普通化学_第七章__原子结构和元素周期律

1、第七章 原子结构和元素 周期系第一节 核外电子的运动状态第二节 核外电子排布和周期系第三节元素性质的周期性l要求要求: ( (1)1)了解核外电子运动的特殊性了解核外电子运动的特殊性, ,了了解波函数和电子云的图形解波函数和电子云的图形.(2).(2)能运用轨道能运用轨道填充顺序图填充顺序图, ,按照核外电子排布原理按照核外电子排布原理, ,写出写出若干常见元素的电子组态若干常见元素的电子组态.(3).(3)掌握各类元掌握各类元素电子构型的特征素电子构型的特征.(4).(4)了解电离势、电负了解电离势、电负性等概念的意义和它们与原子结构的关系。性等概念的意义和它们与原子结构的关系。(5)(5)

2、了解元素周期表和核外电子排布的关了解元素周期表和核外电子排布的关系系第一节第一节 核外电子的运动状态核外电子的运动状态7.1.1 氢原子光谱和氢原子光谱和 Bohr 理论理论 19世纪，物理学家世纪，物理学家 Crookes 等人在研究稀薄等人在研究稀薄气体放电现象时发现了电子。气体放电现象时发现了电子。1897年，年，Thomson 测定出电子的荷质比测定出电子的荷质比(e/me) )为为 1.761011 Ckg- -1。实验表明，电子的荷质比是一个常数，它与电极实验表明，电子的荷质比是一个常数，它与电极材料或放电管中气体的性质无关。材料或放电管中气体的性质无关。 1911年，年，Ruth

3、erford用一束高速运动的用一束高速运动的粒粒子子（He2）流轰击一块流轰击一块106107 m 厚的金箔。厚的金箔。发现绝大多数的发现绝大多数的粒子几乎不受阻拦地直线通过，粒子几乎不受阻拦地直线通过，约万分之一的约万分之一的粒子的运动方向发生偏转，极个粒子的运动方向发生偏转，极个别的别的粒子甚至被反弹回来。粒子甚至被反弹回来。 原子像一个行星系，其中心有一个体积很小原子像一个行星系，其中心有一个体积很小却几乎集中了原子全部质量的带正电荷的原子核，却几乎集中了原子全部质量的带正电荷的原子核，而带负电荷的电子在核外空间绕核高速运动，就而带负电荷的电子在核外空间绕核高速运动，就像行星围绕着太阳运

4、动一样。像行星围绕着太阳运动一样。一、一、氢原子光谱氢原子光谱 当一束白光通过石英棱镜时，形成的带状光谱当一束白光通过石英棱镜时，形成的带状光谱称为称为连续光谱连续光谱。 气态原子被火花、电弧或其他方法激发产生的气态原子被火花、电弧或其他方法激发产生的光，经棱镜分光后，得到不连续的线状光谱，这种光，经棱镜分光后，得到不连续的线状光谱，这种线状光谱称为线状光谱称为原子光谱原子光谱。 氢原子光谱是最简单的原子光谱。在抽成真空氢原子光谱是最简单的原子光谱。在抽成真空的光电管中充入稀薄纯氢气，并通过高压放电所放的光电管中充入稀薄纯氢气，并通过高压放电所放出的光经棱镜分光后形成按波长次序排列的不连续出的

5、光经棱镜分光后形成按波长次序排列的不连续的线状光谱。氢原子光谱在可见光区有的线状光谱。氢原子光谱在可见光区有4 4条比较明显条比较明显的谱线，分别用的谱线，分别用 H，H，H，H表示。表示。 在某一瞬间一个氢原子只能产生一条谱线，实在某一瞬间一个氢原子只能产生一条谱线，实验中之所以能同时观察到全部谱线，是由于很多个验中之所以能同时观察到全部谱线，是由于很多个氢原子受到激发，跃迁到高能级后又返回低能级的氢原子受到激发，跃迁到高能级后又返回低能级的结果。结果。二、二、Bohr 理论理论 1913 年，丹麦青年物理学家年，丹麦青年物理学家 Bohr 提出了新的提出了新的原子结构模型。其要点如下：原子

6、结构模型。其要点如下： （1）电子只能在某些特定的圆形轨道上绕核运动，电子只能在某些特定的圆形轨道上绕核运动，在这些轨道上运动的电子既不放出能量，也不吸在这些轨道上运动的电子既不放出能量，也不吸收能量。收能量。 （2 2）电子在不同轨道上运动时，其能量是不同的。）电子在不同轨道上运动时，其能量是不同的。在离核越远的轨道上，能量越高；在离核越近的在离核越远的轨道上，能量越高；在离核越近的轨道上，能量越低。轨道的这些不同的能量状态轨道上，能量越低。轨道的这些不同的能量状态称为称为能级能级，其中能量最低的状态称为，其中能量最低的状态称为基态基态，其余其余能量高于基态的状态称为能量高于基态的状态称为激

