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文档简介
第一节原子与元素无机化学多媒体电子教案
第五章原子结构和元素周期性
第一节原子与元素12/22/20221课件第一节原子与元素无机化学多媒体电子教案第五章原子结构和5-1-3原子轨道能级5-1-3原子轨道能级日光通过棱镜分光,可得到红、橙、黄、绿、青、蓝、紫连续变化的谱带装有低压高纯H2(g)的放电管所发出的光,通过棱镜分光后,在可见光区波长范围内,可以观察到不连续的四条谱线aa为连续光谱氢原子光谱
δγβαnm410.2434.1486.1656.3aaHHHH为带状光谱12/22/20222课件5-1-3原子轨道能级5-1-3原子轨道能级日光通过棱镜氢原子中的电子在原子核周围有确定半径和能量的圆形轨道中运动。电子在这些轨道上运动不吸收能量或放出能量波尔氢原子模型nEn/J1-2.17910-18
2-5.4510-19
3-2.4210-19
4-1.3610-19
5
-8.7210-20
6-6.0510-20
n越小,离核越近,轨道能量越低,势能值越负n12/22/20223课件氢原子中的电子在原子核周围有确定半径和能量的圆形轨道中运动。处于激发态的电子不稳定,要跳回到能量较低的轨道,以光的形式放出能量(即光谱谱线对应的能量)正常状态下,原子中的电子尽可能在离核最近、能量最低的轨道上运动(基态)波尔氢原子模型基态激发态(电子处于能量较高的状态)吸收能量(跃迁)放出能量En(2)-En(1)=hν
h—Planck常数ν—光的频率12/22/20224课件处于激发态的电子不稳定,要跳回到能量较低的轨道,以光的形0-0.445-0.605-0.872-1.36-2.42-5.45-21.79E/10-19J∞7654321n121.6nm120.6nm97.25nm94.98nm93.78nm93.14nm656.5nm486.1nm434.1nm410.2nm397.2nmHHHHHαβγδε如氢原子光谱中的Hα线En2-En1=hν
h—Planck常数ν—光的频率
ν===4.571014s-1
En3-En2
-2.4210-19J-(-5.4510-19J)
h
6.62610-34J·s
λ3→2===656.5nm
ν3→24.571014s-1
c(光速)3108m·s-1
12/22/20225课件0E/10-19J∞7n121.6nm12严重的局限性。只能解释单电子原子(或离子)光谱的一般现象,不能解释多电子原子光谱成功地解释了氢原子和类氢原子(如He+、Li2+)的光谱现象,推动了原子结构的发展
波尔氢原子模型波尔理论的缺陷,促使人们去研究和建立能描述原子内电子运动规律的量子力学原子模型12/22/20226课件严重的局限性。只能解释单电子原子(或成功地解释了氢原子和类第二节原子结构的近代概念第五章原子结构和元素周期性第二节原子结构的近代概念无机化学多媒体电子教案
12/22/20227课件第二节原子结构的近代概念第五章原子结构和元素周期性原子结构的近代概念电子的波粒二象性概率和概率密度原子轨道电子云量子数12/22/20228课件原子结构的近代概念电子的波粒二象性12/17/20228课件5.2.1电子的波粒二象性20世纪初人们已经发现,光不仅有微粒的性质,而且有波动的性质,即具有波粒二象性。1924年,LouisdeBroglie(德布罗意)认为:质量为m,运动速度为υ的粒子,相应的波长为:λ=h/mυ=h/p,h=6.626×10-34J·s,Plank常量。1927年,Davissson和Germer应用Ni晶体进行电子衍射实验,证实电子具有波动性。12/22/20229课件5.2.1电子的波粒二象性20世纪初人们5.2.2概率和概率密度概率:电子在原子核外空间某处出现的机率。量子力学认为,原子中个别电子运动的轨迹是无法确定的,亦即没有确定的轨道,这一点是与经典力学有原则的差别。但是原子中电子在原子核外的分布还是有规律的:核外空间某些区域电子出现的概率较大,而另一些区域电子出现的概率较小。概率密度:电子在原子核外空间某处单位体积内出现的概率。12/22/202210课件5.2.2概率和概率密度概率:电子在原子核外空间某处出现5.2.3原子轨道1.波函数SchrÖdinger方程12/22/202211课件5.2.3原子轨道1.波函数SchrÖdinger方程直角坐标(x,y,z)与球坐标(r,θ,φ)的转换222zyxr++=cosrz=qsinsinry=φqcossinrx=φq()()φq,,
,,
rΨzyxΨ()()φq,YrR=12/22/202212课件直角坐标(x,y,z)与球坐标(r,θ,φ)的转换222在量子力学中是用波函数和与其对应的能量来描述微观粒子的运动状态的.
