普通化学 第六章 原子结构

1、The Scientific Method In science, a theory is an explanation ofa law or a series of oberservations. Theories are invented by human beings to explain observations. They help people remember the vast number of scientific facts that have been discovered by making sense out of them. leads to more experi

2、ments.As soon as a new theory has been suggested,scientists start thinking of experiments to testit. If the results of these new experimentssupport the theory , it is accepted. If they donot , it must be corrected or a new theoryinvented. The corrected or new theory in turnagree with the results pre

3、dicted by the theory. Science progresses by cycles of suggestedtheories and tests by experiment. A theorycan be proved wrong, but it can never beproved right. There is always a chance thatthe results of some new experiment will notwas the beginning of the scientific revolution.The overturning of an

4、important theory opensnew frontiers in science . For example, beforethe sixteen century, people thought that theEarth was the center of the universe. ThenCopernicus explained observations of theplanets by suggesting that Earth and theother planets revolve around the sun. This考考 虑虑为什么化合物的性质千差万别？为什么化合

5、物的性质千差万别？化合物的性质是由哪部分表现出来的化合物的性质是由哪部分表现出来的?为什么化合物在不同条件下具有完全不同的性质？为什么化合物在不同条件下具有完全不同的性质？原子核外电子运动有什么区别？原子核外电子运动有什么区别？6 原原 子子 结结 构构 (Atomic Structure)重要知识重要知识 了解微观粒子运动特性；了解微观粒子运动特性； 掌握基态原子核外电子排布；掌握基态原子核外电子排布； 掌握元素周期系及元素性质的变化规律。掌握元素周期系及元素性质的变化规律。人类认识物质结构的过程人类认识物质结构的过程 1803年，道尔顿年，道尔顿(Dalton J) 提出了第一个现代原子论

6、；提出了第一个现代原子论；提出物质是由原子组成的：不可再分（希腊语）提出物质是由原子组成的：不可再分（希腊语） 1911年，卢瑟福建立原子核式结构模型；原子由年，卢瑟福建立原子核式结构模型；原子由原子核和电子组成；原子核和电子组成；1. 1. 所有原子都有一个核即原子核所有原子都有一个核即原子核( (nucleus)nucleus)；2. 2. 核的体积只占整个原子体积极小的一部分；核的体积只占整个原子体积极小的一部分；3. 3. 原子的正电荷绝大部分质量集中在核上；原子的正电荷绝大部分质量集中在核上；4. 4. 电子像行星绕着太阳那样绕核运动电子像行星绕着太阳那样绕核运动. . 卢瑟福建立原

7、子核式结构模型要点：卢瑟福建立原子核式结构模型要点：太阳太阳光谱光谱400nm700nm600nm500nmNaHgNeH太阳光谱和原子发射光谱太阳光谱和原子发射光谱 氢原子的线状光谱氢原子的线状光谱 (line spectra)氢原子光谱的解释：氢原子光谱的解释：经典电磁理论经典电磁理论卢瑟福核式原子模型卢瑟福核式原子模型丹麦著名的科学家丹麦著名的科学家（Niels H.D.Bohr）根据氢原子光谱，根据氢原子光谱，量子论，量子论，光子学说，于光子学说，于1913年年提出了氢原子结提出了氢原子结构的模型构的模型玻尔理论玻尔理论，玻尔因此荣获，玻尔因此荣获1922年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理

8、学奖。量子论量子论(1900年，年，M.Plank提出提出)： 能量象物质微粒一样是不连续的，能量包含着大量微能量象物质微粒一样是不连续的，能量包含着大量微小分立的能量单位，称为量子，不管物质吸收或发射能量，小分立的能量单位，称为量子，不管物质吸收或发射能量，总是吸收或发射相当于整数倍的能量。每个量子的能量与总是吸收或发射相当于整数倍的能量。每个量子的能量与相应电磁波的频率成正比：相应电磁波的频率成正比：E = nhv。光子学说（光子学说（1905年，年，A.Einstein）：）： 光是由具有粒子特征的光子组成，每个光子的能量光是由具有粒子特征的光子组成，每个光子的能量与光的频率成正比，与光

