正：同位素的發(fā)現(xiàn)証明同一元素所含的原子質(zhì)量不一定相同。 不同種類的原子形成化合物時，原子之間的比例為一固定的簡單整數(shù)比。5.化學反應是原子之間重新排列組合，原子並未被破壞。9-1原子學說與原子構(gòu)造證明：由定比定律及倍比定律可證明。 證明：由質(zhì)量守恆定律可證明。修正：核變化反應中原子的結(jié)構(gòu)及種類會改變。 9-1原子學說與原子構(gòu)造9-1-2原子中

2、的基本粒子：電子、質(zhì)子及中子1.電子的發(fā)現(xiàn)：英國科學家湯姆森從陰極射線在磁場中發(fā)生的 偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，證實了電子的存在。結(jié)論：1.陰極射線為帶負電之粒子，命名為電子。2.陰極射線是具有質(zhì)量的粒子：粒子性。3.陰極射線是沿直線進行的：直線運動。4.湯木生利用陰極射線的結(jié)果不同的材質(zhì)但均有 相同的荷質(zhì)比。陰極射線實驗陰極射線實驗(1)陰極射線為帶負電之粒子，命名為電子陰極射線實驗(2)陰極射線是具有質(zhì)量的粒子：粒子性陰極射線實驗(3)陰極射線是沿直線進行的：直線運動陰極射線實驗(4)湯木生利用陰極射線的結(jié)果不同的材質(zhì)但均有相同的荷質(zhì)比密立坎-油滴實驗1.測出電子的電量為1.6010 -19庫侖。2.配合

3、湯木生已測得的電子荷質(zhì)比1.76108庫侖克， 算出電子的質(zhì)量為9.1110-28克。2.質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)：拉塞福以粒子撞擊金箔，建立了原子核的存在；而後利用粒子撞擊氮原子，發(fā)現(xiàn)了帶正電的質(zhì)子。9-1-2原子中的基本粒子：電子、質(zhì)子及中子9-1原子學說與原子構(gòu)造9-1原子學說與原子構(gòu)造9-1-2原子中的基本粒子：電子、質(zhì)子及中子3.中子的發(fā)現(xiàn)：查兌克從粒子撞擊鈹原子的實驗中，發(fā)現(xiàn)了 中子的存在。中子不帶電，質(zhì)量與質(zhì)子差不多，可以將中子質(zhì)量視為電子與質(zhì)子質(zhì)量之和。中子因為不帶電，穿透力強，可以射入原子核，引起核分裂。粒子質(zhì)量原子質(zhì)量單位(amu)電荷(e)符號發(fā)現(xiàn)次序電量(庫侖)位置發(fā)現(xiàn)者電子9.11

4、 X 10-28 g0.00055-10-1e1-1.610 -19核外湯木生質(zhì)子1.67 X 10-24 g1.0073+111P2+1.610 -19核內(nèi)拉塞福中子1.68 X 10-24 g1.0087010n3不帶電核內(nèi)查兌克【電子、質(zhì)子、中子的相關(guān)比較】 9-1原子學說與原子構(gòu)造9-1原子學說與原子構(gòu)造1個12C質(zhì)量的原子1/121840倍假設氫原子的直徑如棒球場之直徑，則原子核的大小就如一隻螞蟻。9-1-3原子模型(a)湯姆森的原子模型(b)拉塞福的原子模型9-1原子學說與原子構(gòu)造9-1原子學說與原子構(gòu)造(c)波耳的原子模型(d)索末菲的原子模型【結(jié)論】1.一個原子(直徑約10-1