原子中电子的波函数ψ既然是描述电子云运动状态的数学表达式,而且又是空间坐标的函数,其空间图象可以形象地理解为电子运动的空间范围,俗称”原子轨道”.为了避免与经典力学中的玻尔轨道相混淆,又称为原子轨函(原子轨道函数之意),亦即波函数的空间图象就是原子轨道,原子轨道的数学表达式就是波函数.12/22/202213课件在量子力学中是用波函数和与其对应的能量来描述波函数的物理意义Ψ2:原子核外出现电子的概率密度。电子云是电子出现概率密度的形象化描述。12/22/202214课件波函数的物理意义Ψ2:原子核外出现电子的概率密度。2.原子轨道角度分布图将波函数的角度分布部分(Y)作图,所得的图象就称为原子轨道的角度分布图。如氢原子的1s轨道的波函数为:
Ψ1s=(1/πa03)1/2e-r/a0其中径向部分为:R10(r)=2(1/a0)3/2*e-r/a0角度部分为:Y00=(1/4π)1/212/22/202215课件2.原子轨道角度分布图将波函数的角度分布对于2p轨道12/22/202216课件对于2p轨道12/17/202216课件+-30°60°θ12/22/202217课件+-30°60°θ12/17/202217课件12/22/202218课件12/17/202218课件5.2.4电子云1.概率密度在光的波动方程中,ψ代表电磁波的电磁场强度。由于:光的强度∝光子数目/V(体积)=光子密度而光的强度又与电磁场强度(ψ)的绝对值成正比:光的强度∝|ψ|2所以,光子密度是与|ψ|2成正比的。同理,在原子核外某处空间,电子出现的概率密度(ρ)也是和电子在该处的强度(ψ)的绝对值平方成正比的:ρ∝|ψ|212/22/202219课件5.2.4电子云1.概率密度在光的波动2.电子云为了形象地表示核外电子运动的概率分布情况,化学上惯用小黑点分布的疏密表示电子出现概率密度的相对大小。小黑点较密的地方,表示概率密度较大,单位体积内电子出现的机会多。用这种方法来描述电子在核外出现的概率密度分布所得的空间图象称为电子云。12/22/202220课件2.电子云为了形象地表示核外电子运动的概既然概率密度可直接用|Ψ|2来表示,那么以|Ψ|2作图可得到电子云的近似图像。为作图方便讲|Ψ|2分为角度部分|Y|2和径向部分R2。|Y|2的图像称为电子云角度分布图。12/22/202221课件既然概率密度可直接用|Ψ|2来表示,那么以|Ψ电子云角度分布图与原子轨道角度分布图相似,但有两点不同:(1)原子轨道分布图有正、负之分,而电子云角度分布图均为正值;(2)电子云角度分布图比原子轨道角度分布图瘦些,这是因为Y值小于1,所以|Y|2更小。12/22/202222课件电子云角度分布图与原子轨道角度分布图相似,但有n=3,l=2,m=012/22/202223课件n=3,l=2,m=012/17/202223课件n=3,l=212/22/202224课件n=3,l=212/17/202224课件n=3,l=212/22/202225课件n=3,l=212/17/202225课件n=3,l=212/22/202226课件n=3,l=212/17/202226课件n=3,l=212/22/202227课件n=3,l=212/17/202227课件5.2.5量子数1.主量子数(n)主量子数(n)12345电子层:第一层第二层第三层第四层第五层电子层符号:KLMNOn值越小,该电子层离核越近,其能级越低。n值越大,该电子层离核越远,其能级越高。主量子数(n)为正整数。12/22/202228课件5.2.5量子数1.主量子数(n)主量子数(n)2.副量子数(l)
n值确定后,副量子数(l)可为零到(n-1)的正整数。其中每一个l值代表一个电子亚层,也代表原子轨道的一种形状。副量子数(l):012345电子亚层符号:spdfgh对于多电子来说,同一电子层中的l值越小,该电子亚层的能级越低。12/22/202229课件2.副量子数(l)n值确定后,副量子数3.磁量子数(m)
磁量子数(m)的取值决定于l值,可取(2l+1)个从-l到+l(包括零在内)的整数。每一个m值代表一个具有某种空间取向的原子轨道。4.自旋量子数(ms)自旋量子数(ms)只有+1/2或-1/2这两个数值,其中每一个值表示电子的一种自旋方向(如顺时针或逆时针方向)。12/22/202230课件3.磁量子数(m)磁量子数(m)的取值决定第三节原子中电子的分布第五章原子结构和元素周期性
第三节原子中电子的分布无机化学多媒体电子教案
12/22/202231课件第三节原子中电子的分布第五章原子结构和元素周期性5-3-1基态原子中电子分布原理5-3-1基态原子中电子的分布原理泡利不相容原理——每一个原子轨道,最多只能容纳两个自旋方向相反的电子.能量最低原理——原子为基态时,电子尽可能地分布在能级较低的轨道上,使原子处于能级最低状态.洪德规则——在同一亚层的等价轨道中电子尽可能地单独分布在不同的轨道上,且自旋方向相同.如7N1s22s22p31s2s2p12/22/202232课件5-3-1基态原子中电子分布原理5-3-1基态原子中电子的5-3-2多电子原子轨道的能级5-3-2多电子原子轨道的能级6s5s4s3s2s1s6p5p4p3p2p5d4d3d4fPONMLK1s2p2s3p3s4p3d4s5p4d5s6p5d4f6s1.能级K<L<M<N<O<P3.同一原子,不同电子亚层有能级交错现象如E5s<E4d<E5p
