物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)-原子核外電子的排布與元素周期律（應(yīng)用化學(xué)課件）

核外電子排布規(guī)則

核外電子排布原則1、能量最低原理自然界任何體系總是能量越低，狀態(tài)越穩(wěn)定，這個(gè)規(guī)律稱為能量最低原理。原子核外電子排布中，隨著原子序數(shù)的遞增，電子總是盡先進(jìn)入能量最低的能級(jí)（亞層），以使原子處于能量最低狀態(tài)。電子填入各亞層的順序2、泡利（Pauli）不相容原理在同一原子中，不可能有四個(gè)量子數(shù)完全相同的電子存在。即每一個(gè)軌道內(nèi)最多只能容納兩個(gè)自旋方向相反的電子。例如：由此可知，每一電子層上最多的原子軌道數(shù)為n2的情況下，電子的最大容量為2n2。例如在第三電子層（n＝3）中，最多的原子軌道數(shù)為9，電子的最大容量為18。根據(jù)光譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果，歸納出：等價(jià)軌道在全充滿、半充滿或全空的狀態(tài)是比較穩(wěn)定的，即p6或d10或f14

全充滿p3或d5或f7

半充滿p0或d0或f0

全

空例如鉻和銅原子核外電子的分布：24Cr不是1s22s22p63s23p63d44s2而是1s22s22p63s23p63d54s1。3d5為半充滿29Cu

不是1s22s22p63s23p63d94s2

而是1s22s22p63s23p63d104s1。3d10為全充滿小結(jié)：核外電子排布原則1、能量最低原理2、泡利不相容原理3、洪特規(guī)則基態(tài)原子中電子的分布

基態(tài)原子中電子的排布1、核外電子排布根據(jù)原子軌道近似能級(jí)圖，和核外電子排布的規(guī)則，可以寫出元素原子的核外電子排布式。7N1s22s22p3有能級(jí)交錯(cuò)的情況，較為復(fù)雜一些24Cr1s22s22p63s23p64s23d4

24Cr1s22s22p63s23p64s13d5

24Cr1s22s22p63s23p63d54s1

原子實(shí)所謂原子實(shí)是指某原子的內(nèi)層電子分布與相應(yīng)的稀有氣體原子的電子分布相同的那部分實(shí)體。24Cr1s22s22p63s23p63d54s1

簡(jiǎn)寫為：24Cr:[Ar]3d54s129Cu1s22s22p63s23p63d104s1

簡(jiǎn)寫為：29Cu:[Ar]3d104s1周期

原子序數(shù)

元素符號(hào)

元素名稱

電

子

層KLMNOPQ1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5f6s6p6d7s112HHe氫氦12

2345678910LiBeBCNOFNe鋰鈹硼碳氮氧氟氖2222222212212223242526

2.部分基態(tài)原子的電子排布31112131415161718NaMgAlSiPSClAr鈉鎂鋁硅磷硫氯氬22222222262626262626262612212223242526

3.價(jià)電子構(gòu)型表示原子核外最高能級(jí)組的電子排布，叫做價(jià)電子構(gòu)型或外圍電子構(gòu)型。所謂價(jià)電子，就是原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)參與形成化學(xué)鍵的電子，價(jià)電子的電子排布稱價(jià)電子構(gòu)型。元素核外電子分布最外層電子構(gòu)型價(jià)電子構(gòu)型Na[Ne]3s13s13s1Cl[Ne]3s23p53s23p53s23p5Cr[Ar]3d54s14s13d54s1

電子構(gòu)型示例小結(jié)：基態(tài)原子中電子的排布1、核外電子排布原子實(shí)2.部分基態(tài)原子的電子排布3.價(jià)電子和價(jià)電子構(gòu)型價(jià)電子構(gòu)型和元素的分區(qū)

