第一講原子結(jié)構(gòu)

第一講原子結(jié)構(gòu)演示文稿當(dāng)前1頁，總共80頁。（優(yōu)選）第一講原子結(jié)構(gòu)當(dāng)前2頁，總共80頁。

核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（1）微觀粒子的二重性

光的波動(dòng)性c=λ·v光的微粒性E=h電子的波粒二重性——物質(zhì)波

1923年德布羅意（L.deBroglie）類比愛因斯坦的光子學(xué)說后提出，電子不但具有粒子性，也具有波動(dòng)性。并提出了聯(lián)系電子粒子性和波動(dòng)性的公式：

λ=當(dāng)前3頁，總共80頁。（2）原子核外電子運(yùn)動(dòng)的研究歷史認(rèn)盧瑟福原子模型玻爾原子模型湯姆生原子模型道爾頓原子模型量子力學(xué)原子模型識(shí)逐漸深入無電子電子嵌于核中電子在核外運(yùn)動(dòng)電子分層排布電子云當(dāng)前4頁，總共80頁。

核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)玻爾模型①電子在一定的軌道上運(yùn)動(dòng)、不損失能量。②不同軌道上的電子具有不同能量E=J式中n=1，2……正整數(shù)電子離核近、能量低、最低能量狀態(tài)稱基態(tài)，激發(fā)態(tài)（能量高）③只有當(dāng)電子躍遷時(shí)，原子才釋放或吸收能量?！鱁=h=h=hc當(dāng)前5頁，總共80頁。

核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)玻爾模型波爾理論的應(yīng)用：①解釋氫原子光譜電子躍遷時(shí)釋放電子能量：

==1.097×105(-)cm－1

式中1.097×105稱里德保常數(shù)②計(jì)算氫原子的電離能n1n時(shí)，氫原子電離能△E=6.023×1023hc=1313kJ·mol－1當(dāng)前6頁，總共80頁。

1926年，奧地利物理學(xué)家薛定諤（Schodinger)提出一個(gè)方程，被命名為薛定諤方程。波函數(shù)就是通過解薛定諤方程得到的。薛定諤方程波函數(shù)和原子軌道波函數(shù)的幾何圖象可以用來表示微觀粒子活動(dòng)的區(qū)域。

核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（3）近代描述——電子云當(dāng)前7頁，總共80頁。

核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（3）近代描述——電子云

現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為，電子在原子核外高速運(yùn)動(dòng)，而且沒有一定的軌道，所以，電子在核外運(yùn)動(dòng)時(shí)就像一團(tuán)帶負(fù)電荷的云霧籠罩著帶正電荷的原子核，因此，通常把核外電子的運(yùn)動(dòng)比喻為電子云。電子云常用由許多小黑點(diǎn)組成的圖形表示。實(shí)際上是使用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理來發(fā)現(xiàn)電子在原子核外運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。當(dāng)前8頁，總共80頁。幾率和幾率密度幾率電子在某一區(qū)域出現(xiàn)的次數(shù)叫幾率。幾率密度電子在單位體積內(nèi)出現(xiàn)的幾率。幾率與電子出現(xiàn)區(qū)域的體積有關(guān)，也與所在研究區(qū)域單位體積內(nèi)出現(xiàn)的次數(shù)有關(guān)。

幾率與幾率密度之間的關(guān)系幾率（W）=幾率密度體積（V）。

量子力學(xué)理論證明，幾率密度=||2，于是有

w=||2

V當(dāng)前9頁，總共80頁。教材鏈接電子云

電子在核外某處單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率稱為該處的概率(機(jī)率)密度。用點(diǎn)的稀密來表示電子在核外出現(xiàn)概率(機(jī)率)密度大小所得到的圖形稱為電子云當(dāng)前10頁，總共80頁。幾率密度與電子云1s2s2p電子云圖是幾率密度||2的形象化說明。黑點(diǎn)密集的地方，||2的值大，幾率密度大；反之幾率密度小。當(dāng)前11頁，總共80頁。徑向分布（r，，）=R(r)?Y(，)，討論波函數(shù)與r之間的關(guān)系，只要討論波函數(shù)的徑向部分R(r)與r之間的關(guān)系就可以。幾率密度||2隨r的變化，即表現(xiàn)為|R|2

隨r的變化。|R|2

對(duì)r做圖，得徑向密度分布圖：（4）波函數(shù)的空間圖象

r1s|R|22s3s1s2s3s當(dāng)前12頁，總共80頁。

角度分布圖

經(jīng)過計(jì)算，得到以及與其對(duì)應(yīng)Y(，)