2.同一电子层:
Ens<Enp<End<Enf
近似能级图12/22/202233课件5-3-2多电子原子轨道的能级5-3-2多电子原子轨道的它是从周期系中各元素原子轨道图中归纳出的一般规律,不能反映每种元素原子轨道能级的相对高低,所以是近似的。对近似能级图的几点说明只能反映同一原子内各原子轨道能级的相对高低,不能比较不同元素原子轨道。
只能反映同一原子外电子层中原子轨道能级的相对高低,不能反映内电子层中原子轨道能级的相对高低。电子在轨道上的能级与原子序数有关。12/22/202234课件它是从周期系中各元素原子轨道图中归纳出的一般规律,不能反映每5-3-3基态原子中电子的分布5-3-3基态原子中电子的分布(2)2s(4)3s(1)1s(6)4s(9)5s(16)7s(3)2p(12)6s(5)3p(8)4p(11)5p(15)6p(19)7p(7)3d(10)4d(14)5d(18)6d(13)4f(17)5f应用核外电子填入轨道顺序图,根据泡利不相容原理、能量最低原理、洪德规则,可以写出元素原子的核外电子分布式.如19K1s22s22p63s23p64s1
26Fe1s22s22p63s23p63d64s2核外电子填入轨道的顺序12/22/202235课件5-3-3基态原子中电子的分布5-3-3基态原子中电子的19种元素原子的外层电子分布有例外基态原子电子分布其中:29Cu1s22s22p63s23p63d104s1全充满24Cr1s22s22p63s23p63d54s1半充满同样有:46Pd、47Ag、79Au同样有:42Mo、64Gd、96Cm当电子分布为全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)、全空(p0、d0、f0)时,原子结构较稳定
例外的还有:41Nb、44Ru、45Rh、57La、58Ce、78Pt、89Ac、90Th、91Pa、92U、93Np12/22/202236课件19种元素原子的外层电子分布有例外基态原子电子分布其中:2基态原子的价层电子构型价层——价电子所在的亚层价层电子构型——指价层的电子分布式ⅠA0一11s1ⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA21s2二345678910三1112ⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡB131415161718四192021222324252627282930313233343536五373839404142434445464748495051525354六555671727374757677787980818283848586ns1~2
(n-1)d1~9ns1~2
ns2np1~6(n-1)d10ns1~212/22/202237课件基态原子的价层电子构型价层——价电子所在的亚层ⅠA0一15-3-4简单基态阳离子的电子分布基态原子外层电子填充顺序:→ns→(n-2)f→(n-1)d→np价电子电离顺序:→np→ns→(n-1)d→(n-2)f5-3-4
简单基态阳离子的电子分布例26Fe1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2
Fe2+1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6原子实——原子中除去最高能级组以外的原子实体经验规律12/22/202238课件5-3-4简单基态阳离子的电子分布基态原子外层电子填充顺序5-3-5元素周期系与核外电子分布的关系ⅠA0一1
ⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA2
二345678910三1112ⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡB131415161718四192021222324252627282930313233343536五373839404142434445464748495051525354六555671*727374757677787980818283848586七8788103*1041051061071081091101111125-3-5元素周期系与核外电子分布的关系镧系575859606162636465666768697071锕系8990919293949596979899100101102103Sddspfns1~2
(n-1)d1~9ns1~2
(n-1)d10ns1~2ns2np1~6