5、0 m)的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核。(原子核的直徑約10-15 10-14 m )2.一個原子的質(zhì)量約等於原子核內(nèi)的質(zhì)子與中子質(zhì)量之和，即質(zhì)量數(shù) = 質(zhì)子數(shù) + 中子數(shù)。3.原子大部分是空心，假如原子核如一個十元硬幣，電子在原子核外的活動範圍大約是棒球場那麼大。 4.核外帶負電的電子數(shù)等於核內(nèi)帶正電的質(zhì)子數(shù)，故原子呈電中性。9-1原子學說與原子構(gòu)造9-1原子學說與原子構(gòu)造9-1-4原子質(zhì)量的測量1.原子序：莫斯利測量各種元素的X射線光譜波長，建立了 原子序的概念。 (1) 每一原子有一原子序(原子序即原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù))。(2) 中性的原子中電子數(shù)等於其原子序，即： 原子序 = 質(zhì)子數(shù) = 電子

6、數(shù) (3) 原子的化學性質(zhì)取決於原子序，故原子序相同的元素， 化學性質(zhì)相同。 9-1原子學說與原子構(gòu)造2.原子質(zhì)量：湯姆森則利用質(zhì)譜儀測量各種原子的質(zhì)量。 9-1-4原子質(zhì)量的測量(1) 湯木生利用質(zhì)譜儀測量各種原子的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)同種元素 會出現(xiàn)質(zhì)量不同的原子。(2) 質(zhì)譜儀測量時是以12C的質(zhì)量12.0000 amu為標準所測得 的相對值。 (3) 由質(zhì)譜儀可測知每一元素所含同位素的種類及相對含 量，由測得數(shù)據(jù)可求出各元素的平均原子量。 9-1原子學說與原子構(gòu)造【例如】鉀的質(zhì)譜圖： 9-1-4原子質(zhì)量的測量鉀元素的三條質(zhì)譜線的質(zhì)量及含量百分率數(shù)據(jù)如下：39K 38.9637 amu 93.25

7、13 % 40K 39.9640 amu 0.0117 % 41K 40.8618 amu 6.7302 % 因此鉀的平均原子量：(38.9637 X 0.932513 )+ (39.9640 X 0.000117) + (40.8618 X 0.067302)= 39.0983 amu 9-1-5元素的表示法與同位素1.基本粒子標示法：XAZcdA：質(zhì)量數(shù) ( = 質(zhì)子數(shù) + 中子數(shù)) (質(zhì)量數(shù)與原子量很相近，但質(zhì)量數(shù)為整數(shù))Z：原子序 ( = 質(zhì)子數(shù) = 中性原子之電子數(shù) )d：分子中原子數(shù) c：電荷數(shù)AZ=中子數(shù)9-1原子學說與原子構(gòu)造9-1原子學說與原子構(gòu)造原子序相同而中子數(shù)不同或質(zhì)子

8、數(shù)相同而質(zhì)量數(shù)不同的原子稱為同位素。同位素原子序相同，雖然質(zhì)量不同，卻有相同的化學性質(zhì)，而物理性質(zhì)如沸點、熔點等則不同。9-1-5元素的表示法與同位素2.同位素：元素同位素存在比率(%)質(zhì)量數(shù)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)氫11 H99.9811021 H0.02211氧168O99.761688178O0.041789188O0.20188109-2電子組態(tài)9-2-1氫原子光譜與波耳原子模型【三稜鏡的分光現(xiàn)象與氫原子光譜】波耳氫原子光譜理論9-2電子組態(tài)氫原子的電子，只能在一定距離的軌道上做圓周運動，且運動時具有一定的能量，大小以能階 n 來表示，由原子核內(nèi)外，n分別等於1，2，3，4，5等正整數(shù)，叫做主量子

9、數(shù)。n值愈大，運動半徑愈大，電子所具有的能量愈大，能量的高低以能階來表示。(3)在正常狀態(tài)時，氫原子中的電子處於最低的能階(n=1)，稱為基態(tài)。當原子吸收外來能量，而躍遷至較高的能階時，使得原子處於激發(fā)態(tài)。9-2電子組態(tài)波耳氫原子光譜理論EE2E1h9-2電子組態(tài)(4)激發(fā)態(tài)的電子不穩(wěn)定，從高能階回到其他較低能階時，會放出能量，以光的方式放出，而產(chǎn)生了光譜。波耳氫原子光譜理論紫外光可見光紅外光紅外光紅外光氫原子能階與電子躍遷的關(guān)係9-2電子組態(tài)9-2-2原子軌域波耳理論能解釋氫原子(單電子原子)光譜，對其他原子(多電子原子)則無法解釋，根據(jù)量子理論，電子兼具粒子性與波動性，依不同能量而在不同的