7、发态激发态。原子轨道的能。原子轨道的能量是量子化的，氢原子轨道的能量为：量是量子化的，氢原子轨道的能量为： 213.6eVnEn （3 3）只有当电子在能量不同的轨道之间跃迁）只有当电子在能量不同的轨道之间跃迁时，原子才会吸收或放出能量。当电子从能量较时，原子才会吸收或放出能量。当电子从能量较高的轨道高的轨道 (E2) 跃迁到能量较低的轨道跃迁到能量较低的轨道(E1)时，时，原子以光子的形式释放出能量，释放出光的频率原子以光子的形式释放出能量，释放出光的频率与轨道能量的关系为：与轨道能量的关系为：E=E2-E1=h7.1.2核外电子的运动特征核外电子的运动特征 一、一、电子的波粒二象性电子的波

8、粒二象性 1924 年，法国青年物理学家年，法国青年物理学家 de Broglie大大胆地提出电子也具有波粒二象性的假说。并预胆地提出电子也具有波粒二象性的假说。并预言：对于质量为言：对于质量为me，运动速率为，运动速率为e的电子，的电子，其相应的波长其相应的波长e可由下式给出：可由下式给出： eeeehhmpv 1927年，美国物理学家年，美国物理学家Davisson和和Germer用用电子束代替电子束代替X射线做晶体衍射实验，得到了与射线做晶体衍射实验，得到了与X射射线衍射图象相似的衍射环纹图，确认了电子具有线衍射图象相似的衍射环纹图，确认了电子具有波动性。波动性。（a）X射线的衍射图（b

9、）电子衍射图二、测二、测不准原理不准原理 对于具有波粒二象性的电子，能否同时准确对于具有波粒二象性的电子，能否同时准确地测定电子的位置和动量呢地测定电子的位置和动量呢？1927年，德国物理年，德国物理学家学家Heisenberg 对此做出了否定回答。对此做出了否定回答。 Heisenberg 认为：不可能同时准确地测定电认为：不可能同时准确地测定电子的位置和动量。这就是子的位置和动量。这就是测不准原理测不准原理，它的数学，它的数学表达式为：表达式为： 2 2hpx 一一 方程方程 1926年，奥地利著名的物理学家年，奥地利著名的物理学家 首先提出描述了电子运动状态的波动方程，称为首先提出描述了

10、电子运动状态的波动方程，称为 方程方程：222222228()mEVxyzh 方程的每一个解方程的每一个解，就表示电子的一种运动状态，就表示电子的一种运动状态，与与相应的相应的E 就是电子在这一运动状态下的能量。就是电子在这一运动状态下的能量。SchrodingerSchrodingerSchrodinger7.1.37.1.3核外电子运动状态的描述核外电子运动状态的描述二、波函数二、波函数 从从 方程解出来的波函数方程解出来的波函数，是，是包括包括n，l，m三个量子数的电子在原子核外空间三个量子数的电子在原子核外空间的运动状态，每一个的运动状态，每一个就表示电子的一种运动状就表示电子的一种运

11、动状态，通常把波函数称为态，通常把波函数称为原子轨道原子轨道。三、四个量子数三、四个量子数（一）（一）主量子数主量子数n( (principal quantum number) ) 主量子数主量子数 n 决定电子出现概率最大的区域决定电子出现概率最大的区域距原子核的平均距离，距原子核的平均距离，n 的取值为的取值为1，2，3Schrodinger主量子数主量子数n也是决定电子能量高低的主要因素，也是决定电子能量高低的主要因素，n 越大，电子的能量越高。在一个原子中，常称越大，电子的能量越高。在一个原子中，常称 n 相同的电子为相同的电子为一个电子层一个电子层。当。当 n1，2，3，4，5，6，

12、7 时，分别称为时，分别称为第一，二，三，四，五，六，七第一，二，三，四，五，六，七电子层电子层，相应地用符号，相应地用符号 K，L，M，N，O ，P，Q 表示。表示。 在氢原子或类氢离子中，电子的能量完全由主在氢原子或类氢离子中，电子的能量完全由主量子数量子数 n 决定。决定。 （二）（二）角量子数角量子数l ( (azimuthal quantum number) ) 角量子数角量子数l决定原子轨道的角动量，确定原子轨决定原子轨道的角动量，确定原子轨道的形状，它反映了电子在空间不同角度的分布情道的形状，它反映了电子在空间不同角度的分布情况。况。l的取值受的取值受n 的制约，的制约，l=0，