(n-2)f0~14(n-1)d0~2ns2
最后一个电子一般填入次外层d亚层区最后一个电子一般填入次外层d亚层最后一个电子填入s亚层12/22/202239课件5-3-5元素周期系与核外电子分布的关系ⅠA0一1ⅡAⅢAⅠA0一1
ⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA2
二345678910三1112ⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡB131415161718四192021222324252627282930313233343536五373839404142434445464748495051525354六555671*727374757677787980818283848586七8788103*1041051061071081091101111125-3-5元素周期系与核外电子分布的关系镧系575859606162636465666768697071锕系8990919293949596979899100101102103Sddspfns1~2
(n-1)d1~9ns1~2
(n-1)d10ns1~2ns2np1~6
(n-2)f0~14(n-1)d0~2ns2
区最后一个电子填入外层p亚层最后一个电子一般填入外数第三层f亚层12/22/202240课件ⅠA0一1ⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA2二3456789105-3-5元素周期系与核外电子分布的关系区根据最后一个电子填入的亚层确定最后一个电子填入的亚层区最外层的s亚层s最外层的p亚层p一般为次外层的d亚层d一般为次外层的d亚层,且为d10ds一般为外数第三层的f亚层f12/22/202241课件5-3-5元素周期系与核外电子分布的关系区根据最后一个电子填5-3-5元素周期系与核外电子分布的关系族根据区和最外层、次外层电子数确定区族s、p主族(A),族数=最外层电子数d副族(B)族数=(最外层+次外层d)电子数ds副族(B),族数=最外层电子数f镧系、锕系
12/22/202242课件5-3-5元素周期系与核外电子分布的关系族根据区和最外层、次5-3-6元素周期表5-3-6元素周期表元素在周期表的位置(周期、区、族)取决于该元素原子核外电子的分布例20Ca写出电子排布式1s22s22p63s23p64s2周期数=电子层数第四周期最后一个电子填入s亚层s区元素族数=最外层电子数=2ⅡA
Ca为第四周期、ⅡA族元素12/22/202243课件5-3-6元素周期表5-3-6元素周期表元素在周期表的位置元素在周期表的位置(周期、区、族)取决于该元素原子核外电子的分布例24Cr写出电子排布式1s22s22p63s23p63d54s1周期数=电子层数第四周期最后一个电子填入次外层d亚层d区元素族数=(最外层+次外层d)电子数=(1+5)=6ⅥBCr为第四周期、ⅥB族元素12/22/202244课件元素在周期表的位置(周期、区、族)取决于该元素原子核外电子的元素在周期表的位置(周期、区、族)取决于该元素原子核外电子的分布例47Ag写出电子排布式[Kr]4d105s1周期数=电子层数第五周期最后一个电子填入次外层d亚层,而d电子数为10ds区元素族数=最外层电子数=1IBAg为第五周期、IB族元素12/22/202245课件元素在周期表的位置(周期、区、族)取决于该元素原子核外电子的元素在周期表的位置(周期、区、族)取决于该元素原子核外电子的分布例已知某副族元素A原子,最后一个电子填入3d轨道,族号=3电子排布式1s22s22p63s23p63d14s2周期数=电子层数=4最后一个电子填入次外层d亚层为d区元素,最外层电子数=2族数=电子数(最外层+次外层d)=3则d电子数=3-2=112/22/202246课件元素在周期表的位置(周期、区、族)取决于该元素原子核外电子的第二节原子结构的近代概念第五章原子结构和元素周期性第三节结束
无机化学多媒体电子教案
12/22/202247课件第二节原子结构的近代概念第五章原子结构和元素周期性第第四节原子性质的周期性第五章原子结构和元素周期性第四节原子性质的周期性无机化学多媒体电子教案
12/22/202248课件第四节原子性质的周期性第五章原子结构和元素周期性原子的电子层结构随核电荷的递增呈周期性变化,促使原子的某些性质呈周期性变化
