第一章物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)（第一部分）

2024/4/12教師:王志飛（化學(xué)化工學(xué)院）Email:zfwang@Tel程化學(xué)導(dǎo)論2024/4/12個(gè)人簡介個(gè)人學(xué)習(xí)與工作:研究領(lǐng)域:2009-現(xiàn)在:副教授、碩導(dǎo)2009-2011:博后、法國居里研究所2003-2006:博士、東南大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院催化、納米材料、生物分析2024/4/12教學(xué)大綱的要求理論課:32學(xué)時(shí),2學(xué)分實(shí)驗(yàn)課:16學(xué)時(shí),0.5學(xué)分考核方式:總評成績=平時(shí)作業(yè)+實(shí)驗(yàn)成績+期末成績+小論文平時(shí)作業(yè):10%,實(shí)驗(yàn)20%,小論文10%,期末成績,60%教學(xué)內(nèi)容:2024/4/12歷史變革（建材）土木工程學(xué)院:建筑材料與制品教研室材料科學(xué)與工程學(xué)院1992年（孫偉院士）2024/4/12化學(xué)的定義?什么是“工程化學(xué)導(dǎo)論”?怎樣學(xué)習(xí)”工程化學(xué)導(dǎo)論”?緒論2024/4/12

化學(xué)：從原子和分子等原子結(jié)合態(tài)單元來研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律的科學(xué)化學(xué)是什么？2024/4/12化學(xué)發(fā)展對象3M手段3Mmolecularmaterialmattermakemeasuremodel2024/4/12化學(xué)無機(jī)化學(xué)物理化學(xué)分析化學(xué)有機(jī)化學(xué)大分子化學(xué)染料化學(xué)其他生物化學(xué)環(huán)境化學(xué)食品化學(xué)農(nóng)業(yè)化學(xué)量子化學(xué)生物無機(jī)化學(xué)醫(yī)學(xué)化學(xué)藥物化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)2024/4/12化學(xué)組成原子排列性質(zhì)材料的選擇F(設(shè)計(jì)、構(gòu)造)工藝Performance(工程系統(tǒng))2024/4/12工程技術(shù)的跨世紀(jì)發(fā)展的特征:

(1)工業(yè)文明從機(jī)器時(shí)代轉(zhuǎn)入信息時(shí)代

(2)人類將追求更干凈的環(huán)境和更清潔的能源(3)人類將對防災(zāi)、減災(zāi)和改善事故安全提出更高要求

(4)高新技術(shù)材料和仿真材料將大量出現(xiàn)，集傳感功能和驅(qū)動(dòng)功能為一身的智能型結(jié)構(gòu)材料將進(jìn)入各種用途(5)航空與航天工程將呈持續(xù)發(fā)展勢頭.

(6)航空生物醫(yī)學(xué)工程和生命系統(tǒng)仿真技術(shù)將由定性的功能開發(fā)階段轉(zhuǎn)向定量的分析、實(shí)驗(yàn)和模擬階段。

2024/4/122024/4/12什么是“工程化學(xué)導(dǎo)論”特點(diǎn)：化學(xué)原理為經(jīng)線，以化學(xué)在材料、信息、能源、環(huán)境及生命等領(lǐng)域中的應(yīng)用為緯線。內(nèi)容:(1)工程化學(xué)理論部分:

化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)速率、離子平衡與物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

（2）工程化學(xué)應(yīng)用部分：將結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)選擇，以講座形式進(jìn)行。

材料化學(xué)、能源化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、資源化學(xué)及生物

2024/4/12怎樣學(xué)習(xí)“工程化學(xué)導(dǎo)論”特點(diǎn)：不求化學(xué)學(xué)科體系的完整與工程實(shí)例工藝過程的完美。只求從討論物質(zhì)的化學(xué)概念與光、電、磁等現(xiàn)象來探討他們在工程技術(shù)中的應(yīng)用。方法：理解加記憶2024/4/12第一章物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)2024/4/12本章內(nèi)容介紹：

核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及特性

氫原子的波函數(shù)