13、1，2.n1。当。当l0，1，2，3 时，分别称为时，分别称为s，p，d，f 亚层亚层。 n1 时，时，l0，K层只有层只有s亚层；亚层； n2 时，时，l0，1，L层有层有s，p亚层；亚层； n3 时，时，l0，1，2，M层有层有s，p，d亚层；亚层； n4 时，时，l0，1，2，3，N层有层有s，p，d，f亚层。亚层。n=1,只有一个亚层只有一个亚层,l只能为只能为0,轨道符号为轨道符号为1sn= =3,有三个亚层有三个亚层,当当l = =0时时,轨道符号为轨道符号为3s, l = =2时时,轨道符号为轨道符号为3d,轨道记号为轨道记号为 nlcxc是直角坐标是直角坐标 在多电子原子中，在

14、多电子原子中，n 和和l共同决定了电共同决定了电子的能量。当子的能量。当 n 相同时，随相同时，随l的增大，亚的增大，亚层的能量增大。层的能量增大。（三）（三）磁量子数磁量子数(magnetic quantum number) 磁量子数磁量子数m确定原子轨道在空间的伸展方向确定原子轨道在空间的伸展方向. .m 的取值受的取值受l 的制约，磁量子取值的制约，磁量子取值m=0,1,2, l，在一个亚层内轨道数为在一个亚层内轨道数为2l+1个个 当当l0 时，时，m只能取只能取0，s 亚层只有亚层只有1个轨道个轨道, ,叫叫1s1s轨道轨道, , s轨道轨道(l=0=0，m =0=0）无伸展方向无伸

15、展方向，呈球形对称呈球形对称 当当l1 时，时，m可取可取1，0，1，p 亚层有亚层有3 3 个轨个轨道道, ,叫叫p轨道轨道.在空间在空间有三个相互垂直伸展方向有三个相互垂直伸展方向, 即即px、py、pz轨道轨道, ,呈哑铃形对称呈哑铃形对称. . 同理，同理，d 亚层有亚层有5 个轨道，个轨道，f 亚层有亚层有7 个轨道。个轨道。 n 和和l相同，但相同，但m不同的各原子轨道的能量相同，不同的各原子轨道的能量相同，称为称为简并轨道简并轨道或或等价轨道等价轨道。14313 95 131657 n电子层电子层l电子亚电子亚层层m轨道数轨道数 1 K 0 1s 0 1 2 L 0 1 2s 2

16、p 0 - -1,0,+1 3 M 0 1 2 3s 3p 3d 0 4 N 0 1 2 3 4s 4p 4d 4f 0 1,0, 12, 1,0, 1, 2 1,0, 12, 1,0, 1, 2 3, 2, 1,0, 1, 2, 3 （四）（四）自旋量子数自旋量子数ms 自旋量子数自旋量子数ms用于描述电子的自旋运动状态。用于描述电子的自旋运动状态。 取值为取值为+1/2 和和- -1/2，常用箭号，常用箭号和和表示电子的两表示电子的两种自旋方式。不能从求解种自旋方式。不能从求解 方程得到方程得到 综上所述，综上所述，n，l ，m三个量子数可以确定一个三个量子数可以确定一个原子轨道原子轨道，

17、而，而n，l ，m， ms四个量子数可以确定四个量子数可以确定电子的运动状态。电子的运动状态。 四、波函数的图形四、波函数的图形 波函数波函数是描述核外电子在空间运动状态的数是描述核外电子在空间运动状态的数学函数式学函数式,没有明确直观的物理意义没有明确直观的物理意义. Schrodinger 但粒子运动在某一时间某一点的但粒子运动在某一时间某一点的2却有物理意却有物理意义义, 2代表在单位体积内发现一个电子的几率代表在单位体积内发现一个电子的几率,叫叫几几率密度率密度.用用电子云电子云形象地表示电子在核外空间出现形象地表示电子在核外空间出现的几率密度的几率密度,电子出现几率大的地方电子出现几

18、率大的地方,电子云浓密些电子云浓密些.氢原子的氢原子的 s s，p p，d d 轨道的角度分布图形轨道的角度分布图形xyzzzzzzzzzyyyyyyyyxxxxxxxx s pxpypzdxzdyzdxy22dxy2dz氢原子电子云示意图氢原子电子云示意图 电子云图 电子云界面图 如果画一个封闭的曲面,在这个曲面内电子出现的概率占90以上,所得到的图形称为电子云界面图。通常将界面图中的小黑点略去。波函数波函数, ,原子轨道原子轨道, ,电子云的关系电子云的关系. . 一定的波函数描述电子一定的运动状态一定的波函数描述电子一定的运动状态, ,如如1s, , 2p2p等等, ,量子力学中借助经典