9、的频率成正比，E = hv。玻尔原子模型（旧量子力学）：玻尔原子模型（旧量子力学）：1. 1. 稳定轨道，玻尔模型认为稳定轨道，玻尔模型认为, 电子只能在若干圆形的电子只能在若干圆形的固定轨道上绕核运动固定轨道上绕核运动. 固定轨道是指符合一定条件的固定轨道是指符合一定条件的轨道轨道, 这个条件是这个条件是, 电子的轨道角动量电子的轨道角动量L只能等于只能等于h/(2)的整数倍：的整数倍： 2hnmvrL2.2.轨道能量量子化轨道能量量子化. 电子轨道角动量的量子化也意味着能量量子化电子轨道角动量的量子化也意味着能量量子化. 即原即原子只能处于上述条件所限定的几个能态子只能处于上述条件所限定的

10、几个能态, 不可能存在其他不可能存在其他能态能态。定态：定态：所有这些允许能态之统称所有这些允许能态之统称. .核外电子只能在有确定核外电子只能在有确定半径和能量的定态轨道上运动半径和能量的定态轨道上运动, 且不辐射能量且不辐射能量.基态：基态： n 值为值为 1 的定态的定态. .通常电子保持在能量最低的通常电子保持在能量最低的这一基态这一基态. 基态是能量最低即最稳定的状态基态是能量最低即最稳定的状态.2nBE激发态：激发态： 指除基态以外的其余定态指除基态以外的其余定态. 各激发态的能量随各激发态的能量随 n 值增大而增高值增大而增高. 电子电子只有从外部吸收足够能量时才能只有从外部吸收

11、足够能量时才能到达激发态到达激发态。E = E2 E1 = h 3. 3. 能量的吸收和发射能量的吸收和发射 玻尔模型认为玻尔模型认为, , 只有当电子从较高能态只有当电子从较高能态( (E E2 2) )向较低能向较低能态态( (E E1 1) )跃迁时跃迁时, , 原子才能以光子的形式放出能量原子才能以光子的形式放出能量( (即即, , 定定态轨道上运动的电子不放出能量态轨道上运动的电子不放出能量), ), 光子能量的大小决定光子能量的大小决定于跃迁所涉及的两条轨道间的能量差于跃迁所涉及的两条轨道间的能量差。根据普朗克关系式根据普朗克关系式, , 该能量差与跃迁过程产生的光子的频率互成正比

12、。该能量差与跃迁过程产生的光子的频率互成正比。 如果电子由能量为如果电子由能量为E E1 1的轨道跃至能量为的轨道跃至能量为E E2 2的轨道的轨道, , 显然应从显然应从外部吸收同样的能量外部吸收同样的能量。hEEEEh1212 E: 轨道的能量轨道的能量：光的频率：光的频率 h: Planck常数常数波尔理论的成功之处波尔理论的成功之处说明了原子的稳定性。说明了原子的稳定性。解释了氢原子光谱的产生和不连续性，解释了氢原子光谱的产生和不连续性，波尔理论的不足之处波尔理论的不足之处 不能解释氢原子光谱的精细结构，氢原子光不能解释氢原子光谱的精细结构，氢原子光谱在磁场中的分裂，多电子原子的光谱等

13、。谱在磁场中的分裂，多电子原子的光谱等。6.1.1 电子能量的量子化电子能量的量子化（ quantization ）6.1 核外电子的运动特征核外电子的运动特征 Kinematic character of electron实验依据实验依据氢原子的线状光谱氢原子的线状光谱(line spectra)6.1.2 微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性光具有波动性（光的干涉现象和衍射现象）光具有波动性（光的干涉现象和衍射现象）同时具有粒子性（光电效应，光的吸收和发射）同时具有粒子性（光电效应，光的吸收和发射）l德布罗意关系式（德布罗意关系式（1924年）：年）：mvhph实物微粒具有波粒二象性实