10、區(qū)域出現(xiàn)，以電子雲(yún)表示電子在空間出現(xiàn)機率的區(qū)域，稱為軌域。1.原子軌域的名稱：量子力學模型引用了四個參數(shù)來表示電子的能量狀態(tài)，稱為量子數(shù)，分別為 n ， ，m ，ms。9-2電子組態(tài)9-2-2原子軌域(1) 主量子數(shù)（n）：主層軌域，決定軌域的大小與能量的大小，當n值愈大，表示此電子離原子核愈遠，軌域的範圍大，所含的軌域種類與軌域數(shù)量也愈多，能量也愈大。n = 1、2、3、4、等正整數(shù)。 (2) 角量子數(shù)（）：副層軌域，表示軌域的形狀，每一個n值可以有n個值，即 = 0、1、2、3等（n-1）。電子出現(xiàn)空間之軌域形狀有s、p、d、f，其中軌域個數(shù)分別為s = 1、p = 3、d = 5、f =

11、 7，並且每一個軌域中又可填入 2 個電子。 9-2電子組態(tài)註：s：表示電子出現(xiàn)的空間是球形p：電子沿著x、y、z軸三個能量相同的空間出現(xiàn)為啞鈴形d：電子沿著xy、yz、xz、x2-y2、z2五個能量相同的空間出現(xiàn)f：有七個相同能量的軌域9-2電子組態(tài)(2) 角量子數(shù)（）電子在不同形狀的軌域中能量不同：s p d f 。n = 1， = 0 ；n = 2， = 0 ， 1 ；n = 3， = 0 ， 1 ， 2 。 角量子數(shù)（）與軌域形狀的關(guān)係為： 角量子數(shù)（）0123軌域形狀spdf軌域個數(shù)1357【例如】當n = 3時，值有0、1、2個，其意義為第三主層中含有： ， ， 三種軌域，即 ，

12、， 軌域。 spd3s3p3d9-2電子組態(tài)主層（n）1234副層（）1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f副層軌域個數(shù)1131351357副層軌域可容納的電子數(shù)2262610261014主層中軌域的總數(shù)（n2）14916各主層中的電子總數(shù)（2n2）281832【量子數(shù)的總整理 】9-2電子組態(tài)(3) 磁量子數(shù)(m)： 磁量子數(shù)可決定軌域的空間方向，m的值是 - 與 之間的整數(shù)值，即m = 2 + 1個。例如： = 0 ， m = 0； = 1 ，m = -1，0，1； = 2 ，m = -2，-1，0，1，2；。 (4) 旋量子數(shù) (ms)： 旋量子數(shù)可表示電子在同一軌域中旋轉(zhuǎn)方向，旋量子

13、數(shù)只有+(1/2)及 (1/2)兩種值，分別表示順時針旋轉(zhuǎn)及逆時針旋轉(zhuǎn)。 9-2電子組態(tài)3. 軌域的能量： (1) 能階由主量子數(shù)及角量子數(shù)之和來決定能階的大小，即n +值來決定。n +值愈大，軌域能階愈高。 n +值相同時，則由n值決定，n值愈大，能階愈大。 (2) 同一主量子數(shù)n中副層軌域的能量不盡相同。 【例如】在n = 3的階層中，有1個3s軌域、3個能量相同的3p軌域，以及5個能量相同的3d軌域，但是3s、3p、3d之軌域的能量不相同，其能量為3s3p3d。 電子組態(tài)原則多電子原子能階判斷法(1)多電子原子能階判斷法(2)求n +的值，其值越大，能階越高。當兩個能階的n +值相同時，