19、力学中量子力学中借助经典力学中“轨道轨道”一词一词, ,称原子中一个电子的可能的称原子中一个电子的可能的空间运动状态为原子轨道空间运动状态为原子轨道, ,这些原子轨道各这些原子轨道各由一个波函数来描述由一个波函数来描述, ,1s1s, , 2p2p分别叫分别叫1s1s、2p2p轨道，氢原子的轨道，氢原子的1s1s轨道的空间图形是轨道的空间图形是球形球形，其电子在空间出现的几率密度分布是其电子在空间出现的几率密度分布是球形对球形对称称的，界面图是的，界面图是球面球面，平面图为，平面图为圆圆。 图形不同。图形不同。电子云图没有正负，且电子云图没有正负，且“瘦瘦”第二节 核外电子排布和周期系7.2.

20、1 氢原子的轨道能氢原子的轨道能轨道能轨道能：解薛定谔方程时，所得的每个波函数：解薛定谔方程时，所得的每个波函数都对应着一个能量都对应着一个能量E，叫，叫轨道能轨道能。 轨道能包括平均势能和电子的动能，电子离轨道能包括平均势能和电子的动能，电子离核无限远处势能为零，电子向核靠拢时，其势能核无限远处势能为零，电子向核靠拢时，其势能低于零而为负值。低于零而为负值。氢原子的轨道能氢原子的轨道能eVeV2 26 61313n.E 氢原子的轨道能氢原子的轨道能只只取决于主量子数取决于主量子数n，E2 2s= =E2p2pE3s3s= =E3p3p= =E3d3d，它们属于同一能级它们属于同一能级对于类氢

21、离子（对于类氢离子（H-like ion），即核外只有），即核外只有一个电子时，如一个电子时，如He+，Li2+，Be3+轨道能为轨道能为如如Li2+中，电子由中，电子由2s2s跃迁到跃迁到2p2p时，时，E=0=0).(nEeVZ6 613132 22 2 7.2.2多电子原子的能级多电子原子的能级（一）（一）屏蔽效应屏蔽效应屏蔽作用：屏蔽作用：在多电子原子中，每个电子不仅受到原子核在多电子原子中，每个电子不仅受到原子核的吸引，而且还受到其他电子的排斥。其余电子对某个的吸引，而且还受到其他电子的排斥。其余电子对某个指定电子的排斥作用相当于降低了原子核对指定电子的指定电子的排斥作用相当于降低了

22、原子核对指定电子的吸引作用。称为吸引作用。称为屏蔽作用屏蔽作用。其他电子屏蔽作用对选定电子产生的效果叫其他电子屏蔽作用对选定电子产生的效果叫屏蔽效应。屏蔽效应。 在多电子原子中，对所选定的任何一个电子所受的作在多电子原子中，对所选定的任何一个电子所受的作用，可以看作是来自一个核电荷为用，可以看作是来自一个核电荷为Z-的单中心势场，的单中心势场，Z-叫叫有效核电荷数有效核电荷数， 用用Z* 表示：表示：叫屏蔽常数叫屏蔽常数在多电子原子中，主要来自内层电子对外层电在多电子原子中，主要来自内层电子对外层电子的屏蔽和同层电子间的屏蔽。子的屏蔽和同层电子间的屏蔽。多电子原子轨道能多电子原子轨道能当电子离

23、核较近时，电子的势能比在远处低，当电子离核较近时，电子的势能比在远处低，E3s E2s E1seV)(Z26 613132 2.nE （二）（二）钻穿效应钻穿效应 在多电子原子中，每个原子轨道的电子，在多电子原子中，每个原子轨道的电子，既有屏蔽它外面电子的作用，又有内层电子对既有屏蔽它外面电子的作用，又有内层电子对它的屏蔽，为了躲避内层电子的屏蔽，它常会它的屏蔽，为了躲避内层电子的屏蔽，它常会向更靠近核的地方钻进去，钻得越深，轨道平向更靠近核的地方钻进去，钻得越深，轨道平均势能越低，就可以较好地避免其他电子对它均势能越低，就可以较好地避免其他电子对它的屏蔽，这种现象称为的屏蔽，这种现象称为钻穿