14、物微粒具有波粒二象性电子衍射实验证实了德布罗意的假设：电子衍射实验证实了德布罗意的假设：灯光源灯光源电子源电子源质子、中子、原子、分子的波动性也在实验中也被证实。质子、中子、原子、分子的波动性也在实验中也被证实。 微观粒子的波动性是大量微观粒子运动的统微观粒子的波动性是大量微观粒子运动的统计性规律的表现。计性规律的表现。 在空间任一点波的强度和电子在该处出现的在空间任一点波的强度和电子在该处出现的概率成正比。实物微粒表现出来的波动性是具有概率成正比。实物微粒表现出来的波动性是具有统计意义的概率波。统计意义的概率波。l测不准原理（测不准原理（1927年，海森堡）：年，海森堡）：4hxpx 即不可

15、能同时测得电子的精确位置和精确动量即不可能同时测得电子的精确位置和精确动量 ！重要暗示重要暗示不可能存在不可能存在 Rutherford 和和 Bohr 模型中行星绕太阳那样的电子轨道模型中行星绕太阳那样的电子轨道X：确定粒子位置时的不准确量，：确定粒子位置时的不准确量， P：确定粒子动量时的不准确量。：确定粒子动量时的不准确量。h:普朗克常量：普朗克常量：6.6210-34 Js。5.2 核外电子运动状态的描述核外电子运动状态的描述 量子力学的建立：量子力学的建立： 微观粒子运动状态用波函数微观粒子运动状态用波函数 表示，粒子在表示，粒子在空间出现的几率可以用空间出现的几率可以用2 2 表示

16、。表示。6.2.1 波函数波函数222222228()mEVxyzh h：普朗克常数，：普朗克常数，m: 电子质量；电子质量；E：体系总能量，：体系总能量，V：系统的势能；：系统的势能；x, y, z：粒子的空间坐标；：粒子的空间坐标；：波函数。：波函数。描述电子空间运动状态的函数式：描述电子空间运动状态的函数式： rsinzxyP(x,y,z)z=rcosx= rsincosy = rsinsinr变换为球面坐标变换为球面坐标： x = r sin cos y = r sin sin z = r cos r2 = x2 + y2 + z2 2222222sin1)(sinsin1)(1rrr

17、rrr0)(822VEhm6.2.2 四个量子数四个量子数n, l, m, ms n, l, m, ms 的取值是非连续的的取值是非连续的,故被称为量子数。故被称为量子数。(1) (1) 主量子数主量子数 n n 的物理意义：的物理意义： 电子在核外出现概率最大的区域离核的平均距电子在核外出现概率最大的区域离核的平均距离，代表电子层数；离，代表电子层数；决定轨道能级的主要量子数；决定轨道能级的主要量子数； 确定单电子原子的电子运动的能量。确定单电子原子的电子运动的能量。n n 的取值：的取值：n = 1n = 1，2 2，3 3，n = 1n = 1，2 2，3 3，4, 4, 对应于电子层对

18、应于电子层K K，L L，M M，N, N, (2) 角量子数角量子数 l 的物理意义：的物理意义： l 的取值：的取值：l = 0,1,2,3, (n 1) n个值个值l = 0,1,2,3 的原子轨道习惯上分别称为的原子轨道习惯上分别称为s、p、d、f 轨道。轨道。 表示亚层，基本确定原子轨道的形状，表示亚层，基本确定原子轨道的形状， 对于多电子原子，与对于多电子原子，与n共同确定原子轨道的共同确定原子轨道的能量。能量。(3) 磁量子数磁量子数 m 的物理意义：的物理意义： m 的取值的取值: m = 0,1,2,- l, 共可取共可取2l + 1个值个值 确定原子轨道的伸展方向。确定原子

19、轨道的伸展方向。除除s轨道外轨道外,都是各向异性的。都是各向异性的。n, l, m 规定了电子的空间运动状态。规定了电子的空间运动状态。当当n、l 和和 m 的值确定时，波函数的值确定时，波函数(原子轨道原子轨道)便可确定。便可确定。即：每一个由一组量子数确定的波函数表示电子的一种即：每一个由一组量子数确定的波函数表示电子的一种运动状态。由波函数的单值性可知，在一个原子中，电运动状态。由波函数的单值性可知，在一个原子中，电子的某种运动状态是唯一的，即不能有两个波函数具有子的某种运动状态是唯一的，即不能有两个波函数具有相同的量子数。相同的量子数。+1/2和和-1/2，也常形象地表示为，也常形象地