14、再參考n值，n值越大，能階就越高。多電子原子之能階高低為：1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p 電子組態(tài)原則遵守三項原則： 構(gòu)築原理：電子進入軌域時，先進入較低能階的軌域，再 進入較高能階的軌域。庖利不相容原理：每個軌域至多可容納2個電子，且在同 一軌域中的2個電子自轉(zhuǎn)方向必相反。 洪德定則：數(shù)個電子要進入同能階的同型軌域，電子先以相同的自轉(zhuǎn)方向分別進入不同方位的軌域而不成對，等各軌域均有1個電子時(半滿)，才允許自轉(zhuǎn)方向相反之電子進入而成對(全滿)。 2px2py2pz2px2py2pz【例如】2p2 或 2p5 或

15、 四種量子數(shù)的總整理主量子數(shù)n=1n = 2n = 3n = 4角量子數(shù)0010120123副層軌域名稱1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f軌域數(shù)分別全部113135135714916電子數(shù)分別全部2262610261014281832磁量子數(shù)m00-1,0,10-1,0,1-2-1,0,1,20-1,0,1-2-1,0,1,2-3,-2,-1,0,1,2,3旋量子數(shù)ms 1/2 1/2 1/2 1/29-2電子組態(tài)【練習】1.請寫出下列元素的電子組態(tài)及電子填入軌域的方式： (a) Na (b) N (c) Si (d) Mn (a) Na 1S2 2S2 2P6 3S1 或 Ne 3S1

16、 (b) N 1S2 2S2 2P3 (c) Si 1S2 2S2 2P6 3S2 3P2 (d) Mn 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3d5 4S2 2. 電子組態(tài)的特例：(a) Cr (b) Cu 9-2電子組態(tài)【練習】Cr ： 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3d5 4S1Cu ： 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 3d10 4S1 ( 半滿及全滿軌域較安定，故易形成 ) 半滿全滿3. 離子的電子組態(tài)：陽離子所失去的電子由外層軌域失去： (a) Mg2+ (b) Ni2+ Mg2+ ： 1S2 2S2 2P6 (b) Ni2+ ： 1S2 2S2 2P6 3S2

17、3P6 3d8 9-2電子組態(tài)【練習】9-2電子組態(tài)【練習】4. 離子的電子組態(tài)：陰離子所獲得電子依軌域能階高低填入：(a) F- (b) S2-(b) S2- ： 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 (a) F- ： 1S2 2S2 2P6 9-3 週期表9-3-1週期表的發(fā)展1. 早期：由門得列夫提出。依照原子量大小順序排列，稱為短 週期表或舊週期表。2. 現(xiàn)今：由莫世勒根據(jù)門得列夫的週期表修正而成。依照原子序大小順序排列，稱為長週期表或新週期表。3. 週期表分為三大部分： (1) 左邊兩行及右邊六行是性質(zhì)較規(guī)則的A族元素或主族元素。 (2) 中間十行是過渡元素或B族元素。 (3) 底

18、下的兩列為內(nèi)過渡元素。9-3 週期表9-3 週期表1. 週期：週期表中的橫排，稱為列或週期。 週期數(shù)（列）元素個數(shù)元素原子序第一週期（最短週期）2（2 12）1H 與 2He第二週期（短週期）8（2 22）3Li 10Ne第三週期（短週期）8（2 22）11Na 18Ar第四週期（長週期）18（2 32）19K 36Kr第五週期（長週期）18（2 32）37Rb 54Xe第六週期（最長週期）32（2 42）55Cs 86Rn第七週期（不完全週期）-87Fr 【例如】某一元素的原子序為50，則此元素在第幾週期？50 = 2（一） + 8 （二）+ 8（三） + 18（四） + 14 （五） 9-