和|Y(，)|2

的數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以畫出兩種角度分布圖：波函數(shù)的角度分布圖和電子云的角度分布圖。當(dāng)前13頁，總共80頁。zy－+pypz－zx+zx+s各種波函數(shù)的角度分布圖zx+px－當(dāng)前14頁，總共80頁。++－－yxdxy++－－zxdxz++－－zydyz－++－dx2－y2yx－+－+dz2zx當(dāng)前15頁，總共80頁。各種電子云的角度分布圖zxspzzx電子云的角度分布圖比波函數(shù)的角度分布圖略“瘦”些。電子云的角度分布圖沒有‘’‘’。dz2zxydx2－y2xydxyx作為波函數(shù)的符號(hào)，它表示原子軌道的對(duì)稱性，因此在討論化學(xué)鍵的形成時(shí)有重要作用。波函數(shù)的角度分布圖有‘’‘’。它不表示電性的正負(fù)。當(dāng)前16頁，總共80頁。電子云和原子軌道的關(guān)系

電子云圖是用統(tǒng)計(jì)的方法獲得的電子在核外空間出機(jī)的機(jī)會(huì)大小所得到的圖形，原子軌道是指原子核外電子運(yùn)動(dòng)的空間，所以電子云圖的界面圖就是原子軌道的圖像，電子云的形狀決定原子軌道的形狀，電子云圖在空間的伸展方向決定了原子軌道。

當(dāng)前17頁，總共80頁。蘇教版“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”p11教材鏈接當(dāng)前18頁，總共80頁。四個(gè)量子數(shù)波函數(shù)的下標(biāo)1，0，0；2，0，0；2，1，0所對(duì)應(yīng)的

n，l，m，稱為量子數(shù)。原子結(jié)構(gòu)理論進(jìn)一步指出，核外電子由于能量的不同，分布在離核遠(yuǎn)近不同的區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)，把這些區(qū)域叫做電子層；電子層又分為若干亞層；亞層還有不同的軌道；而在每個(gè)軌道中運(yùn)動(dòng)的電子還有兩種不同的自旋。電子層、亞層、軌道、自旋四個(gè)方面決定了一個(gè)核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)前19頁，總共80頁。四個(gè)量子數(shù)

主量子數(shù)n

取值1，2，3，4……n為正整數(shù)(自然數(shù))，光譜學(xué)上用K，L，M，N……表示。意義表示原子軌道的大小，核外電子離核的遠(yuǎn)近，或者說是電子所在的電子層數(shù)。n=1表示第一層(K層)，離核最近。

n越大離核越遠(yuǎn)。主量子數(shù)n只能取1，2，3，4等自然數(shù)，故能量只有不連續(xù)的幾種取值，即能量是量子化的。所以n稱為量子數(shù)。當(dāng)前20頁，總共80頁。角量子數(shù)l

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……(n－

1)，共n個(gè)取值，光譜學(xué)上依次用s，p，d，f，g……表示。當(dāng)前21頁，總共80頁。意義角量子數(shù)l決定原子軌道的形狀

。例如n=4時(shí)，l有4種取值，就是說核外第四層有4種形狀不同的原子軌道：

l=0表示s軌道，形狀為球形，即4s軌道；

l=1表示p軌道，形狀為啞鈴形，4p軌道；

l=2表示d軌道，形狀為花瓣形，4d軌道；

l=3表示f軌道，形狀更復(fù)雜，4f軌道。由此可知，在第四層上，共有4種不同形狀的軌道。同層中(即n相同)不同形狀的軌道稱為亞層，也叫分層。就是說核外第四層有4個(gè)亞層或分層。如n=3，角量子數(shù)

l

可取0，1，2共三個(gè)值，依次表示為s，p，d。當(dāng)前22頁，總共80頁。磁量子數(shù)m

磁量子數(shù)

m取值受角量子數(shù)l

的影響，對(duì)于給定的l

，m可?。?，1，2，3，……，l。共2

l+1個(gè)值。若l=3，則m=0，1，2，3，共7個(gè)值。

m決定原子軌道的空間取向。n和l

一定的軌道，如2p軌道（n=2，l=1）在空間有三種不同的取向。當(dāng)前23頁，總共80頁。每一種m的取值，對(duì)應(yīng)一種空間取向。zyxm的不同取值，或者說原子軌道的不同空間取向，一般不影響能量。3種不同取向的2p軌道能量相同。我們說這3個(gè)原子軌道是能量簡并軌道，或者說2p軌道是3重簡并的。而3d則有5種不同的空間取向，3d軌道是5重簡并的。當(dāng)前24頁，總共80頁。自旋量子數(shù)ms