20、表示为 和和 。(4) (4) 自旋量子数自旋量子数ms2. ，2 2，及四个量子数的物理意义，及四个量子数的物理意义微观粒子运动状态；微观粒子运动状态；2电子的几率密度；电子的几率密度；n-主量子数，单电子原子中电子运动能量（电子层主量子数，单电子原子中电子运动能量（电子层数）；数）；l-原子轨道的形状（亚层）；原子轨道的形状（亚层）；m-原子轨道的空间伸展方向；原子轨道的空间伸展方向；ms-电子自旋运动状态。电子自旋运动状态。nlm电子层轨电子层轨道总数道总数（n2）ms状态总数状态总数2n212340(1s)0(2s)1(2p)0(3s)1(3p)2(3d)0(4s)1(4p)2(4d)

21、3(4f)00-1,0,+10-1,0,+1-2,-1,0,+1,+20-1,0,+1-2,-1,0,+1,+2-3,-2,-1,0,+1,+2,+3,1/21/21/21/21/21/21/21/21/21/214916量子数与电子的运动状态量子数与电子的运动状态2818321. 电子能量的量子化可以通过电子能量的量子化可以通过 实验来证明，实验来证明，微观粒子的波动性可以通过微观粒子的波动性可以通过 实验证明。实验证明。2. 某原子轨道的某原子轨道的n = 4, l = 3, 写出写出m的所有取值为的所有取值为 。练练 习习3. 分析下列量子数的合理性：分析下列量子数的合理性： n = 2

22、, l = 1, m = 0, ms = 1/2 n = 3, l = 3, m = -1, ms = -1/2 n = 3, l = 0, m = 0, ms = 0 n = 2，l = 0，m = +1，ms = -1/25.2.3 波函数和电子云图形波函数和电子云图形 = n, l, m(r, , ): 微观粒子运动状态微观粒子运动状态;一个波函数对应一个原子轨道。一个波函数对应一个原子轨道。球坐标中，波函数解离成球坐标中，波函数解离成Yl,m(,)和和Rn,l(r)的乘积。的乘积。dxy轨道投影yx+-pz轨道投影zx+-+s轨道投影yxl角度分布角度分布p轨道, m= -1,0,+1

23、,有三个伸展方向角度分布图角度分布图d轨道, m=-2,-1,0,+1,+2有五个伸展方向。角度分布图角度分布图 电子云是空间某单位体积内找到电子的电子云是空间某单位体积内找到电子的概率分布的图形，概率分布的图形，故也称为概率密度概率密度。yxbyxayxb概率密度:), r (2n,l,m电子云角度分布立体示意图电子云角度分布立体示意图l径向分布径向分布-R（r）对）对r作图作图壳层概率：电子在离核半径为壳层概率：电子在离核半径为r，厚度为，厚度为dr的薄的薄球壳层中出现的概率。球壳层中出现的概率。drr4d222电子云的径向分布：电子云的径向分布：2s3srr3s3p3d电子云的径向分布示

24、意图 径向分布峰数：径向分布峰数：n-l 个；个； l相同，相同，n不同，主峰随不同，主峰随n增大而离核渐远；增大而离核渐远； l相同，相同，n大的小峰可以伸入到大的小峰可以伸入到n小的各峰之间，甚至深入到原子小的各峰之间，甚至深入到原子核附近；核附近； n n相同，相同，l l越小的轨道，第一个小峰离原子核的距离越近。越小的轨道，第一个小峰离原子核的距离越近。6.3 基态原子核外电子排布基态原子核外电子排布6.3.1 原子轨道能级原子轨道能级1. 单电子原子的轨道能级单电子原子的轨道能级 单电子原子轨道能量由主量子数单电子原子轨道能量由主量子数n确定，即同一确定，即同一电子层中，不同亚层的轨