如原子半径、电离能、电子亲合能、电负性12/22/202249课件原子的电子层结构随核电荷的递增呈周期性变化,促使原子的某些5-4-1原子半径5-4-1原子半径共价半径——两个相同原子形成共价键时,其核间距离的一半定义d=198pmr(Cl)=99pmd=154pmr(C)=77pm12/22/202250课件5-4-1原子半径5-4-1原子半径共价半径——两个相同5-4-1原子半径金属半径——金属单质晶体中,两个相邻金属原子核间距离的一半定义d=256pmr(Cu)=128pm12/22/202251课件5-4-1原子半径金属半径——金属单质晶体中,两个相邻定5-4-1原子半径范德华半径——分子晶体中,两个相邻分子核间距离的一半定义d=320pmr(Ne)=160pm12/22/202252课件5-4-1原子半径范德华半径——分子晶体中,两个相邻定义变化规律IA0一H37IIAⅢAIVAⅤAVIAⅦAHe122二Li152Be111B88C77N70O66F64Ne160三Na168Mg160ⅢBIVBVBVIBⅦBⅧIBIIBAl143Si117P110S104Cl99Ar191四K227Ca197Sc161Ti145V132Cr125Mn124Fe124Co125Ni125Cu128Zn133Ga122Ge122As121Se117Br114Kr198五Rb248Sr215Y181Zr160Nb143Mo136Tc136Ru133Rh135Pa138Ag144Cd149In163Sn141Sb141Te137I133Xe217六Cs265Ba217La173Hf159Ta143W137Re137Os134Ir136Pt136Au144Hg160Tl170Pb175Bi155Po153AtRn非金属为共价半径、金属为金属半径、稀有气体为范德华半径12/22/202253课件变化规律IA0一HIIAⅢAIVAⅤAVIAⅦAHe二L26021016011060原子半径/pm族号同一周期的d区元素,自左到右,随核电荷的增加,原子半径略有减小。IB族开始,反而有所增加12/22/202254课件260原子半径/pm族号同一周期的d区元素,自左到右,镧系元素,自左到右,随核电荷的增加,原子半径总的趋势缓慢减小,即镧系收缩210200190180170原子半径/pm原子序数铕4f76s212/22/202255课件镧系元素,自左到右,随核电荷的增加,原子半径总的趋势缓26021016011060原子半径/pm族号由于镧系收缩,至使后面五、六周期同族元素(如Zr与Hf、Nb与Ta、Mo与W)性质极为相似12/22/202256课件260原子半径/pm族号由于镧系收缩,至使后面五、六周期同26021016011060原子半径/pm族号同一主族元素,自上往下,原子半径逐渐增大12/22/202257课件260原子半径/pm族号同一主族元素,自上往下,原子半径逐26021016011060原子半径/pm族号同一副族元素(除ⅢB外),自上往下,原子半径一般略有增大。五、六周期同族元素原子半径十分相似12/22/202258课件260原子半径/pm族号同一副族元素(除ⅢB外),自上往下5-4-2电离能和电子亲合能5-4-2电离能和电子亲合能第一电离能(I1)——基态的中性气态原子失去一个电子形成气态阳离子所需的能量Mg(g)-e-→Mg+(g)I1=H1=738kJ·mol-1
第二电离能(I2)——氧化数为+1的气态阳离子失去一个电子形成氧化数为+2的气态阳离子所需的能量Mg+(g)-e-→Mg2+(g)I2=H2=1451kJ·mol-1其余依次类推...基态气态原子失去电子变为气态阳离子,克服核电荷对电子的引力所消耗的能量电离能(I)12/22/202259课件5-4-2电离能和电子亲合能5-4-2电离能和电子亲合能气态原子失去电子变为气态阳离子,克服核电荷对电子的引力所消耗的能量电离能(I)Mg(g)-e-→Mg+(g)InIn/(kJ·mol-1)I1737.7I21450.7I37732.8I410540I513628I617905I721704I825856I1<I2<I3<I4<...Mg+(g)-e-→Mg2+(g)...电离能用来衡量气态原子失去电子的难易电离能越小,原子越易失去电子电离能越大,原子越难失去电子12/22/202260课件气态原子失去电子变为气态阳离子,克服核电荷对电子的引力所消耗电离能(I)2160186015601260960660360I1/(kJ·mol-1)原子序数HeNeLiXeNaArKrKRbCsHNPSbAs同一周期主族元素,从左到右,电离能逐渐增大同一周期副族元素,从左到右,电离能变化不规律12/22/202261课件电离能(I)2160I1/(kJ·mol-1)原子序数He电离能(I)2160186015601260960660360I1/(kJ·mol-1)原子序数HeNeLiXeNaArKrKRbCsHNPSbAs同一主族元素,从上往下,电离能逐渐减小同一副族元素,从上往下,电离能略有增大12/22/202262课件电离能(I)2160I1/(kJ·mol-1)原子序数He第一电子亲合能(EA1)——基态气态原子得到一个电子形成气态阴离子所放出的能量
O(g)+e-→O-(g)EA1=-141kJ·mol-1