多電子原子的原子結(jié)構(gòu)原子的電子組態(tài)與元素周期表2024/4/12教學(xué)要求掌握四個(gè)量子數(shù)的取值限制和它們的物理意義，量子數(shù)組合和軌道數(shù)的關(guān)系；原子軌道、電子云的角度分布；基態(tài)原子核外電子排布遵守的三條規(guī)律。熟悉原子軌道和概率密度的觀念；熟悉原子軌道的角度分布圖、徑向分布函數(shù)圖的意義和特征；熟悉電子組態(tài)與元素周期表的關(guān)系，有效核電荷、原子半徑及電負(fù)性變化規(guī)律。了解電子的波粒二象性，測不準(zhǔn)原理；電子云的徑向分布；元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律等；2024/4/12原子結(jié)構(gòu)回顧道爾頓的原子論要點(diǎn)（1803年）：（1）化學(xué)元素由不可分的微粒—原子構(gòu)成；（2）同種元素的原子性質(zhì)和質(zhì)量都相同；（3）不同元素化合時(shí)，原子以簡單整數(shù)比結(jié)合；湯姆生1897年電子盧瑟福1919年質(zhì)子查得威克1932年中子2024/4/12盧瑟福(E·Rutherford)的原子核型結(jié)構(gòu)1911年Rutherford和助手HansGeiger通過α粒子（He2+）散射實(shí)驗(yàn)證明了原子核的存在，提出了核型原子模型。2024/4/12

所有原子都有一個(gè)核即原子核(nucleus)

核的體積只占整個(gè)原子體積極小的一部分原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在核上電子像行星繞著太陽那樣繞核運(yùn)動(dòng).

核型原子模型的要點(diǎn)：根據(jù)經(jīng)典力學(xué)得出的結(jié)論：

原子會毀滅；原子發(fā)射光的光譜應(yīng)為連續(xù)光譜。

都與現(xiàn)實(shí)形成了很大的矛盾2024/4/12前期工作理論基礎(chǔ)：普朗克的量子論

能量是一份一份不連續(xù)的能量最小的單位是量子物質(zhì)吸收和發(fā)射的能量總是量子的整數(shù)倍

ThePlanckequation：ν：電磁波的頻率h：普朗克常數(shù)h=6.626×10-34J·s

普朗克提出了當(dāng)時(shí)物理學(xué)界一種全新的概念,但它只涉及光作用于物體時(shí)能量的傳遞過程(即吸收或釋出)。2024/4/12Einstein的光子學(xué)說光是電磁波的一種，具有波粒二相性一束光是由具有粒子特征的光子所組成每一個(gè)光子的能量與光的頻率成正比

1905年,愛因斯坦(EinsteinA)成功地將能量量子化概念擴(kuò)展到光本身,解釋了光電效應(yīng)(photoelectriceffect)。2024/4/121.1.1原子結(jié)構(gòu)的近代概念H太陽光

2024/4/12最高能量軌道吸收能量，躍遷。放出能量，回到基態(tài)。一、波爾理論：2024/4/12(4)

從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)釋放光能核外電子只能在有確定半徑和能量的軌道上

運(yùn)動(dòng),且

不輻射能量----定態(tài);(3)

離核最近的軌道能量最低，為基態(tài)。離核

越遠(yuǎn)能量

越高------激發(fā)態(tài)。原子從外界吸收能量可從基態(tài)躍

入到激發(fā)態(tài)。理論要點(diǎn)：

(2)電子在這些軌道運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量量子化2024/4/122024/4/12(n2>n1)2024/4/12Moseley’sLaw2024/4/12

波爾理論成功地揭示了原子的發(fā)光現(xiàn)象、氫原子光譜的規(guī)律。但他的原子模型卻失敗了。

在精密分光鏡下發(fā)現(xiàn)每一條譜線均分裂為幾條靠得很近的譜線。在磁場內(nèi)，各譜線還可以分裂為幾條譜線－－譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)。波爾理論無法解釋。主要原因是：波爾理論是將量子化的條件建立在經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)上，量子化不徹底，因此不能完全反映微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2024/4/12二、電子的波粒二象性實(shí)物粒子波－－－－德布羅意波實(shí)物粒子的波粒二象性：1924年：德布羅意受到光的波粒二象性的啟示大膽的提出了實(shí)物粒子具有波粒二象性：2024/4/12

1927年，Davissson和Germer應(yīng)用Ni晶體進(jìn)行電子衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)電子具有波動(dòng)性。若電子運(yùn)動(dòng)速度v＝1.5*108m.s-1

電子質(zhì)量m=9.11*10-31kg普朗克常數(shù)h=6.626*10-34J.s即λ＝4.85nm2024/4/12

1926年，Heisenberg提出了著名的測不準(zhǔn)原理：位置的不確定程度Δx和動(dòng)量的不確定程度ΔP之間有：

即具有波粒二相性的微觀粒子和宏觀物體具有完全不同的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，不能同時(shí)確定它們的坐標(biāo)和動(dòng)量。三、海森堡測不準(zhǔn)原理2024/4/121.1.2單電子原子（氫原子）的波函數(shù)1.