25、道具有相同的能量（兼并）。电子层中，不同亚层的轨道具有相同的能量（兼并）。E4s =E4p = E4d = E4fE1s E2s E3s E4s2. 多电子原子轨道能级多电子原子轨道能级利用利用中心力场模型中心力场模型做近似做近似 建立多电子原子波动方程建立多电子原子波动方程 对于一个指定原子，模型将所有其它电子对该电子的排斥作对于一个指定原子，模型将所有其它电子对该电子的排斥作用看作球形对称，这种排斥作用减弱了原子核对该电子的作用力。用看作球形对称，这种排斥作用减弱了原子核对该电子的作用力。 求解波动方程，得波函数和轨道能级，得到波函数的求解波动方程，得波函数和轨道能级，得到波函数的形状、空

26、间分布与单电子原子大致相同，形状、空间分布与单电子原子大致相同，而轨道能级相当而轨道能级相当复杂。复杂。 电子之间的排斥作用，使得主量子数相同的电子之间的排斥作用，使得主量子数相同的各轨道能量不再相同。轨道能量由各轨道能量不再相同。轨道能量由n,l共同决定。共同决定。（1）鲍林近似能级图）鲍林近似能级图多电子原子轨道的近似能级图多电子原子轨道的近似能级图 n 值相同时值相同时,轨道能级则由轨道能级则由 l 值决定值决定, 例例: E(4s) E(4p) E(4d) E(4f ). 这种现象叫这种现象叫能级分裂能级分裂. l 值相同时值相同时, 轨道能级只由轨道能级只由 n 值决定值决定, 例例

27、: E(1s) E(2s) E(3s) E(4s ) n和和l都不同时可能出现都不同时可能出现能级交错能级交错现象现象. . 例如第四能级组的例如第四能级组的E(4s) E(3d) E(4p)n + 0.7l 规则规则 反映了多电子原子中原子轨道能量的高低，并不代表反映了多电子原子中原子轨道能量的高低，并不代表 所有元素的原子轨道能级高低都按此顺序排列。所有元素的原子轨道能级高低都按此顺序排列。（1）鲍林近似能级图）鲍林近似能级图多电子原子轨道的近似能级图多电子原子轨道的近似能级图科顿的原子轨道能量与原子序数关系图科顿的原子轨道能量与原子序数关系图屏蔽效应：屏蔽效应： 电子之间的斥力，减弱了原

28、子核对电子的吸引作用而电子之间的斥力，减弱了原子核对电子的吸引作用而引起作用在电子上的有效核电荷降低。引起作用在电子上的有效核电荷降低。（2） 屏蔽效应和钻穿效应对轨道能级的影响屏蔽效应和钻穿效应对轨道能级的影响l 屏蔽效应使主量子数相同，角量子数不同的轨道能量屏蔽效应使主量子数相同，角量子数不同的轨道能量不同，产生能级分裂。不同，产生能级分裂。E4s E4p E4d np nd nf光谱实验结果：光谱实验结果：EnsEnpEnd 过渡元素过渡元素 内过渡元素内过渡元素 第第3周期前周期前7个元素平均减小个元素平均减小: r(Na) - r(Cl)/6 = 191 pm - 99 pm/6 =

29、 15.3 pm 第一过渡系第一过渡系10个元素平均减小个元素平均减小: r(Sc) - r(Zn)/9 = 164 pm - 137 pm/9 = 3.0 pm 镧系镧系15个元素平均减小个元素平均减小: r(La) - r(Lu)/14 = 188 pm - 173pm/14 = 1.1 pm同周期原子半径的变化趋势同周期原子半径的变化趋势 ( (三三) )内过渡元素有镧系收缩效应内过渡元素有镧系收缩效应(Effects of the lanthanide contraction )镧系中相邻元素的半径十分接近镧系中相邻元素的半径十分接近, 用普通的化学方法用普通的化学方法将很难分离将很难