電子既有圍繞原子核的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也有自身的旋轉(zhuǎn)，稱為電子的自旋。

ms的取值只有兩個(gè)，+1/2和－1/2。電子的自旋方式只有兩種，通常用“”和“”表示。ms為自旋量子數(shù)。所以，描述一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，要用四個(gè)量子數(shù)：n，l

，m，ms

同一原子中，沒有四個(gè)量子數(shù)完全相同的兩個(gè)電子存在。當(dāng)前25頁，總共80頁。例２用四個(gè)量子數(shù)描述n=4，l=3的所有電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。解：l=3對(duì)應(yīng)的有m=0，1，2，3，共7個(gè)值。即有7條軌道。每條軌道中容納兩個(gè)自旋量子數(shù)分別為+1/2和－1/2的自旋方向相反的電子，所以有27=14個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子。分別用n，l

，m，ms

描述如下：

n，l

，m，ms4301/243－11/24311/243－21/24321/243－31/24331/2

n，l

，m，ms430－1/243－1－1/2431－1/243－2－1/2432－1/243－3－1/2433－1/2當(dāng)前26頁，總共80頁。（4）核外電子排布和元素周期律對(duì)于單電子體系，其能量為即單電子體系中，軌道(或軌道上的電子)的能量，只由主量子數(shù)n決定。

n相同的軌道，能量相同：E4s=E4p=E4d=E4f……而且n越大能量越高：E1s<E2s<E3s<E4s……

多電子體系中，電子不僅受到原子核的作用，而且受到其余電子的作用。故能量關(guān)系復(fù)雜。所以多電子體系中，能量不只由主量子數(shù)n決定。當(dāng)前27頁，總共80頁。（1）原子軌道近似能級(jí)圖

Pauling根據(jù)大量光譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算，提出了多電子原子的原子軌道近似能級(jí)圖。第一組1s

第二組2s2p

第三組3s3p

第四組4s3d4p

第五組5s4d5p

第六組6s4f5d6p

第七組7s5f6d7p其中除第一能級(jí)組只有一個(gè)能級(jí)外，其余各能級(jí)組均以ns開始，以np結(jié)束。所有的原子軌道，共分成七個(gè)能級(jí)組多電子原子的能級(jí)當(dāng)前28頁，總共80頁。能量1s2s2p3s3p4s4p3d5s5p4d6s6p5d4f7s7p6d5f組內(nèi)能級(jí)間能量差小能級(jí)組間能量差大每個(gè)代表一個(gè)原子軌道

p三重簡并d五重簡并f七重簡并當(dāng)前29頁，總共80頁。

屏蔽效應(yīng)如何解釋1s<2s<3s<4s<5s……2p<3p<4p<5p……3d<4d<5d……4f<5f……等能量次序？當(dāng)前30頁，總共80頁。

屏蔽效應(yīng)以Li原子為例說明這個(gè)問題：研究外層的一個(gè)電子。它受到核的的引力，同時(shí)又受到內(nèi)層電子的－2的斥力。實(shí)際上受到的引力已經(jīng)不會(huì)恰好是+3，受到的斥力也不會(huì)恰好是－2，很復(fù)雜。我們把看成是一個(gè)整體，即被中和掉部分正電的的原子核。于是我們研究的對(duì)象——外層的一個(gè)電子就相當(dāng)于處在單電子體系中。中和后的核電荷Z變成了有效核電荷Z*

。當(dāng)前31頁，總共80頁。在多電子體系中，核外其它電子抵消部分核電荷，使被討論的電子受到的核的作用變小。這種作用稱為其它電子對(duì)被討論電子的屏蔽效應(yīng)。