第二电子亲合能(EA2)——氧化数为-1的气态阴离子得到一个电子形成氧化数为-2的气态阴离子所放出的能量O-(g)+e-→O2-(g)EA2=+780kJ·mol-1其余依次类推...基态气态原子得到电子变为气态阴离子,所放出的能量。电子亲合能(EA)电子亲合能用来衡量气态原子得电子的难易电子亲合能代数值越小,原子越易得到电子12/22/202263课件第一电子亲合能(EA1)——基态气态原子得到一个电子形成气态5-4-3电负性5-4-3电负性(χp)分子中元素原子吸引电子的能力以最活泼非金属元素原子χp(F)=4.0为基础,计算其它元素原子的电负性值。电负性越大,元素原子吸引电子能力越强,即元素原子越易得到电子,越难失去电子;电负性越小,元素原子吸引电子能力越弱,即元素原子越难得到电子,越易失去电子。
12/22/202264课件5-4-3电负性5-4-3电负性(χp)电负性ⅠA一H2.1ⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA二Li1.0Be1.5B2.0C2.5N3.0O3.5F4.0三Na0.9Mg1.2ⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡBAl1.5Si1.8P2.1S2.5Cl3.0四K0.8Ca1.0Sc1.3Ti1.5V1.6Cr1.6Mn1.5Fe1.8Co1.9Ni1.9Cu1.9Zn1.6Ga1.6Ge1.8As2.0Se2.4Br2.8五Rb0.8Sr1.0Y1.2Zr1.4Nb1.6Mo1.8Tc1.9Ru2.2Rh2.2Pa2.2Ag1.9Cd1.7In1.7Sn1.8Sb1.9Te2.1I2.5六Cs0.7Ba0.9Lu1.2Hf1.3Ta1.5W1.7Re1.9Os2.2Ir2.2Pt2.2Au2.4Hg1.9Tl1.8Pb1.9Bi1.9Po2.0At2.2说明:1.鲍林电负性是一个相对值,无单位2.现已有多套电负性数据,应尽可能采用同一套数据12/22/202265课件电负性ⅠA一HⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA二LiBeBC4.03.53.02.52.01.51.00.5χp原子序数HLiFNaBrClKIRbAtCs
同一周期,从左到右,电负性逐渐增大
同一主族,从上到下,电负性逐渐减小
同一副族,从上到下,
ⅢB~ⅤB电负性逐渐减小,ⅥB~ⅡB电负性逐渐增大12/22/202266课件4.0χp原子序数HLiFNaBrClKIRbAtCs5-4-4元素氧化数5-4-4元素的氧化数
主族元素氧化数:最高氧化数=价电子数=族号族价层电子构型价电子总数主要氧化数
最高氧化数ⅠAns11+1+1ⅡAns22+2+2ⅢAns2np13+3+3
ⅣAns2np24+4、+2+4ⅤAns2np35+5、+3+5ⅥAns2np46+6、+4、-2+6ⅦA
ns2np57+7、+5、+3、+1、-1+712/22/202267课件5-4-4元素氧化数5-4-4元素的氧化数主族元素氧化数5-4-4元素的氧化数
主族元素氧化数:最高氧化数=价电子数=族号族价层电子构型价电子总数主要氧化数
最高氧化数ⅠAns11+1+1ⅡAns22+2+2ⅢAns2np13+3+3
ⅣAns2np24+4、+2+4ⅤAns2np35+5、+3+5ⅥAns2np46+6、+4、-2+6ⅦA
ns2np57+7、+5、+3、+1、-1+712/22/202268课件5-4-4元素的氧化数主族元素氧化数:最高氧化数=价电子副族元素氧化数族ⅢBⅣBⅤBⅥB
ⅦB第四周期Sc
TiVCrMn价层电子构型3d14s23d24s23d34s23d44s23d54s2价电子数3
456
7最高氧化数
+3
+4+5+6+7ⅢB~ⅦB族:最高氧化数=价电子数=族数Ⅷ族、ⅠB族:氧化数变化不规律ⅡB族:最高氧化数=价电子数=族数=+212/22/202269课件副族元素氧化数族ⅢBⅣBⅤBⅥBⅦB第四周期ScTiVC5-4-5元素的金属性和非金属性5-4-5
元素的金属性和非金属性金属性——在化学反应中失去电子,变为低正氧化数阳离子的特性非金属性——在化学反应中得到电子,变为阴离子的特性判断金属性:电负性、电离能元素的电负性越小或电离能越小金属性越强非金属性:电负性、电子亲合能元素的电负性越大或电子亲合能越小非金属性越强12/22/202270课件5-4-5元素的金属性和非金属性5-4-5元素的金属性和非变化规律同一周期,从左到右,元素原子的电负性增大,元素的金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强。同一主族,自上而下,元素原子的电负性减小,元素的金属性逐渐增强,非金属性逐渐减弱。ⅢB~ⅤB,同一副族,自上而下,元素原子的电负性减小,金属性增强;VIB~ⅡB,同一副族,自上而下,元素原子的电负性增大,金属性减弱。12/22/202271课件变化规律同一周期,从左到右,元素原子的电负性增大,元素的金小结原子性质rIχ金属性非金属性主族元素同周期从左向右减小增大增大减弱增强同族自上而下显著增大减小减小增强减弱原子性质rIχ金属性副族元素同周期从左向右略有减小不规律增大减弱同族自上而下略有增大不规律ⅢB~ⅤB减小增强ⅣB~ⅡB增大减弱12/22/202272课件小结原子性质rIχ金属性非金属性主族元素同周期减增增第四节