30、分离.使第使第5、6两周期的同族过渡元素（如两周期的同族过渡元素（如Zr-Hf, Nb-Ta等）性质极为相似，往往导致在自然界共生，而且相互分离不易等）性质极为相似，往往导致在自然界共生，而且相互分离不易.同族元素原子半径的变化趋势同族元素原子半径的变化趋势 同族元素原子半径自上而下增大同族元素原子半径自上而下增大: 电子层依次增加电子层依次增加, 电子运动空电子运动空间增大，半径逐渐增大，有效核电荷的影响退居次要地位间增大，半径逐渐增大，有效核电荷的影响退居次要地位. 第第6周期过渡元素周期过渡元素(如如Hf, Ta)的原子半径与第的原子半径与第5周期同族元素周期同族元素(如如Zr,Nb)相

31、比几乎没有增大相比几乎没有增大, 这是镧系收缩的重要效应之一这是镧系收缩的重要效应之一.6.4.3 元素性质的周期性变化元素性质的周期性变化1. 元素的元素的电离能电离能 基态基态气体气体原子原子失去最外层一个电子成为气态失去最外层一个电子成为气态+1价离子所需的最小能量叫第一电离能价离子所需的最小能量叫第一电离能, 再从正再从正离子相继逐个失去电子所需的最小能量则叫第二、离子相继逐个失去电子所需的最小能量则叫第二、第三、第三、电离能电离能. 各级电离能符号分别用各级电离能符号分别用I1、I2、I3 等表示等表示, 单位单位kJ/mol, 它们的数值关系为它们的数值关系为I1I2I3. 元素的

32、电离能反映了元素气态原子失去元素的电离能反映了元素气态原子失去电子的能力，元素的第一电离能越小，说明电子的能力，元素的第一电离能越小，说明原子越容易失去电子，该元素的金属性越强，原子越容易失去电子，该元素的金属性越强，反之，金属性越弱。反之，金属性越弱。 电离能的大小取决于原子的电离能的大小取决于原子的电子层结电子层结构，有效电荷，原子半径。构，有效电荷，原子半径。电离能大小的比较：电离能大小的比较：一般规律：一般规律：同周期主族元素，自左至右电离能逐渐增大，元素从同周期主族元素，自左至右电离能逐渐增大，元素从 强的金属性变化为非金属性；强的金属性变化为非金属性；同系列过渡元素，自左至右电离能

33、不规则地升高；同系列过渡元素，自左至右电离能不规则地升高；同一主族和同一主族和0族元素，自上而下电离能逐渐减族元素，自上而下电离能逐渐减小，金属性增强。小，金属性增强。特殊性：特殊性： 主族元素中，主族元素中，I1(Be) I1(B), I1(Mg) I1(Al); I1(N) I1(O), I1(P) I1(S)原子的外层电子影响的结果：原子的外层电子影响的结果：Be: 2s2, B:2s22p1N: 2s22p3, O: 2s22p4同副族过渡元素，从第一系列至第二系列，第同副族过渡元素，从第一系列至第二系列，第一电离能减小，金属性增强；而从一电离能减小，金属性增强；而从B副族开副族开始，

34、第二至第三系列过渡元素的第一电离能明始，第二至第三系列过渡元素的第一电离能明显增大，出现很多不活泼的金属：显增大，出现很多不活泼的金属：Hg, Au, Pt, Ir, Os, Re, W, Ta（镧系收缩）（镧系收缩）2. 元素的电子亲合能元素的电子亲合能 电子亲合能是指一个气态原子得到一个电子亲合能是指一个气态原子得到一个电子形成负离子时放出的能量电子形成负离子时放出的能量, 常以符号常以符号E表示表示. 像电离能一样像电离能一样, 电子亲合能也有第一、电子亲合能也有第一、第二、第二、之分；之分；E1为正值，其余为负值。为正值，其余为负值。 元素的电子亲合能越大，元素的气态原子获元素的电子亲

35、合能越大，元素的气态原子获得电子生成负离子的倾向越大，非金属性越强。得电子生成负离子的倾向越大，非金属性越强。活泼非金属较大的电离能和电子亲合能，易活泼非金属较大的电离能和电子亲合能，易 得到电子形成负离子；得到电子形成负离子；活泼金属活泼金属较小的电离能和电子亲合能，易失去较小的电离能和电子亲合能，易失去 电子形成正离子。电子形成正离子。一般规律：一般规律：3. 电负性电负性 电负性是元素的原子在分子中吸引成键电子的能电负性是元素的原子在分子中吸引成键电子的能力，规定电负性最大的力，规定电负性最大的F原子的电负性为原子的电负性为4.0， Li原子原子的电负性为的电负性为1.0，依此为标准，求