Z*=Z－

，為屏蔽常數(shù)。于是公式，變成受到屏蔽作用的大小，對(duì)于角量子數(shù)l相同主量子數(shù)不同的軌道能量有以下遞減次序：

E1s<E2s<E3s<E4s當(dāng)前32頁，總共80頁。鉆穿效應(yīng)角量子數(shù)l不同的電子，受到的屏蔽作用的大小不同。其原因要?dú)w結(jié)到l不同的軌道徑向分布的不同上。我們知道，主量子數(shù)n相同的原子軌道，l越小時(shí)內(nèi)層幾率峰越多。3s內(nèi)層有兩個(gè)幾率峰，3p內(nèi)層有一個(gè)幾率峰，3d無內(nèi)層幾率峰。電子在內(nèi)層出現(xiàn)的幾率大，當(dāng)然受到的屏蔽要小。這相當(dāng)于電子離核近，故能量低。由于徑向分布的不同，l不同的電子鉆穿到核附近回避其它電子屏蔽的能力不同，從而使自身的能量不同。這種作用稱為鉆穿效應(yīng)。鉆穿效應(yīng)的存在，不僅直接說明了能級(jí)分裂的原因，而且還可以解釋所謂‘能級(jí)交錯(cuò)’現(xiàn)象。當(dāng)前33頁，總共80頁。

核外電子排布的原則（1）能量最低原理電子先填充能量低的軌道，后填充能量高的軌道。盡可能保持體系的能量最低。例如，氫原子只有一個(gè)電子，排布在能量最低的1s軌道上，表示為1s1，這里右上角的數(shù)字表示電子的數(shù)目。

（2）Pauli(保利)不相容原理物理學(xué)家泡利指出一個(gè)原子軌道上最多排布兩個(gè)電子，且這兩個(gè)電子必須具有不同的自旋。

按照能量最低原理和泡利不相容原理，硼原子B的電子排布是1s22s22p1。其軌道表示式如圖：

1s2s2p3s3p當(dāng)前34頁，總共80頁。

核外電子排布的原則（3）Hunt(洪特)規(guī)則電子在能量簡并的軌道中，盡量以相同自旋方式成單排布。簡并的各軌道保持一致，則體系的能量低?？梢姡樘匾?guī)則是能量最低原理的一個(gè)特例。

因此，氮原子的3個(gè)2p電子在3個(gè)在2p軌道上的排布為：

2p經(jīng)驗(yàn)的補(bǔ)充規(guī)則：簡并軌道全充滿、半充滿、全空的狀態(tài)比較穩(wěn)定。如24號(hào)元素Cr和29號(hào)元素Cu的電子排布式分別寫為：Cr：1s22s22p63s23p63d54s1Cu：1s22s22p63s23p63d104s1。當(dāng)前35頁，總共80頁。電子填入軌道的次序：當(dāng)前36頁，總共80頁。元素周期律與元素周期系——

主族與副族、主、副族同族元素從上到下的性質(zhì)變化規(guī)律；同周期元素從左到右的性質(zhì)變化規(guī)律；s、d、ds、p、f區(qū)的概念；元素在周期表中的位置與核外電子結(jié)構(gòu)（電子層數(shù)、價(jià)電子層與價(jià)電子數(shù)）；最高氧化態(tài)與族序數(shù)的關(guān)系；對(duì)角線規(guī)則；金屬性與非金屬性與周期表位置的關(guān)系。金屬與非金屬在周期表中的位置；半金屬；主、副族重要而常見元素的名稱、符號(hào)及在周期表中的位置、常見氧化態(tài)及主要形態(tài)。【2010年化學(xué)競(jìng)賽大綱

】當(dāng)前37頁，總共80頁。原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期系（1）原子的電子層結(jié)構(gòu)（2）元素周期系當(dāng)前38頁，總共80頁。（1）原子的電子層結(jié)構(gòu)1 HHydrogen 氫 1s1

*2HeHelium 氦 1s2

3LiLithium鋰 1s22s14 BeBeryllium 鈹 1s22s2

5 B Boron 硼 1s22s22p1**6 C Carbon 碳 1s22s22p27 N Nitrogen 氮 1s22s22p38 O Oxygen 氧 1s22s22p49 F Fluorine 氟 1s22s22p510 Ne Neon 氖 1s22s22p6原子序數(shù)電子軌道圖元素符號(hào)英文名稱中文名稱電子結(jié)構(gòu)式當(dāng)前39頁，總共80頁。11 Na Sodium鈉 1s22s22p63s112 Mg Magnesium鎂1s22s22p63s213 Al Aluminium鋁1s22s22p63s23p114 Si Silicon 硅1s22s22p63s23p215P Phosphorus磷1s22s22p63s23p316Si Sulfur 硫1s22s22p63s23p417 Cl Chlorine 氯1s22s22p63s23p518Ar Argon 氬1s22s22p63s23p6原子序數(shù)元素符號(hào)英文名稱中文名稱電子結(jié)構(gòu)式當(dāng)前40頁，總共80頁。