24、效应钻穿效应。 当当n相同时，相同时，l越小钻穿能力越强。同一电越小钻穿能力越强。同一电子层中各亚层的能量高低顺序为：子层中各亚层的能量高低顺序为： 比较多电子原子的比较多电子原子的3d 和和4s轨道能，轨道能，3d 由于由由于由于角量子数的升高对轨道能能的升高作用超过了于角量子数的升高对轨道能能的升高作用超过了4s主量子数大对轨道能量升高的作用，因此主量子数大对轨道能量升高的作用，因此3d 轨轨道的能量高于道的能量高于 4s轨道。轨道。一般来说一般来说，n3，End E(n+1)s n4，Enf E (n+2)s多电子原子中，多电子原子中，l相同，相同，n越大，能量越高，越大，能量越高， n

25、 相相同，同， l越大，能量越高，因此会出现能级交叉现越大，能量越高，因此会出现能级交叉现象。象。 我国化学家我国化学家徐光宪徐光宪提出了多电子原子的原子轨提出了多电子原子的原子轨道能级分组的近似规则道能级分组的近似规则, ,将（将（n0.7l ）整数相同的整数相同的轨道划分为一个能级组。轨道划分为一个能级组。 表表 原子轨道的能级组划分原子轨道的能级组划分原子轨道原子轨道 n+0.7l 能级组能级组 1s1.02s2p2.02.73s3p3.03.74s3d4p4.04.44.75s4d5p5.05.45.76s4f5d6p6.06.16.46.77s5f6d7p7.07.17.47.7Pa

26、uling 原子轨道的近似能级图原子轨道的近似能级图7.2.3基态原子核外电子排布规则基态原子核外电子排布规则 基态原子核外电子排布遵守基态原子核外电子排布遵守Pauli不相容不相容原理、能量最低原理和原理、能量最低原理和 Hund 规则。规则。 （1 1）Pauli不相容原理：在一个原子中，不相容原理：在一个原子中，不不可能存在四个量子数完全相同的两个电子。由可能存在四个量子数完全相同的两个电子。由Pauli不相容原理，可知一个原子轨道最多只不相容原理，可知一个原子轨道最多只能容纳能容纳两个两个电子，而且这两个电子的自旋方式电子，而且这两个电子的自旋方式必须必须相反相反。 （2）能量最低原理

27、：在不违背能量最低原理：在不违背Pauli不相不相容原理的前提下，核外电子总是尽先排布在容原理的前提下，核外电子总是尽先排布在能量最低的轨道上，依次排布在能量较高的能量最低的轨道上，依次排布在能量较高的轨道上。轨道上。 （3）Hund规则：电子在简并轨道（即规则：电子在简并轨道（即n，l 相同的轨道）上排布时，总是以相同的轨道）上排布时，总是以自旋平行自旋平行的的方式分占尽可能多的轨道。作为方式分占尽可能多的轨道。作为 Hund 规则规则的特例，简并轨道在全充满（的特例，简并轨道在全充满（s2,p6，d10，f14）、半充满（）、半充满（s1, ,p3，d5，f7）和全空（）和全空（p0，s0

28、,d0，f0）时是比较稳定的。）时是比较稳定的。将电子按照将电子按照Pauli不相容原理、能量最低不相容原理、能量最低原理和原理和Hund 规则填充在各个轨道规则填充在各个轨道, ,这种这种电子的排布叫电子组态电子的排布叫电子组态( (构型构型) )1H 1s12He 1s23Li 1s22s14Be 1s22s25B 1s22s22p16C 1s22s22p27N 1s22s22p38O 1s22s22p49F 1s22s22p510Ne 1s22s22p66C的两个的两个2p电子自旋平行地分占不同轨道电子自旋平行地分占不同轨道,7N的两个的两个3p电子自旋平行地分占不同轨道电子自旋平行地分

29、占不同轨道较温定较温定,因此难失电子因此难失电子. 当原子、分子、离子中有单个电子时，当原子、分子、离子中有单个电子时，为顺磁性，且顺磁性的大小与该物质中单为顺磁性，且顺磁性的大小与该物质中单个电子数有关。当物质中电子都成对时，个电子数有关。当物质中电子都成对时，具有反磁性。具有反磁性。l1、在多电子原子中具有下列量子数的电子，按、在多电子原子中具有下列量子数的电子，按其能量高低排列先后顺序其能量高低排列先后顺序l（2，1，1，-1/2） （2，1，0，-1/2）l（3，1，1，-1/2） （3，2，-2，-1/2）l2、指出下列各套量子数中所描绘的电子亚层最、指出下列各套量子数中所描绘的电子