波函數(shù)ψ與原子軌道、電子云：（1）波函數(shù)ψ與原子軌道：

1926年奧地利物理學(xué)家薛定諤建立了一個(gè)描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的波動(dòng)方程，稱為薛定諤方程：m－－－粒子質(zhì)量E－－－粒子總能量V－－－勢能x,y,z－－－粒子的空間坐標(biāo)ψ－－－描述粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的波函數(shù)2024/4/12★Ψ(x、y、z)

：是描述核外電子在空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)函數(shù)，一定的波函數(shù)表示一種電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，習(xí)慣上把波函數(shù)叫做原子軌道。

★求解薛定諤方程,就是求得波函數(shù)ψ和能量E

;★解得的ψ不是具體的數(shù)值,而是包括三個(gè)常(n,l,m)和三個(gè)變量(r,θ,φ)的函數(shù)式Ψn,l,m(r,θ,φ);數(shù)★有合理解的函數(shù)式叫做波函數(shù)(Wavefunctions)。軌道能量的量子化不需在建立數(shù)學(xué)關(guān)系式時(shí)事先假定。

波函數(shù)

=薛定諤方程的合理解

=原子軌道

2024/4/12附件：2024/4/122024/4/12的物理意義：

空間某一點(diǎn)電子出現(xiàn)的概率密度

空間單位微體積內(nèi)出現(xiàn)的幾率2024/4/12

當(dāng)n=1、m=0、l=0時(shí),代表了ψ(1、0、0)，表示1s原子軌道例：D(r)：=4πr2dr2024/4/122）電子云與幾率密度：

具有波粒二象性的電子并不象宏觀物體那樣沿固定軌道運(yùn)動(dòng)。因此我們不可能同時(shí)準(zhǔn)確的測定一個(gè)核外電子在某一瞬間所處的位置和運(yùn)動(dòng)速度，但我們可以用統(tǒng)計(jì)的方法來判斷電子在核外空間某一區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)機(jī)會的多少——幾率2024/4/12電子云定義：

從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度出發(fā)，形象的用小黑點(diǎn)的疏密程度來表示電子在原子核外空間出現(xiàn)的幾率，小黑點(diǎn)越密，電子出現(xiàn)幾率越大，反之則越小。就象一團(tuán)帶負(fù)電的云把原子核包圍起來。幾率：電子在核外空間出現(xiàn)的機(jī)會。幾率密度:電子在核外單位體積內(nèi)出現(xiàn)的幾率.∴幾率=幾率密度×體積2024/4/12所以用電子云也可以表示電子在核外空間的幾率密度，小黑點(diǎn)密則電子出現(xiàn)的幾率密度大。即電子云是幾率密度的圖象，處于不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子ψ不同，所以不同，∴電子云圖形也不同。=幾率密度=電子云圖。2024/4/122024/4/122024/4/122.四個(gè)量子數(shù)

n，l，m，ms四個(gè)量子數(shù)，前三個(gè)是解薛定諤方程所引入的量子化條件，而最后一個(gè)ms是描述電子自旋特征的量子數(shù)。處于不同狀態(tài)的電子都可以用四個(gè)量子數(shù)來表征，或者說四個(gè)量子數(shù)可以確定核外的任意一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。2024/4/124-2-5量子數(shù)主量子數(shù)(n)表示原子軌道或電子云離核距離和能級高低

n=1、2、3、4、5…..∞

正整數(shù)

n12345電子層第一層第二層第三層第四層第五層電子層符號KLMNOn值越小，該電子層離核越近，能級越低。2024/4/12副量子數(shù)(ι)表示原子軌道或電子云的形狀

ι=0、1、2、3…..(n-1)

的正整數(shù)

ι０１２３４電子亞層符號spdfg同一電子層,ι值越小,該電子亞層能級越低。n１２３４ι０010120123符號1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f2024/4/12磁量子數(shù)(m)表示原子軌跡或電子云在空間的伸展方向m值：-ι