*[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

**21 Sc Scandium 鈧 [Ar]3d14s222 Ti Titanium鈦 [Ar]3d24s223 V Vanadium釩 [Ar]3d34s2

24

Cr Chromium鉻[Ar]3d54s1

25 MnManganese錳[Ar]3d54s226 Fe Iron鐵 [Ar]

3d64s227 Co Cobalt 鈷[Ar]

3d74s228 Ni Nickel 鎳 [Ar]

3d84s2

*19 K Potassium 鉀[Ar]4s120 Ca Calcium 鈣 [Ar]4s2

當(dāng)前41頁，總共80頁。

當(dāng)前42頁，總共80頁。

元素的周期周期的劃分與能級(jí)組的劃分完全一致，每個(gè)能級(jí)組都獨(dú)自對(duì)應(yīng)一個(gè)周期。共有七個(gè)能級(jí)組，所以共有七個(gè)周期。HHe1第一周期：2種元素第一能級(jí)組：2個(gè)電子1個(gè)能級(jí)1s1個(gè)軌道BeLiBCNOFNe2第二周期：8種元素第二能級(jí)組：8個(gè)電子2個(gè)能級(jí)2s2p4個(gè)軌道(2)元素周期系當(dāng)前43頁，總共80頁。MgNaAlSiPSClAr3第三周期：8種元素第三能級(jí)組：8個(gè)電子2個(gè)能級(jí)3s3p4個(gè)軌道KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr4YZrNbMoTcRhPdRuAgCdSrRbInSnSbTeIXe5第五周期：18種元素第五能級(jí)組：18個(gè)電子3個(gè)能級(jí)5s4d5p9個(gè)軌道第四周期：18種元素第四能級(jí)組：18個(gè)電子3個(gè)能級(jí)4s3d4p9個(gè)軌道當(dāng)前44頁，總共80頁。第七周期：32種元素第七能級(jí)組：32個(gè)電子4個(gè)能級(jí)7s5f6d7p16個(gè)軌道BaCs6sCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu4fLaHfTaWReIrPtOsAuHg5dTlPbBiPoAtRn6p第六周期：32種元素第六能級(jí)組：32個(gè)電子4個(gè)能級(jí)6s4f5d6p16個(gè)軌道RaFr7sThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr5fAcRfDbSgBhHsMtUunUuuUub6d7p當(dāng)前45頁，總共80頁。

元素的區(qū)和族

s區(qū)元素包括IA族，IIA族，價(jià)層電子組態(tài)為ns1~2

，屬于活潑金屬。

p區(qū)元素包括IIIA族，IVA族，VA族，VIA族，VIIA族，0族（VIIIA族），價(jià)層電子組態(tài)為ns2np1~6

，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，也稱為VIIIA族。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。當(dāng)前46頁，總共80頁。

d區(qū)元素包括IIIB族，IVB族，VB族，VIB族，VIIB族，VIII族。價(jià)層電子組態(tài)一般為(n－1)d1~8ns2

，為過渡金屬。(n－1)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族元素。

ds區(qū)元素價(jià)層電子組態(tài)為(n－1)d10ns1~2

。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)f0~14(n－1)d0~1ns2

，包括鑭系和錒系元素，稱為內(nèi)過渡元素。(n－2)f中的電子由不充滿向充滿過渡。當(dāng)前47頁，總共80頁。當(dāng)前48頁，總共80頁。（3）元素基本性質(zhì)的周期性主要討論原子半徑，電離能，電子親合能和電負(fù)性隨周期和族的變化。

原子半徑：

共價(jià)半徑同種元素的兩個(gè)原子，以兩個(gè)電子用共價(jià)單鍵相連時(shí)，核間距的一半，為共價(jià)半徑。d核間距為d，共價(jià)半徑r共=

金屬半徑金屬晶體中，金屬原子被視為剛性球體，彼此相切，其核間距的一半，為金屬半徑。當(dāng)前49頁，總共80頁。對(duì)于金屬Nar共=154pm，r金=188pmr金>r共因金屬晶體中的原子軌道無重疊。

范德華半徑單原子分子(He，Ne等)，原子間靠范德華力，即分子間作用力結(jié)合，因此無法得到共價(jià)半徑。在低溫高壓下，稀有氣體形成晶體。原子核間距的一半定義為范德華半徑。討論原子半徑的變化規(guī)律時(shí)，經(jīng)常采用共價(jià)半徑。使用范德華半徑討論原子半徑的變化規(guī)律時(shí)，顯得比共價(jià)半徑大。因?yàn)樵谙∮袣怏w形成的晶體中，原子尚未相切。當(dāng)前50頁，總共80頁。原子半徑的定義