價(jià)電子構(gòu)型和元素的分區(qū)

s區(qū)元素(ns1-2)：ⅠＡ，ⅡＡ族元素

p區(qū)元素(ns2np1-6)：ⅢＡ──ⅧＡ族元素

d區(qū)元素((n-1)d1-8ns1-2)：ⅢＢ──ⅧＢ族元素

ds區(qū)元素((n-1)d10ns1-2)：ⅠＢ，ⅡＢ族元素

f區(qū)元素(n-2)f1-14(n-1)d0-1ns2

：鑭系和錒系元素原子的電子層結(jié)構(gòu)與元素周期表之間有著密切的關(guān)系知道元素的原子序數(shù)，便可寫出該元素原子的電子層結(jié)構(gòu)，從而判斷其所在的周期、族和區(qū)。反之，如果已知某元素所在的周期、族和區(qū)，也能推知它的原子序數(shù)，從而寫出該元素原子的電子層結(jié)構(gòu)。例1

已知某副族元素原子M，最后一個(gè)電子填入3d軌道，族數(shù)＝3，請(qǐng)寫出該元素元素符號(hào)和原子核外電子排布式。

價(jià)電子構(gòu)型：3d14s2原子核外電子排布式1s22s22p63s23p63d14s221號(hào)元素Sc周期數(shù)＝電子層數(shù)=4分析：最后一個(gè)電子填入次外層3d亞層，為副族元素，最外層為4s亞層，4s亞層電子數(shù)＝2族數(shù)＝(最外層4s+次外層3d)電子數(shù)＝3則d電子數(shù)=3-2=1例2

已知某元素在周期表中位于第四周期ⅦB族，試寫出該元素的核外電子排布式、名稱和符號(hào)。解：根據(jù)該元素位于第四周期，其核外電子排布最后一個(gè)電子填充在第四能級(jí)組。它位于ⅦB族，族數(shù)應(yīng)等于它的價(jià)電子數(shù)，價(jià)電子構(gòu)型為3d54s2。該元素原子的核外電子排布式為1s22s22p63s23p63d54s2，元素為25號(hào)元素錳（

Mn）。小結(jié)：1、價(jià)電子構(gòu)型和元素的分區(qū)2、根據(jù)元素的原子序數(shù)，判斷其所在的周期、族和區(qū)。相反，知道元素所在的周期和族可以推斷出元素符號(hào)。

元素周期律：周期與能級(jí)組

隨著核電荷數(shù)遞增，電子的每一次填入從ns能級(jí)的軌道開始到填滿np能級(jí)的軌道結(jié)束，這樣，就建立了一個(gè)又一個(gè)周期。周期:ns開始→np結(jié)束同周期元素的數(shù)目第一周期：1s 2

第二周期：2s，2p 8

第三周期：3s，3p 8

第四周期：4s，3d，4p 18

第五周期：5s，4d，5p 18

第六周期：6s，4f，5d，6p 32

第七周期：7s，5f，6d，... ?

周期：堿金屬開始→稀有氣體結(jié)束（第一周期除外）元素周期律元素周期律是原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)周期性變化的反映元素周期律的圖表形式稱為元素周期表元素及其所形成的單質(zhì)和化合物的性質(zhì)，隨著元素原子序數(shù)（核電荷數(shù)）的遞增，呈現(xiàn)周期性的變化。這一規(guī)律稱為元素周期律。1869年門捷列夫首先提出元素周期律1.周期與能級(jí)組元素劃分為周期的本質(zhì)是能級(jí)組的劃分，以七個(gè)能級(jí)組為依據(jù)，在周期表中將元素劃分為七個(gè)周期，橫向排列基態(tài)原子最后一個(gè)電子填入的最高能級(jí)組序數(shù)周期數(shù)=最高能級(jí)組序數(shù)如:35Br[Ar]3d104s24p5