36、得其它元素原子的电，依此为标准，求得其它元素原子的电负性。负性。电负性是一个相对数值，电负性是一个相对数值，用用表示表示。 电负性越大，原子电负性越大，原子 对成键电子的吸引能力越强。对成键电子的吸引能力越强。电离能和电子亲合能并不总是一致H2.1Li1.0Be1.5B2.0C2.5N3.0O3.5F4.0Na0.9Mg1.2Al1.5Si1.8P2.1S2.5Cl3.0K0.8Ca1.0Sc1.3Ti1.5V1.6Cr1.6Mn1.5Fe1.8Co1.9Ni1.9Cu1.9Zn1.6Ga1.6Ge1.8As2.0Se2.4Br2.8Rb0.8Sr1.0Y1.2Zr1.4Nb1.6Mo1.8T

37、e1.9Ru2.2Rh2.2Pd2.2Ag1.9Cd1.7In1.7Sn1.8Sb1.9Te2.1I2.5Cs0.7Ba0.9La-Lu1.01.2Hf1.3Ta1.5W1.7Re1.9Os2.2Ir2.2Pt2.2Au2.4Hg1.9Tl1.8Pb1.9Bi1.9元素的元素的Pauling电负性电负性 在同一周期中，从左到右电负性增加；在同一周期中，从左到右电负性增加； 在同一族中，自上而下电负性逐渐下降。在同一族中，自上而下电负性逐渐下降。 氧化数是指化学实体中某元素一个氧化数是指化学实体中某元素一个原子的荷电数，这种荷电数是假设把每原子的荷电数，这种荷电数是假设把每个键中的电子制定给电负

38、性较大的原子，个键中的电子制定给电负性较大的原子，从而得到的某原子在化合状态时的形式从而得到的某原子在化合状态时的形式电荷数。电荷数。4. 氧化数氧化数氧化数的计算规则：氧化数的计算规则：1. 单质中原子的氧化数为单质中原子的氧化数为0；2. 单原子离子的氧化数等于它的荷电数，单原子离子的氧化数等于它的荷电数，Na+, Mg2+, Cl- 等于等于+1，+2，-1；3. H在化合物中氧化数一般为在化合物中氧化数一般为+1， 但与活泼金但与活泼金 属生成的离子型氢化物中为属生成的离子型氢化物中为-1， 如如 NaH, CaH2;4. O在化合物中的氧化数一般为在化合物中的氧化数一般为-2， 在在

39、OF2中为中为+2， 在过氧化物中为在过氧化物中为-1 （ H2O2），超氧化物中为），超氧化物中为 -1/2(KO2)5. 化合物中各原子氧化数的代数和等于化合物中各原子氧化数的代数和等于 0，多原子离子中各原子氧化数的代数，多原子离子中各原子氧化数的代数 和等于多原子离子所带电荷数。和等于多原子离子所带电荷数。IA+1IIAIIIAIVA VAVIAVIIA+2+3-4+4-3+1+3+5-2+4+6-1+1+5+7IIIB IVB VB VIB VIIBVIIIIBIIB+3+2+4+3+5+3+6+2+7+2+3+8+1+2+3+2+3+1+4+2+5+3+6+4元素的氧化值元素的氧化

40、值主族元素的最高氧化数等于族序号主族元素的最高氧化数等于族序号N；p区元素能形成多种氧化态的化合物，最低氧化数为区元素能形成多种氧化态的化合物，最低氧化数为N-8;过渡元素都是金属元素，过渡元素都是金属元素，d,s电子都是价电子，最高氧化数等于电子都是价电子，最高氧化数等于族序数。族序数。一般规律：一般规律：A-ns1: +1A-ns2: +2原子半径增大原子半径增大金属性、还原性增强金属性、还原性增强电离能、电负性减小电离能、电负性减小原子半径减小原子半径减小金属性、还原性减弱金属性、还原性减弱电离能、电负性增大电离能、电负性增大都是最活泼的金属都是最活泼的金属形成的化合物大多是离子型的形成