R1范德華半徑，R2

共價(jià)半徑

當(dāng)前51頁，總共80頁。原子半徑在周期表中的變化只有當(dāng)d5，d10，f7，f14半充滿和全充滿時(shí)，層中電子的對(duì)稱性較高，這時(shí)②占主導(dǎo)地位，原子半徑

r增大。

①核電荷數(shù)Z增大，對(duì)電子吸引力增大，使得原子半徑r有減小的趨勢(shì)。②核外電子數(shù)增加，電子之間排斥力增大，使得原子半徑

r有增大的趨勢(shì)。以①為主。即同周期中從左向右原子半徑減小。

(a)同周期中從左向右，在原子序數(shù)增加的過程中，有兩個(gè)因素在影響原子半徑的變化這是一對(duì)矛盾，以哪方面為主？當(dāng)前52頁，總共80頁。短周期的主族元素，以第3周期為例MgNaAlSiPSClAr

r/pm15413611811711010499154

長周期的過渡元素，以第4周期的第一過渡系列為例ScTiVCrMnFeCoNiCuZn

Sc——Ni，8個(gè)元素，r減少了29pm。相鄰元素之間，平均減少幅度4pm許。

Na——Cl，7個(gè)元素，r減少了55pm。相鄰元素之間，平均減少幅度10pm許。

Ar為范德華半徑，所以比較大。

r/pm144132122118117117116115117125當(dāng)前53頁，總共80頁。短周期主族元素，電子填加到外層軌道，對(duì)核的正電荷中和少，有效核電荷Z*增加得多。所以r減小的幅度大。

長周期過渡元素，電子填加到次外層軌道，對(duì)核的正電荷中和多，Z*增加得少，所以r減小的幅度小。短周期主族元素原子半徑平均減少幅度10pm，長周期的過渡元素平均減少幅度4pm。造成這種不同的原因是什么？

Cu，Zn為d10

結(jié)構(gòu)，電子斥力大，所以r不但沒減小，反而有所增加。ScTiVCrMnFeCoNiCuZn

r/pm144132122118117117116115117125試設(shè)想超長周期的內(nèi)過渡元素，會(huì)是怎樣的情況。當(dāng)前54頁，總共80頁。鑭系收縮LaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu15種元素，r共減小11pm。電子填到內(nèi)層(n－2)f軌道，屏蔽系數(shù)更大，Z*增加的幅度更小。所以r減小的幅度很小。

r/pm161160158158158170158

r/pm169165164164163162185162

Eu4f76s2，f軌道半充滿，Yb4f146s2，f軌道全充滿，電子斥力的影響占主導(dǎo)地位，原子半徑變大。將15鑭系種元素，原子半徑共減小11pm這一事實(shí)，稱為鑭系收縮。當(dāng)前55頁，總共80頁。

KCaScTiVCrr/pm203174144132122118RbSrYZrNbMor/pm216191162145134130CsBaLaHfTaWr/pm235198169144134130鑭系收縮造成的影響對(duì)于鑭系元素自身的影響，使15種鑭系元素的半徑相似，性質(zhì)相近，分離困難。對(duì)于鑭后元素的影響，使得第二、第三過渡系的同族元素半徑相近，性質(zhì)相近，分離困難。

當(dāng)前56頁，總共80頁。(b)同族中同族中，從上到下，有兩種因素影響原子半徑的變化趨勢(shì)①核電荷Z增加許多，對(duì)電子吸引力增大，使r減??；②核外電子增多，增加一個(gè)電子層，使r增大。主族元素Li123pmNa154pmK203pmRb216pmCs235pmr增大在這一對(duì)矛盾中，②起主導(dǎo)作用。同族中，從上到下，原子半徑增大。當(dāng)前57頁，總共80頁。副族元素

TiVCrr/pm132122118ZrNbMo145134130HfTaW144134130第二過渡系列比第一過渡系列原子半徑r增大12－13pm。電離能第三過渡系列和第二過渡系列原子半徑

r相近或相等。這是鑭系收縮的影響結(jié)果。

1基本概念

使一個(gè)原子失去一個(gè)電子變成正離子是需要吸收能量的。

H(g)——H+(g)+eH>0吸熱這一過程相當(dāng)于1s態(tài)電子——自由電子當(dāng)前58頁，總共80頁。怎樣討論這一過程的能量變化呢？1電子伏特的能量為，一個(gè)電子(電量=1.60210－19庫侖)通過電壓為1伏特的電場(chǎng)時(shí)的電功。