结束
第五章原子结构和元素周期性第四节结束
无机化学多媒体电子教案
12/22/202273课件第四节结束
第五章原子结构和元素周期性第四节第一节原子与元素无机化学多媒体电子教案
第五章原子结构和元素周期性
第一节原子与元素12/22/202274课件第一节原子与元素无机化学多媒体电子教案第五章原子结构和5-1-3原子轨道能级5-1-3原子轨道能级日光通过棱镜分光,可得到红、橙、黄、绿、青、蓝、紫连续变化的谱带装有低压高纯H2(g)的放电管所发出的光,通过棱镜分光后,在可见光区波长范围内,可以观察到不连续的四条谱线aa为连续光谱氢原子光谱
δγβαnm410.2434.1486.1656.3aaHHHH为带状光谱12/22/202275课件5-1-3原子轨道能级5-1-3原子轨道能级日光通过棱镜氢原子中的电子在原子核周围有确定半径和能量的圆形轨道中运动。电子在这些轨道上运动不吸收能量或放出能量波尔氢原子模型nEn/J1-2.17910-18
2-5.4510-19
3-2.4210-19
4-1.3610-19
5
-8.7210-20
6-6.0510-20
n越小,离核越近,轨道能量越低,势能值越负n12/22/202276课件氢原子中的电子在原子核周围有确定半径和能量的圆形轨道中运动。处于激发态的电子不稳定,要跳回到能量较低的轨道,以光的形式放出能量(即光谱谱线对应的能量)正常状态下,原子中的电子尽可能在离核最近、能量最低的轨道上运动(基态)波尔氢原子模型基态激发态(电子处于能量较高的状态)吸收能量(跃迁)放出能量En(2)-En(1)=hν
h—Planck常数ν—光的频率12/22/202277课件处于激发态的电子不稳定,要跳回到能量较低的轨道,以光的形0-0.445-0.605-0.872-1.36-2.42-5.45-21.79E/10-19J∞7654321n121.6nm120.6nm97.25nm94.98nm93.78nm93.14nm656.5nm486.1nm434.1nm410.2nm397.2nmHHHHHαβγδε如氢原子光谱中的Hα线En2-En1=hν
h—Planck常数ν—光的频率
ν===4.571014s-1
En3-En2
-2.4210-19J-(-5.4510-19J)
h
6.62610-34J·s
λ3→2===656.5nm
ν3→24.571014s-1
c(光速)3108m·s-1
12/22/202278课件0E/10-19J∞7n121.6nm12严重的局限性。只能解释单电子原子(或离子)光谱的一般现象,不能解释多电子原子光谱成功地解释了氢原子和类氢原子(如He+、Li2+)的光谱现象,推动了原子结构的发展
波尔氢原子模型波尔理论的缺陷,促使人们去研究和建立能描述原子内电子运动规律的量子力学原子模型12/22/202279课件严重的局限性。只能解释单电子原子(或成功地解释了氢原子和类第二节原子结构的近代概念第五章原子结构和元素周期性第二节原子结构的近代概念无机化学多媒体电子教案
12/22/202280课件第二节原子结构的近代概念第五章原子结构和元素周期性原子结构的近代概念电子的波粒二象性概率和概率密度原子轨道电子云量子数12/22/202281课件原子结构的近代概念电子的波粒二象性12/17/20228课件5.2.1电子的波粒二象性20世纪初人们已经发现,光不仅有微粒的性质,而且有波动的性质,即具有波粒二象性。1924年,LouisdeBroglie(德布罗意)认为:质量为m,运动速度为υ的粒子,相应的波长为:λ=h/mυ=h/p,h=6.626×10-34J·s,Plank常量。1927年,Davissson和Germer应用Ni晶体进行电子衍射实验,证实电子具有波动性。12/22/202282课件5.2.1电子的波粒二象性20世纪初人们5.2.2概率和概率密度概率:电子在原子核外空间某处出现的机率。量子力学认为,原子中个别电子运动的轨迹是无法确定的,亦即没有确定的轨道,这一点是与经典力学有原则的差别。但是原子中电子在原子核外的分布还是有规律的:核外空间某些区域电子出现的概率较大,而另一些区域电子出现的概率较小。概率密度:电子在原子核外空间某处单位体积内出现的概率。12/22/202283课件5.2.2概率和概率密度概率:电子在原子核外空间某处出现5.2.3原子轨道1.波函数SchrÖdinger方程12/22/202284课件5.2.3原子轨道1.波函数SchrÖdinger方程直角坐标(x,y,z)与球坐标(r,θ,φ)的转换222zyxr++=cosrz=qsinsinry=φqcossinrx=φq()()φq,,
,,
rΨzyxΨ()()φq,YrR=12/22/202285课件直角坐标(x,y,z)与球坐标(r,θ,φ)的转换222在量子力学中是用波函数和与其对应的能量来描述微观粒子的运动状态的.