第四周期

47Ag

[Kr]4d105s1

第五周期

顯然：各周期內(nèi)所含的元素種數(shù)與相應(yīng)能級(jí)組內(nèi)軌道所能容納的電子數(shù)相等。如何確定元素在周期表中的周期數(shù)?周期周期名稱起始元素終止元素元素種類1特短周期1H2He22短周期3Li10Ne83短周期11Na18Ar84長(zhǎng)周期19K36Kr185長(zhǎng)周期37Rb54Xe186特長(zhǎng)周期55Cs86Rn327未完成周期87Fr——周期的劃分及其名稱總結(jié)：1、主量子數(shù)n每增加一個(gè)數(shù)值，就增加一個(gè)能級(jí)組，也增加一個(gè)新的周期。2、每一周期總是從活潑的堿金屬開始（第一周期例外），過(guò)渡到稀有氣體為止。3、每一周期最后一個(gè)元素是稀有氣體元素，相應(yīng)各軌道上的電子都已充滿，是一種最穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu)。周期能級(jí)組原子序數(shù)能級(jí)組內(nèi)各亞層電子填充順序電子填充數(shù)元素種類1Ⅰ21s1～2222Ⅱ3～102s1～2…2p1～6883Ⅲ11～183s1～2…3p1～6884Ⅳ19～364s1～2…3d1～10…4p1～618185Ⅴ37～545s1～2…4d1～10…5p1～618186Ⅵ55～866s1～2…4f1～14…5d1～10…6p1～632327Ⅶ87～未完7s1～2…5f1～14…6d1～7未完未填滿

能級(jí)組與周期的關(guān)系鑭系元素和錒系元素

第6周期中第三個(gè)元素鑭的后面從鈰到镥（原子序數(shù)由58～71），新增電子基本填入4f亞層，這14個(gè)元素性質(zhì)與鑭非常相似，在周期表中放在同一位置上，稱鑭系元素。由于同一位置不便排列15個(gè)元素，所以另列在周期表的下面。錒系元素也作同樣安排。

小結(jié)：1、元素周期律2、周期的劃分及其名稱3、能級(jí)組與周期的關(guān)系

元素周期律：族與價(jià)電子構(gòu)型族與價(jià)電子構(gòu)型族的劃分以價(jià)電子構(gòu)型為依據(jù)。主族元素，其價(jià)電子構(gòu)型=最外層電子構(gòu)型ns1~2，ns2np1~6；副族元素，其價(jià)電子不僅包括最外層的s電子，還包括（n–1）d亞層，甚至（n–2）f亞層的電子。ⅠA0一11s1ⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA21s2二345678910三1112ⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡB131415161718四192021222324252627282930313233343536五373839404142434445464748495051525354六555671727374757677787980818283848586ns1~2

(n-1)d1~9ns1~2

ns2np1~6(n-1)d10ns1~2主族元素的族數(shù)＝價(jià)電子層的電子數(shù)目=最外電子層的電子數(shù)(ns+np)

副族元素的族數(shù)＝ns電子數(shù)＋(n-1)d電子數(shù)（ⅠB,ⅡB族和Ⅷ族例外）同族元素的外層電子構(gòu)型相似，化學(xué)性質(zhì)也相似。如何確定元素在周期表中的族數(shù)?ⅧA族為稀有氣體，它們的最外電子層已填滿，成為8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（He只有2個(gè)電子）。它們的化學(xué)性質(zhì)不活潑，又稱為惰性氣體或者零族元素。

凡原子核外最后一個(gè)電子填入ns或np亞層上的，都是主族元素。

價(jià)電子總數(shù)=族數(shù)。1、主族元素例如，元素9F，核外電子排布是1s22s22p5，電子最后填入2p亞層，價(jià)電子構(gòu)型為2s22p5，故為主族元素，價(jià)電子總數(shù)為7，所以是ⅦA族。2.副族元素凡原子核外最后一個(gè)電子填入（n–1）d或（n–2）f亞層上的，都是副族元素（過(guò)渡元素），鑭系元素、錒系元素稱內(nèi)過(guò)渡元素。族數(shù)：ⅢB～ⅦB副族元素的族數(shù)等于原子的價(jià)電子總數(shù)。ⅠB、ⅡB族元素由于其（n–1）d亞層已填滿，所以最外層上電子數(shù)等于其族數(shù)。例如，元素25Mn，1s22s22p63s23p64s23d5，價(jià)電子構(gòu)型3d54s2，故為ⅦB族。元素29Cu，1s22s22p63s23p64s1