W=1.602

10－19

庫侖1伏特=1.602

10－19焦耳因?yàn)镋=－13.6()2eV，所以E1s=－13.6eV，而E自由=[－13.6()2]eV1s態(tài)電子——自由電子E=E自由－E1s

因而E=0－(－13.6)=13.6(eV)于是反應(yīng)中電離出1mol電子所需的能量為：

E=1.602

10－19

13.6

6.02

1023=1312(kJ?mol－1

)當(dāng)前59頁，總共80頁。電離能的定義某元素1mol基態(tài)氣態(tài)原子，失去最高能級(jí)的1個(gè)電子，形成1mol氣態(tài)離子(M+)所吸收的能量，叫這種元素的第一電離能(用I1表示)。電離能經(jīng)常以1mol原子為單位進(jìn)行計(jì)算，所以電離能的物理學(xué)單位是kJ?mol－1

。1mol氣態(tài)離子(M+)繼續(xù)失去最高能級(jí)的1mol電子，形成1mol氣態(tài)離子(M2+)所吸收的能量則為第二電離能I2

。即M(g)——M+(g)+eH=I1

M+(g)——M2+(g)+eH=I2用類似的方法定義I3

，I4，……In。當(dāng)前60頁，總共80頁。蘇教版“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”p20教材鏈接當(dāng)前61頁，總共80頁。2第一電離能的變化規(guī)律同周期中，從左向右，核電荷Z增大，原子半徑r減小。核對(duì)電子的吸引增強(qiáng)，愈來愈不易失去電子，所以第一電離能I1

增大。(1)同周期中短周期主族元素I1/kJ?mol－1

LiBeBCNOFNe52090080110861402131416812081

B硼電子結(jié)構(gòu)為[He]2s22p1，失去2p的一個(gè)電子，達(dá)到類似于Be的2s2

全充滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。所以其I1

小于Be

。規(guī)律是從左向右第一電離能增大。但是有兩處出現(xiàn)反常。比較B和Be、O和N的第一電離能的大小關(guān)系？當(dāng)前62頁，總共80頁。

N氮電子結(jié)構(gòu)為[He]2s22p3，2p3為半充滿結(jié)構(gòu)，比較穩(wěn)定，不易失去電子。I1增大明顯。

O氧電子結(jié)構(gòu)為[He]2s22p4

，失去2p4的一個(gè)電子，即可達(dá)到2p3半充滿穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。所以I1有所降低，以至于小于氮的第一電離能。

Ne氖電子結(jié)構(gòu)為[He]2s22p6

，為全充滿結(jié)構(gòu)，不易失去電子，所以其電離能在同周期中最大。長周期副族元素I1/kJ?mol－1

ScTiVCrMnFeCoNiCuZn

631658650653717759758737746906總趨勢(shì)上看，長周期副族元素的電離能隨Z的增加而增加，但增加的幅度較主族元素小些。當(dāng)前63頁，總共80頁。

Zn的電子結(jié)構(gòu)為[Ar]3d104s2，屬于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，不易失去電子，所以Zn的I1比較大。原因是副族元素的原子半徑減小的幅度較主族元素小。內(nèi)過渡元素第一電離能增加的幅度更小，且規(guī)律性更差。(2)同族中同族中自上而下，有互相矛盾的兩種因素影響電離能變化。

①核電荷數(shù)Z增大，核對(duì)電子吸引力增大。I—增大；②電子層增加，原子半徑增大，電子離核遠(yuǎn)，核對(duì)電子吸引力減小。I—減小。這對(duì)矛盾中，以②為主導(dǎo)。所以，同族中自上而下，元素的電離能減小。當(dāng)前64頁，總共80頁。副族元素的電離能第二過渡系列明顯小于第三過渡系列。原因是第二、三過渡系的半徑相近，但第三過渡系列的核電荷數(shù)要比第二過渡系列大得多。主族I1/kJ?mol－1

Be900Mg738Ca590Sr550Ba503I變小

TiVCrMnFeCoNiCuZnI1/kJ?mol

-1658650653717759758737746906ZrNbMoTcRuRhPdAgCdI1/kJ?mol

-1660664685702711720805731868HfTaWReOsIrPtAuHgI1/kJ?mol

-16547617707608408808708901007當(dāng)前65頁，總共80頁。1概念1mol某元素的基態(tài)氣態(tài)原子，得到1mol電子，形成氣態(tài)負(fù)離子(M－