、0、+ι

的正整數(shù),共(2l+1)個(gè)ι０１２m0-1、0、+１-2、-1、0、+1、+2原子軌道符號spy、px、pzdxy、dyz、dz2、dxz、dx2-y2同一亞層內(nèi)的各原子軌道,在沒有外加磁場下,能量是相等的,稱等價(jià)軌道

(簡并軌道)。2024/4/12自旋量子數(shù)(ms)描述原子中每個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)必須用四個(gè)量子數(shù)：

即主量子數(shù)(n)：電子所處的電子層副量子數(shù)(l)：電子所處的電子亞層及原子軌道、電子云的形狀磁量子數(shù)(m)：軌道在空間的伸展方向自旋量子數(shù)(ms)：電子自旋方向描述電子的自旋狀態(tài)ms值：+、－順時(shí)針方向或逆時(shí)針方向2121如n=2、ι=1、m=-1、ms=+

則可知是第二電子層、p亞層、２px軌道、自旋方向?yàn)椋碾娮印?2122024/4/12nιm軌道數(shù)電子數(shù)(2n2)K1s00１122L2s0０１428p10、

±1３6M3s00１9218p10、

±1３6d20、±1、±2５10N4s00１16232p10、±1３6d20、±1、±2５10f3-0、±1、±2、±3７142024/4/12(3)原子軌道的ψ的角度分布

對于由3個(gè)變量決定的波函數(shù)，在空間難以畫出其圖形，可以從角度部分和徑向部分來分別討論。2024/4/12Ψn、l、m(r,θ,φ)=

Rn、l(r)·Yl、m(θ,φ)Rn、l(r)稱為徑向波函數(shù)，它是電子與核的距離r的函數(shù)，與n和l有關(guān)。Yl、m(θ,φ)稱為角度波函數(shù)，它是方位角θ和φ的函數(shù)，與l和m有關(guān)，表達(dá)電子在核外空間的取向。2024/4/12a.徑向分布數(shù)圖：考慮電子在半徑為r+dr的球殼層內(nèi)出現(xiàn)的幾率D(r)：=4лr2dr

2024/4/122024/4/12從徑向分布函數(shù)圖可以看出：（1）在基態(tài)氫原子中電子概率的極大值在r＝a0（52.9pm）處，a0稱為玻爾半徑。（2）核附近概率密度雖大，但r極小，體積幾乎為零，概率也小得為零。（3）徑向分布函數(shù)圖有(n-l)個(gè)峰。n一定時(shí)，l越小，峰越多，電子在核附近出現(xiàn)的可能性越大。例如，4s的第一個(gè)峰甚至鉆到比3d的主峰離核更近的距離之內(nèi)去了。外層電子也可以在內(nèi)層出現(xiàn)，這也反映了電子的波動(dòng)性。2024/4/12b、角度分布圖：角度波函數(shù)的圖形，描繪Yl,m(θ,φ)值隨方位角改變而變化的情況。

軌道Rn，l(r)

Yl,m(θ,φ)能量/J1sA1e-Br√1/4π-2.18×10-182sA2(2-Br)e-Br/2√1/4π-2.18×10-18/222pz2px2pyA3re-Br/2√3/4πcosθ√3/4πsinθcosφ√3/4πsinθsinφ氫原子的一些波函數(shù)2024/4/12s軌道的角度波函數(shù)是常數(shù)。離原子核(原點(diǎn))距離相同的點(diǎn)函數(shù)值處處相等(a)，這些點(diǎn)形成球面，球面所在球體就是s軌道圖形(b)。概率密度的角度部分Y2l,m圖形也是一個(gè)球形(c)。abc2024/4/12p軌道的角度波函數(shù)的值隨θ和φ的改變而改變，如pz，

Ypz=

cosθ。據(jù)cosθ值繪出雙波瓣圖形。每波瓣為一球體，沿z軸伸展。在xy平面上下，波函數(shù)值相反，平面上為零，此平面稱為節(jié)面。θ0°30°60°90°120°150°180°Ypz0.4890.4230.2440-0.244-0.423-0.4892024/4/12右圖a是三個(gè)p軌道的角度分布圖，b是電子云的角度部分。電子云圖形比相應(yīng)的角度波函數(shù)圖形瘦；電子云圖形兩個(gè)波瓣不再有代數(shù)符號的區(qū)別。ab2024/4/12d軌道有兩個(gè)節(jié)面，橄欖形波瓣。dz2負(fù)波瓣呈環(huán)，但和其它d軌道等價(jià)。dxy、dxz和dyz波瓣在45o坐標(biāo)軸夾角伸展，dx2-y2和dz2在坐標(biāo)軸上伸展。共軸線的波瓣代數(shù)符號相同。電子云圖形相應(yīng)比較瘦且沒有符號的區(qū)別。2024/4/12原子軌道角度分布圖和電子云角度分布圖的區(qū)別:

2.