30、亚层最多容纳几个电子多容纳几个电子ln=5，l=0ln=5，l=3ln=4，l=3 ln=3，l=2 ln=2，l=1 3、下列各种外电子层结构中，哪一种相应、下列各种外电子层结构中，哪一种相应于原子的激发态，哪种处于基态，哪种是于原子的激发态，哪种处于基态，哪种是错误的错误的 1s22s1 1s22s22d1 1s22s12p2 1s22s22p43d1 1s22s42p2 1s22s22p63d1 7.2.4 原子的基态电子组态原子的基态电子组态 原子基态电子组态原子基态电子组态 按按Pauli不相容原理、能量最低原理和不相容原理、能量最低原理和 Hund 规则可以将电子逐一填在轨道中规则

31、可以将电子逐一填在轨道中, ,即即构成了原子的构成了原子的基态电子组态基态电子组态1H 1s12He 1s23Li 1s22s14Be 1s22s25B 1s22s22p16C 1s22s22p27N 1s22s22p3 8O 1s22s22p4 9F 1s22s22p510Ne 1s22s22p6 11Na 1s22s22p63s1 12Mg 1s22s22p63s2 13Al 1s22s22p63s23p1 14Si 1s22s22p63s23p2 15P 1s22s22p63s23p3 16S 1s22s22p63s23p4 17Cl 1s22s22p63s23p5 18Ar 1s22s

32、22p63s23p6（1）电子排布式电子排布式。（2）轨道表示式。轨道表示式。（3）量子数表示法。量子数表示是用一套量子数表示法。量子数表示是用一套量子数量子数（n，l，m，ms）定义电子的运动定义电子的运动状态。如状态。如3s2 电子用量子数可以表示为：电子用量子数可以表示为：（3，0，0，1/2）。（4）“原子实原子实+价层组态价层组态”表示法。表示法。 1s2s2p3sNa 充满的稀有气体电子层结构的内层电子充满的稀有气体电子层结构的内层电子( (称称为为原子实原子实或叫或叫核实核实) )；另一部分是原子实以外的；另一部分是原子实以外的外层电子，称之为外层电子，称之为价层电子价层电子。原

33、子实部分可用。原子实部分可用“ 稀有气体元素稀有气体元素”来表示，而价层电子我们来表示，而价层电子我们常用价层电子结构或常用价层电子结构或价层组态价层组态来表示。来表示。如如1111Na Ne3sNa Ne3s1 1 2020Ca Ar4sCa Ar4s2 2 l写出写出29Cu、24Cr、30Zn、26Fe的基态原子的的基态原子的电子组态电子组态1s22s22p63s23p63d104s11s22s22p63s23p63d54s11s22s22p63s23p63d104s21s22s22p63s23p63d64s27.2.5、原子的电子层结构和周期系、原子的电子层结构和周期系一、原子的电子层

34、结构和周期系一、原子的电子层结构和周期系1.1.元素周期表共有七个横行，每一横行为一元素周期表共有七个横行，每一横行为一个周期，共有七个周期。元素在周期表中所个周期，共有七个周期。元素在周期表中所属属周期数周期数等于该元素基态原子的等于该元素基态原子的电子层数电子层数，也等于元素原子的也等于元素原子的最外电子层的主量子数。最外电子层的主量子数。2.2.各周期所包含的元素的数目，等于相应能各周期所包含的元素的数目，等于相应能级组中的级组中的原子轨道所能容纳的电子总数。原子轨道所能容纳的电子总数。 各周期中元素的数目与相应能级组的原子轨道的关系各周期中元素的数目与相应能级组的原子轨道的关系 周期周

35、期能级组能级组能级组内原子轨道能级组内原子轨道 元素数目元素数目电子最大容量电子最大容量 1 1s 2 2 2 2s 2p 8 8 3 3s 3p 8 8 4 4s 3d 4p 18 18 5 5s 4d 5p 18 18 6 6s 4f 5d 6p 32 32 7 7s 5f 6d (未完未完) 23 (未完未完) 未满未满 3.为什么每周期元素的原子最外层电子为什么每周期元素的原子最外层电子数不超过数不超过8 8个个, ,次外层电子数不超过次外层电子数不超过1818个个, ,而而不都是各个电子层电子最大容纳数不都是各个电子层电子最大容纳数2n2？二、原子的电子结构和族 主族元素主族元素在周

36、期表中的族次等于元素在周期表中的族次等于元素基态原子的基态原子的最外电子层的电子数最外电子层的电子数，等于主，等于主族元素的族元素的最高氧化数最高氧化数; ;在同一主族内，最外在同一主族内，最外电子层上的电子数都是相同的。电子层上的电子数都是相同的。 元素周期表共有元素周期表共有18 个纵行，除第八，九，个纵行，除第八，九，十十3 3个纵行为第个纵行为第族外，其余族外，其余15 个纵行，每一个个纵行，每一个纵行为一个族。纵行为一个族。 元素周期表共有元素周期表共有 16 个族，除了稀有气体个族，除了稀有气体（0族）和族）和族外，还有七个族外，还有七个A( (主主) ) 族和七个族和七个B(副副