41、的化合物大多是离子型的通常只有一种稳定的氧化态通常只有一种稳定的氧化态同一族自上而下性质的变化有规律同一族自上而下性质的变化有规律23)LiAl(SiO锂辉石锂辉石:83OAlSiNa钠长石钠长石:83OAlSiKO6HMgClKCl22O3H)(SOK(AlO)2243钾长石钾长石:光卤石光卤石:明矾石明矾石:6323)(SiOAlBe绿柱石绿柱石:菱镁矿菱镁矿:3MgCO石石 膏膏:O2HCaSO24大理石大理石:3CaCO萤萤 石石:2CaF天青石天青石:4SrSO重晶石重晶石:4BaSO本区元素在自然界中均以矿物形式存在本区元素在自然界中均以矿物形式存在:LiNa KRbCsBeMgC

42、a SrBa 单质都有金属光泽，密度小，硬度小，熔点单质都有金属光泽，密度小，硬度小，熔点低，导电、导热性好的特点低，导电、导热性好的特点. 右图给出的是右图给出的是18-冠冠-6，18和和6分别表示环原子分别表示环原子数和环氧原子数，距离最近的数和环氧原子数，距离最近的 O 原子间以原子间以 -CH2-CH2- 相桥联相桥联.冠醚冠醚 与碱金属离子形成相对稳定的配与碱金属离子形成相对稳定的配合物，碱金属合物，碱金属18-冠冠-6配合物在非水溶液中几乎能配合物在非水溶液中几乎能无限期稳定存在无限期稳定存在. 右图给出的新配合物中含有和两种杂原子，由右图给出的新配合物中含有和两种杂原子，由于分子

43、结构型似地穴，故取名穴醚于分子结构型似地穴，故取名穴醚 (cryptant) .碱金碱金属阳离子的穴醚配合物比冠醚配合物更稳定，甚至属阳离子的穴醚配合物比冠醚配合物更稳定，甚至能存在于水溶液中能存在于水溶液中. 这显然与穴醚更接近于实现对这显然与穴醚更接近于实现对金属离子的完全包封有关金属离子的完全包封有关. 冠醚和穴醚统称为大环配位化合物冠醚和穴醚统称为大环配位化合物 (macrocyclic coordination compound). 作为配位体的冠醚和穴醚，不同大小、不同形状的穴作为配位体的冠醚和穴醚，不同大小、不同形状的穴腔对碱金属阳离子具有选择性腔对碱金属阳离子具有选择性.穴醚几

44、乎能够实现对穴醚几乎能够实现对K+和和Na+离子的离子的完全分离，选择性可高达完全分离，选择性可高达 105 ：1.冠醚冠醚 (crown ether) 穴醚穴醚 (cryptant)A-ns2np1: +3A- ns2np2: C: +4, -4;Si: +2, +4, -4;Ge: +2, +4;Sn: +2,+4A AA AAAAA-ns2np3N: -3, 0, +3, +5P, As, Sb: +3,+5 (-3)A AA AAAAA: ns2np4O: -2 (-1)S: -2,+4,+6 (+2)Se,Sb: +4,+6 A AA AAAAA- ns2np5F: -1Cl: -1,+5 (+1,+3,+7)Br: -1,+5 ( +1,+3,+7)I: -1,+5 (+1,+3,+7)0族元素：族元素： ns2np6纳米半导体材料纳米半导体材料太阳电池材料太阳电池材料光子带隙材料光子带隙材料硅单晶材料硅单晶材料分子筛分子筛碳碳- -碳复合材料碳复合材料高能燃料高能燃料人造金刚石人造金刚石BBBBBBBBBBB （B B）BBB-(n-1B-(n-1）d d1 1nsns2 2 :+3:+3 B-(n-1B-(n-1）d d2 2nsns2 2 : +3,+4, :