電子云角度分布圖無正負(fù)的區(qū)分，因?yàn)樗遣ê瘮?shù)絕對值的平方；且電子云角度分布圖較瘦，因?yàn)椴ê瘮?shù)<1。1.

原子軌道角度分布圖有正負(fù)位相的區(qū)分,圖形較胖2024/4/12小結(jié)電子具有波粒二象性，需按幾率分布的統(tǒng)計(jì)規(guī)律來進(jìn)行研究。波函數(shù)是描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，其空間圖象為“原子軌道”。概率密度|Ψ|2

是電子在原子核外空間某處單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率。用小黑點(diǎn)表示其分布所得的空間圖象。描述原子中電子狀態(tài)需用四個(gè)量子數(shù)：主量子數(shù)(n)、副量子數(shù)(ι)、磁量子數(shù)(m)、自旋量子數(shù)(ms)。2024/4/121.1.3多電子原子的原子結(jié)構(gòu)一.多電子原子的能級屏蔽作用（screeningeffect）原子中電子i受其它電子排斥，抵消了部分核電荷的吸引，稱為對電子i的屏蔽。用屏蔽常數(shù)σ（screeningconstant）表示抵消掉的部分核電荷。能吸引電子i的核電荷是有效核電荷（effectivenuclearcharge）Z′，它是核電荷Z和屏蔽常數(shù)σ的差：Z′=Z–σ2024/4/12a.以Z′代替Z，近似計(jì)算電子i的能量

外層電子對內(nèi)層電子，σ=0；

n-1層電子對n層電子，σ=0.85；更內(nèi)層的電子對外層電子，σ=1.00；同層電子之間，σ=0.35；

1s電子之間，σ=0.30。

2024/4/12

b.

l相同，n不同時(shí)，n越大，電子層數(shù)越多，外層電子受到的屏蔽作用越強(qiáng)，軌道能級愈高：

E1s

＜E2s

＜E3s

＜…E2p

＜E3p

＜E4p

＜……2、鉆穿效應(yīng)

主要是指n相同，l不同的軌道，由于電子云徑向分布不同，電子穿過內(nèi)層鉆穿到核附近回避其他電子屏蔽的能力不同從而使其能量不同的現(xiàn)象。電子鉆穿的結(jié)果，降低了其余電子對它的屏蔽作用，受到的有效核電荷的作用增強(qiáng)，從而使軌道能量降低。2024/4/12鉆穿能力：ns>np>nd∴當(dāng)n相同時(shí)：結(jié)合屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)：單電子原子（離子）E：只與n有關(guān)多電子原子（離子）E：與n,l都有關(guān)3d3p3s2024/4/12n、l都不同，一般n越大，能級愈高。但有反常現(xiàn)象，如E4s＜E3d，這一現(xiàn)象稱為能級交錯(cuò)。Pauling的近似能級：E1s

＜E2s

＜E2p＜E3s

＜E3p＜E4s＜E3d＜E4p＜…徐光憲提出的估算能級的方法：（n+0.7l）值愈大，能級愈高。3、能級交錯(cuò)2024/4/12鮑林近似能級圖2024/4/12核外電子排布基態(tài)原子的電子排布三原則：Pauli不相容原理同一原子中不可能有2個(gè)電子具有四個(gè)完全相同的量子數(shù)。即如果兩個(gè)電子的n、l、m相同，ms必然相反。即一個(gè)原子軌道中不存在自旋相同的兩個(gè)電子。例如：Ca原子的兩個(gè)4s電子，一個(gè)是（4,0,0,1/2），另一個(gè)則是（4,0,0,-1/2）。2024/4/12能量最低原理又稱構(gòu)造原理基態(tài)原子電子排布時(shí)，總是先占據(jù)能量最低的軌道。當(dāng)?shù)湍芰寇壍勒紳M后，才排入高能量的軌道，以使整個(gè)原子能量最低。例1：H：1s1；He：1s2；Li：1s22s1。例2：19K：1s22s22p63s23p64s1(K、L、M電子層填充了18個(gè)電子以后，其后的電子不是填充3d軌道，而是占據(jù)4s軌道，因?yàn)镋4s＜E3d)。2024/4/12Hund規(guī)則（Hund’srule）電子在能量相同的軌道（簡并軌道）上排布時(shí)，總是盡可能以自旋相同的方向，分占不同的軌道，因?yàn)檫@樣的排布方式總能量最低。例：7N：1s22s22p3，三個(gè)2p電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：（2,1,0,1/2