37、)族。族。A族由长周期元素和短周期元素组成，族由长周期元素和短周期元素组成，叫叫主族主族；B族只由长周期元素组成，叫族只由长周期元素组成，叫副族副族。 第一主族第一主族( (IA) )碱金属，它们的价层电子构型为碱金属，它们的价层电子构型为ns1。 第二主族第二主族( (IIA) )为碱土金属，价层电子构型为为碱土金属，价层电子构型为ns2。 IIIA为硼族，价层电子构型为为硼族，价层电子构型为ns2np1。 IVA为碳族，价电子构型为为碳族，价电子构型为ns2np2. . VA族为氮族，价电子构型为族为氮族，价电子构型为ns2np3，p轨道上电子轨道上电子排布为半充满排布为半充满. . VI

38、A族为氧族，价电子构型为族为氧族，价电子构型为ns2np4. .VIIA族为卤素，价电子构型为族为卤素，价电子构型为 ns2np5。0族是稀有气体元素（以前也称作惰性气体），族是稀有气体元素（以前也称作惰性气体），包括包括He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn六种元素。六种元素。除除He为为1s2，其余价电子构型均为其余价电子构型均为ns2np6 副族元素基态原子的最外电子层有副族元素基态原子的最外电子层有1个或个或2个电子，次外层上有个电子，次外层上有918个电子。个电子。 IIIB族至族至VIIB族族数等于最外层族族数等于最外层s电子电子与次与次外层外层d电子电子的总数，即等于其的总数，即等于

39、其价层电子数价层电子数. . VIII族为族为ns和和(n-1)d电子总数等于电子总数等于8、9、10的元素的元素 IB族与族与IIB族的族数为最外层的族的族数为最外层的s电子的数目，电子的数目，且且(n-1)d电子数目为电子数目为10 。三、原子的外层电子构型和元素的分区镧系 f锕系s （1）s 区元素：包括区元素：包括IA族元素和族元素和A族元素，族元素， 外层电子构型为外层电子构型为 。 （2）p 区元素：包括区元素：包括AA族元素和族元素和0族元族元 素，除素，除He元素外，外层电子构型为元素外，外层电子构型为 。 （3）d 区元素：区元素：d区元素又称过渡元素，包括区元素又称过渡元素

40、，包括 BB 族元素和族元素和 族元素，外层电子构型为族元素，外层电子构型为 （4）ds 区元素：包括区元素：包括B和和B族元素，外层族元素，外层 电子构型为电子构型为 。 （5）f 区元素：包括镧系和锕系元素，外层电区元素：包括镧系和锕系元素，外层电 子构型为子构型为 。12sn216spn n1912(1)dsnn1012(1)dsnn114022(2)f(1)dsnnn。d 区元素和区元素和ds 区元素又叫区元素又叫过渡元素过渡元素例例: :推测推测4949号元素在周期表中的位置号元素在周期表中的位置 2 22 2 8 10 8 10 8 18 8 18 18 36 18 36 18 5

41、4 18 54 32 86 32 86一、原子半径 原子半径原子半径，是指分子或晶体中相邻同种原子的核，是指分子或晶体中相邻同种原子的核间距离的一半。稀有气体原子在低温下可以认为是间距离的一半。稀有气体原子在低温下可以认为是依靠范德华力形成的单原子分子，相邻两个稀有气依靠范德华力形成的单原子分子，相邻两个稀有气体原子间的核间距的一半称为分子接触半径体原子间的核间距的一半称为分子接触半径(范德范德华半径华半径)A 0 H32 He 93 Li123 Be 89 B82 C77 N70 O66 F64 Ne112 Na154Mg136 Al118 Si117 P110 S104 Cl99 Ar15

42、4 K203 Ca174 Sc144 Ti132 V122 Cr118Mn117 Fe117 Co116 Ni115 Cu117 Zn125 Ga126 Ge122 As121 Se117 Br114 Kr169 Rb216 Sr191 Y162 Zr145 Nb134 Mo130 Tc127 Ru125 Rh125 Pd128 Ag134 Cd148 In144 Sn140 Sb141 Te137 I133 Xe190 Cs235 Ba198 La169 Hf144 Ta134 W130 Re128 Os126 Ir127 Pt130 Au134 Hg144 Tl148 Pb147 Bi14