)時(shí)所放出的能量，叫該元素的第一電子親合能。用E1表示。同樣有E2

，E3

，E4……等。例如F(g)+e=F－(g)H=－322kJ?mol－1

，則E1=－H=322kJ?mol－1

電子親合能2第一電子親合能在周期表中的變化若原子的核電荷Z大，原子半徑r小，核對(duì)電子引力大，結(jié)合電子后釋放的能量多，于是電子親合能E大。測(cè)得的電子親合能數(shù)據(jù)不全，有些是計(jì)算出來的。必須注意的是，電子親合能定義為形成負(fù)離子時(shí)所放出的能量，所以電子親合能E的符號(hào)與過程的H的符號(hào)相反。當(dāng)前66頁，總共80頁。因?yàn)镹的電子結(jié)構(gòu)為[He]2s22p3，2p軌道半充滿，比較穩(wěn)定。故N原子不易得電子，如果得到電子，非但不釋放能量，反而要吸收能量。所以E為負(fù)值。從上到下電子親合能逐漸變小，但F元素反常。因?yàn)镕的原子半徑非常小，電子云密度大，排斥外來電子，不易與之結(jié)合，所以E反而比較小。同主族

F322Cl348.7Br324.5I295

E

kJ?mol－1出于同種原因，O元素比同族的S元素和Se元素的電子親合能小。同周期BCNOFE/kJ?mol

－123122(－58)141322

從左向右，電子親合能E增大，其中氮元素的(－58)是計(jì)算值。當(dāng)前67頁，總共80頁。既然F的電子親合能比Cl的電子親合能小，為何F2

反而比Cl2活潑呢?注意，這是F2

與Cl2

兩種物質(zhì)的化學(xué)活性的比較，或者說是分子活潑性的比較，而不是原子活潑性的比較。首先看分子的離解能1/2F2(g)——F(g)H1=154.8kJ?mol－11/2Cl2(g)——Cl(g)H2=239.7kJ?mol

－1

再看電子親合能

F(g)+e——F－(g)H3=－322kJ?mol

－1Cl(g)+e——Cl－(g)H4=－348.7kJ?mol

－11/2F2(g)——F(g)——F－(g)H5=H1+

H3當(dāng)前68頁，總共80頁。綜合考慮分子的離解能，元素的電子親合能，結(jié)果H5<

H6，即氟的反應(yīng)比氯的相應(yīng)反應(yīng)釋放的能量多。所以，F(xiàn)2比Cl2更活潑。1/2Cl2(g)——Cl(g)——Cl－(g)H6=H2+

H4

=239.7+(－348.7)=－109（kJ?mol

）H5=154.8+(－322)=－167.2（kJ?mol

）當(dāng)前69頁，總共80頁。元素的電負(fù)性電離能I，表示元素的原子失去電子，形成正離子的能力的大??；電子親合能E，表示元素的原子得到電子，形成負(fù)離子的能力的大小。為什么不用電離能衡量原子吸引成鍵電子的能力而用電負(fù)性？二者有何差異？當(dāng)前70頁，總共80頁。1932年，Pauling提出了電負(fù)性的概念電負(fù)性表示一個(gè)元素的原子在分子中吸引電子的能力。并規(guī)定氟的電負(fù)性約為4.0，其它元素與氟相比，得出相應(yīng)數(shù)據(jù)。而在許多反應(yīng)中，并非單純的電子得失，單純的形成離子。而是電荷的部分轉(zhuǎn)移，或者說是電子的偏移。因而應(yīng)該有一個(gè)量，綜合考慮電離能和電子親合能，可以表示分子中原子拉電子的能力的大小。用它來正確判斷元素在化學(xué)反應(yīng)中的行為。

LiBeBCNOFX0.981.572.042.153.043.443.98Cl3.16Br2.96I2.66同周期中，自左向右，電負(fù)性變大，元素的非金屬性增強(qiáng)。同族中，自上而下，電負(fù)性變小，元素的金屬性增強(qiáng)。當(dāng)前71頁，總共80頁。一般認(rèn)為X<2.0為金屬，X>2.0為非金屬。周期表中，右上角的F元素電負(fù)性最大，左下角的Cs元素電負(fù)性最小當(dāng)前72頁，總共80頁。樣題分析1.試寫出下列物種的電子排布式（1）13Al3+

（2）17Cl－（3）24Cr（4）47Ag13Al3+1s22s22p6或[He]2s22p617Cl－1s22s22p63