）

；（2,1,1,1/2

）

；（2,1,-1,1/2）用原子軌道方框圖表示：7N1s2s2p2024/4/12Hund規(guī)則的補(bǔ)充規(guī)定：簡并軌道全充滿、半充滿、或全空，是能量較低的穩(wěn)定狀態(tài)。例：24Cr：1s22s22p63s23p63d54s129Cu：1s22s22p63s23p63d104s1

不能寫做：24Cr：1s22s22p63s23p63d44s229Cu：1s22s22p63s23p63d94s2

2024/4/12三、電子組態(tài)的寫法1）原子的電子組態(tài)：書寫20號元素以后基態(tài)原子的電子組態(tài)時(shí)要注意，雖然電子填充按近似能級順序進(jìn)行，但電子組態(tài)必須按電子層排列。例：21Sc的電子組態(tài)1s22s22p63s23p63d14s2填充電子時(shí)4s比3d能量低，先填4s，后填3d，但形成離子時(shí)，先失去4s電子，3d仍然是內(nèi)層軌道。電離時(shí)Sc失去1個(gè)4s電子而不是3d電子。2024/4/12注：

把內(nèi)層達(dá)稀有氣體電子層結(jié)構(gòu)部分用稀有氣體的元素符號加方括號表示為原子芯(atomickernel)。例：20Ca：1s22s22p63s23p64s2寫作[Ar]4s2，

26Fe：[Ar]3d64s2；

47Ag：[Kr]4d105s2）價(jià)電子（valenceelectron）：化學(xué)反應(yīng)中原子芯部分的電子結(jié)構(gòu)不變化，改變的是價(jià)電子。價(jià)電子所處的電子層稱為價(jià)電子層（valenceshell）。例：Fe價(jià)層電子組態(tài)是3d64s2Ag的價(jià)層電子組態(tài)是4d105s12024/4/12四、原子的電子組態(tài)與元素周期表

元素的性質(zhì)隨著核電荷數(shù)的遞增而呈現(xiàn)周期性的變化，這個(gè)規(guī)律叫做元素周期律2024/4/12（1）原子的電子層結(jié)構(gòu)的周期性：第二周期:第二能級組.

2s22p68第一周期:第一能級組

1s22第三周期：第三能級組

3s23p68第四周期:第四能級組.4s23d104p618第五周期:第五能級組.5s24d105p618第六周期:第六能級組.6s24f145d106p632第七周期:第七能級組.7s25f146d107p632周2024/4/12根據(jù)最后一個(gè)電子填入的亞層確定：(1)原子的電子層結(jié)構(gòu)的周期性：區(qū)最后一個(gè)電子填入的亞層區(qū)最外層的s亞層s最外層的p亞層p一般為次外層的d亞層d一般為次外層的d亞層,且為d10ds一般為外數(shù)第三層的f亞層f2024/4/122024/4/12周期表可分成五個(gè)區(qū)：S區(qū):ns1或ns2

活潑金屬P區(qū):ns2np1—6大部分為非金屬d,ds區(qū):(n-1)d10ns1—2d區(qū)、ds區(qū)元素稱為過渡元素，也叫過渡金屬f區(qū):最后一個(gè)電子填在f軌道上：鑭系，錒系元素，特點(diǎn)（n-2）f1—14（n-1）d1—2ns2→內(nèi)過渡元素2024/4/12區(qū)族s、p主族(A)，族號＝最外層電子數(shù)d副族(B)族號＝(最外層＋次外層d)電子數(shù)ds副族(B)，族號＝最外層電子數(shù)f鑭系、錒系根據(jù)區(qū)和最外層、次外層電子數(shù)確定(1)原子的電子層結(jié)構(gòu)的周期性：族2024/4/121.能級組與元素周期的劃分