43、6 Po146 At145 Rn222原子半径ABBB B BB BA A A A A共价半径金属半径范德华半径 原子半径在周期表中的变化规律原子半径在周期表中的变化规律: : （1）同一同一周期周期主族元素，主族元素，从左到右，原从左到右，原子半径明显减小子半径明显减小. .每增加一个电子每增加一个电子, ,核内也增核内也增加一个正电荷加一个正电荷, ,同层电子之间的屏蔽作用不同层电子之间的屏蔽作用不大大, ,有效核电荷数显著增加，原子核对外层有效核电荷数显著增加，原子核对外层电子的引力逐渐增强。电子的引力逐渐增强。 （2）同一周期副族元素，同一周期副族元素，从左到右，半从左到右，半径略有减

44、小径略有减小,当次外层的当次外层的d 轨道全部充满轨道全部充满形成形成18电子构型时，原子半径突然电子构型时，原子半径突然增大增大。l 因为每增加一个电子因为每增加一个电子,是填在次外层的是填在次外层的d 轨道轨道,对外层电子的屏蔽作用对外层电子的屏蔽作用不太显著不太显著,使得有效核电使得有效核电荷数增加不多，原子半径减小比较缓慢。但荷数增加不多，原子半径减小比较缓慢。但 ( n- -1)d轨道全充满轨道全充满后对外层电子屏蔽作用较后对外层电子屏蔽作用较大大，使，使得有效核电荷数减小而引起的。得有效核电荷数减小而引起的。 La系收缩系收缩是指是指La系元素随核电荷数增大，系元素随核电荷数增大，

45、原子半径缓慢减小的现象。第五周期和第六周期原子半径缓慢减小的现象。第五周期和第六周期非常接近，这主要是非常接近，这主要是La系收缩所致。系收缩所致。如如( (Hf,Zr),(),(Nb,Ta),(),(Mo,W) ) （3）同一族的同一族的主族主族元素，从元素，从上到下上到下，原子半径原子半径显著增大显著增大。由于电子层数增加。由于电子层数增加. . 从从上到下上到下, , 有效核电荷数增加不多有效核电荷数增加不多. . 同一族的同一族的副族副族元素，原子半径的变化元素，原子半径的变化趋势与主族元素相同，但原子半径增大的趋势与主族元素相同，但原子半径增大的幅度较小。幅度较小。 二、元素的电离能

46、（势） 基态的气态原子失去基态的气态原子失去1个电子成为个电子成为+1价阳离子所价阳离子所需的最低能量称为需的最低能量称为元素的第一电离能元素的第一电离能I I1 1；由；由+1+1价气价气态阳离子失去态阳离子失去 1 1 个电子成为个电子成为+2+2价气态阳离子所需的价气态阳离子所需的能量称为能量称为元素的第二电离能元素的第二电离能I I2 2 。 随着原子失去电子的增多，所形成的阳离子的正随着原子失去电子的增多，所形成的阳离子的正电荷越来越多，对电子的吸引力增强，使电子很难电荷越来越多，对电子的吸引力增强，使电子很难失去。因此，同一元素的各级电离能依次增大。失去。因此，同一元素的各级电离能

47、依次增大。通通常所说的电离能是指第一电离能常所说的电离能是指第一电离能。其单位为。其单位为kJmol- -1元素的第一电离能与原子序数的关系, 在同一周期中，（在同一周期中，（1 1）从碱金属到稀有气体，电）从碱金属到稀有气体，电离能呈增大趋势，（离能呈增大趋势，（2 2）长周期的过渡元素，从左到）长周期的过渡元素，从左到右，电离能增加不显著，且没有规律，（右，电离能增加不显著，且没有规律，（3 3）稀有气）稀有气体原子具有稳定的电子层结构，在同一周期中电离体原子具有稳定的电子层结构，在同一周期中电离能最大，（能最大，（4 4）虽然同一周期元素的电离能呈增大的）虽然同一周期元素的电离能呈增大的趋势，但趋势，但BeBe（2 2s2 2) )、Mg、Zn、Cd、Hg都有全充满都有全充满的内层和最外层为的内层和最外层为ns2 2的稳定结构的稳定结构; ;N、P、As有半充有半充满的外层稳定结构，因而难失电子。满的外层稳定结构，因而难失电子。 同一主族的元素，从上到下，电离能减小。同一主族的元素，从上到下，电离能减小。三、元素的电子亲合能 基态的气态原子获得基态的气态原子获得1个电子成为个电子成为- -1价阴离子价阴离子所放出的能量称为所放出的能量称为原子的电子亲合能，原子的电子亲