19、3-2週期表9-3 週期表2. 族 ：週期表中的直行，稱為屬或族。 a. A族元素：又稱為典型元素，為IAVIIIA族，包括金屬、非金屬和類金屬元素；電子填入s及p軌域的元素。 族數(shù)IAIIAIIIAIVAVAVIAVIIAVIIIA名稱鹼金族鹼土族鋁族碳族氮族氧族鹵素鈍氣b. B族元素：又稱為過渡元素，從第四週期開始，為週期表中間夾在IIA族與IIIA族中間的元素，皆為金屬。d-過渡元素：電子填入d軌域的元素。內(nèi)過渡元素：電子填入f軌域的元素9-3 週期表9-3 週期表9-3-3電子組態(tài)與週期表價電子：原子最外層軌域的電子。 價電子與週期表的關(guān)係： (1) 典型元素（A族）：價電子數(shù)等於族數(shù)

20、，即同一族元素的價電子數(shù)相同，並且價電子的主量子數(shù)（n）與週期數(shù)同，其最外層電子填入ns或np軌域。 族數(shù)IAIIAIIIAIVAVAVIAVIIAVIIIA電子組態(tài)ns1ns2ns2np1ns2np2ns2np3ns2np4ns2np5ns2np6價電子數(shù)12345678【例如】S的原子序為16，為VIA族，在第三週期，最外層電子 填入 。 3s23p49-3 週期表價電子組態(tài)與週期表的關(guān)係（A族元素）9-3 週期表(2) 惰性元素（VIIIA族）：除He的電子組態(tài)為1s2外（價電子數(shù) = 2），其他惰性元素之最外層電子組態(tài)皆為ns2np6（價電子數(shù) = 8），其中最後一個電子填入np6。

21、(3) 過渡元素（B族）：a. d-過渡元素：最外層電子填入（n-1）d軌域?！纠纭康谒倪L期的過渡元素最外層電子填入3d軌域。 第五週期的過渡元素最外層電子填入4d軌域。b. 內(nèi)過渡元素：最外層電子填入（n-2）f軌域?！纠纭康诹L期的鑭系元素最外層電子填入4f軌域。 第七週期的錒系元素最外層電子填入5f軌域。 （週期）1A8A一1s12A3A4A5A6A7A1s2二2s12s22p12p22p32p42p52p6三3s13s2B族元素（過渡元素）3p13p23p33p43p53p6四4s14s23d（計有10個）4p14p24p34p44p54p6五5s15s24d（計有10個）5p15

22、p25p35p45p55p+6六6s16s25d（計有10個）6p16p26p36p46p56p6七7s17s26d（已知6個）B族元素（內(nèi)過渡元素） 【最後一電子填入之軌域】 9-3 週期表9-4元素的分類與週期表9-4-1同族元素：1. 物理性質(zhì)：(1) 比重、原子半徑、原子體積（原子容）與原子量隨原子序的增大而遞增。(2) 熔點及沸點的改變： a. 金屬元素(例如IA及IIA族)隨原子序的增大而降低。 b. 非金屬元素(例如VIIA族)隨原子序的增大而升高。(3) 顏色：鹵素(VIIA族)的顏色隨原子序增加而漸深。 元素氟（F2）氯（Cl2）溴（Br2）碘（I2）顏色淡黃黃綠暗紅紫黑9-

23、4元素的分類與週期表2. 化學性質(zhì)：(1) 同族元素化學性質(zhì)相似，反應現(xiàn)象類似。【例如】IIA族的鹼土金屬元素（M）與VIIA族鹵素（X）反應均生成MX2（MgCl2、CaCl2、） (2) 金屬元素的金屬性及氧化物鹼性，隨原子序增大而增加?！纠纭拷饘僖喳|金族為例 鹼金族元素之金屬性大小排列：（ LiNaKRbCs ）鹼金族元素之氧化物鹼性強弱排列：（ Na2OK2O ） (3) 非金屬元素的非金屬性及氧化物酸性，隨原子序增大而減少。 a.鹵素元素的非金屬性大小排列：（ F2Cl2Br2I2 ） b.鹵素元素的氧化物酸性強弱排列：（ HClOHBrOHIO ） 9-4元素的分類與週期表3. 價電子數(shù)（最外層電子數(shù)）與氧化數(shù)：9-4元素的分類與週期表(1) 氧化數(shù)：原子得失電子數(shù)的傾向（由原子的電負度決定）。(