周期的劃分就是核外電子能級的劃分，各能級組容納的電子數(shù)就等于相應(yīng)周期元素的數(shù)目。2.原子的電子構(gòu)型及周期表中族的劃分主族的族數(shù)=最外層電子數(shù)的總和一般：族數(shù)=(n-1)d+ns

電子數(shù)的總和

VIIIB,IB,IIB總結(jié)：2024/4/12舉例請確定Br-35元素的周、區(qū)與族？請確定Cr-24元素的周、區(qū)與族？1s22s22p63s23p63d104s24p51s22s22p63s23p63d54s1第四周，p區(qū)，第七主族第四周，d區(qū)，第六副族2024/4/12舉例請確定第四周，第２主族所對應(yīng)元素的核外電子排布？1s22s22p63s23p64s2請確定第四周，第２副族所對應(yīng)元素的核外電子排布？1s22s22p63s23p63d104s22024/4/12

從上可知：元素的核外電子排布呈現(xiàn)周期性變化，從元素周期表中知：每周期從ns1起始到np6結(jié)束，由于元素的性質(zhì)主要取決于最外層電子數(shù)，所以元素的性質(zhì)也呈現(xiàn)周期性變化，這就是元素周期律。原子半徑，電離能，電子親合能，電負(fù)性1.1.4原子性質(zhì)的周期性2024/4/122、原子半徑共價(jià)半徑：同種元素的兩個(gè)原子以共價(jià)單鍵連接時(shí)，它們核間距的一半叫共價(jià)半徑。金屬半徑：在金屬晶體中相鄰的兩個(gè)原子彼此接觸，其核間距的一半即為金屬半徑。

范得華半徑：當(dāng)兩個(gè)原子之間沒有形成化學(xué)鍵，只靠分子間力相接近時(shí)，兩原子之間的距離的一半叫范得華半徑。

2024/4/12半徑特點(diǎn)：金屬半徑共價(jià)半徑范德華半徑2024/4/12原子半徑變化的周期性同一短周期自左至右原子半徑逐漸減小，稀有氣體突然增大同一主族自上至下原子半徑逐漸增大副族元素：同一周期自左至右半徑減小幅度較主族元素小副族元素：同一族自上至下半徑增大幅度也較小2024/4/12（1）使鑭系元素后面過渡元素的原子半徑均相應(yīng)減小，與上一周期同族元素原子半徑相近，性質(zhì)相似，難以分離。五ZrNbMo六HfTaW（2）鑭系各元素之間，原子半徑也極為接近，性質(zhì)相近，難以分離。

鑭系元素的原子半徑隨原子序數(shù)

的增加而緩慢減小的現(xiàn)象叫鑭系收縮。從La到Lu半徑減小11pm鑭系收縮：后果：2024/4/12E(g)==E+(g)+e-I

1E+(g)==E2+(g)+e-I

2I1越小，表明越易失去電子，金屬性越強(qiáng)。

2.電離能定義：使某元素一個(gè)基態(tài)的氣態(tài)原子失去一個(gè)電子形成正一價(jià)的氣態(tài)離子所需的能量，叫該元素的第一電離能I1（KJ·mol-1）從正一價(jià)再失去一個(gè)e，形成正二價(jià)離子所需能量叫第二電離能I2……I3，I4等。2024/4/12

影響I的因素：ⅱ原子半徑：原子半徑越大，核對電子吸引力越小，所以易失去電子，I越小.

ⅲ電子層結(jié)構(gòu)：具有8e穩(wěn)定結(jié)構(gòu)及洪特規(guī)則特例的電子層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，電子不易失去，所以I越大。ⅰ原子核電荷：核電荷越多，半徑越小，核對電子吸引力越大，不易失去，I越大。2024/4/12電離能變化

2024/4/12

I在周期表中變化規(guī)律：同一A族中：從上到下，半徑增大，I1越小，所以主族中從上到下金屬性增強(qiáng)。同一B族中：從上到下，I1變化幅度小，不規(guī)則。除ⅢB外，從上到下金屬性有減弱趨勢。同周期中：從左到右，半徑減小，核電荷增大，I1增大。金屬性減弱。反常：Be:1s22s1，I1=900KJ·mol-1，

B：1s22s22p1I1=801KJ·mol-1