原子中电子的波函数ψ既然是描述电子云运动状态的数学表达式,而且又是空间坐标的函数,其空间图象可以形象地理解为电子运动的空间范围,俗称”原子轨道”.为了避免与经典力学中的玻尔轨道相混淆,又称为原子轨函(原子轨道函数之意),亦即波函数的空间图象就是原子轨道,原子轨道的数学表达式就是波函数.12/22/202286课件在量子力学中是用波函数和与其对应的能量来描述波函数的物理意义Ψ2:原子核外出现电子的概率密度。电子云是电子出现概率密度的形象化描述。12/22/202287课件波函数的物理意义Ψ2:原子核外出现电子的概率密度。2.原子轨道角度分布图将波函数的角度分布部分(Y)作图,所得的图象就称为原子轨道的角度分布图。如氢原子的1s轨道的波函数为:
Ψ1s=(1/πa03)1/2e-r/a0其中径向部分为:R10(r)=2(1/a0)3/2*e-r/a0角度部分为:Y00=(1/4π)1/212/22/202288课件2.原子轨道角度分布图将波函数的角度分布对于2p轨道12/22/202289课件对于2p轨道12/17/202216课件+-30°60°θ12/22/202290课件+-30°60°θ12/17/202217课件12/22/202291课件12/17/202218课件5.2.4电子云1.概率密度在光的波动方程中,ψ代表电磁波的电磁场强度。由于:光的强度∝光子数目/V(体积)=光子密度而光的强度又与电磁场强度(ψ)的绝对值成正比:光的强度∝|ψ|2所以,光子密度是与|ψ|2成正比的。同理,在原子核外某处空间,电子出现的概率密度(ρ)也是和电子在该处的强度(ψ)的绝对值平方成正比的:ρ∝|ψ|212/22/202292课件5.2.4电子云1.概率密度在光的波动2.电子云为了形象地表示核外电子运动的概率分布情况,化学上惯用小黑点分布的疏密表示电子出现概率密度的相对大小。小黑点较密的地方,表示概率密度较大,单位体积内电子出现的机会多。用这种方法来描述电子在核外出现的概率密度分布所得的空间图象称为电子云。12/22/202293课件2.电子云为了形象地表示核外电子运动的概既然概率密度可直接用|Ψ|2来表示,那么以|Ψ|2作图可得到电子云的近似图像。为作图方便讲|Ψ|2分为角度部分|Y|2和径向部分R2。|Y|2的图像称为电子云角度分布图。12/22/202294课件既然概率密度可直接用|Ψ|2来表示,那么以|Ψ电子云角度分布图与原子轨道角度分布图相似,但有两点不同:(1)原子轨道分布图有正、负之分,而电子云角度分布图均为正值;(2)电子云角度分布图比原子轨道角度分布图瘦些,这是因为Y值小于1,所以|Y|2更小。12/22/202295课件电子云角度分布图与原子轨道角度分布图相似,但有n=3,l=2,m=012/22/202296课件n=3,l=2,m=012/17/202223课件n=3,l=212/22/202297课件n=3,l=212/17/202224课件n=3,l=212/22/202298课件n=3,l=212/17/202225课件n=3,l=212/22/202299课件n=3,l=212/17/202226课件n=3,l=212/22/2022100课件n=3,l=212/17/202227课件5.2.5量子数1.主量子数(n)主量子数(n)12345电子层:第一层第二层第三层第四层第五层电子层符号:KLMNOn值越小,该电子层离核越近,其能级越低。n值越大,该电子层离核越远,其能级越高。主量子数(n)为正整数。12/22/2022101课件5.2.5量子数1.主量子数(n)主量子数(n)2.副量子数(l)
n值确定后,副量子数(l)可为零到(n-1)的正整数。其中每一个l值代表一个电子亚层,也代表原子轨道的一种形状。副量子数(l):012345电子亚层符号:spdfgh对于多电子来说,同一电子层中的l值越小,该电子亚层的能级越低。12/22/2022102课件2.副量子数(l)n值确定后,副量子数3.磁量子数(m)
磁量子数(m)的取值决定于l值,可取(2l+1)个从-l到+l(包括零在内)的整数。每一个m值代表一个具有某种空间取向的原子轨道。4.自旋量子数(ms)自旋量子数(ms)只有+1/2或-1/2这两个数值,其中每一个值表示电子的一种自旋方向(如顺时针或逆时针方向)。12/22/2022103课件3.磁量子数(m)磁量子数(m)的取值决定第三节原子中电子的分布第五章原子结构和元素周期性
第三节原子中电子的分布无机化学多媒体电子教案
12/22/2022104课件第三节原子中电子的分布第五章原子结构和元素周期性5-3-1基态原子中电子分布原理5-3-1基态原子中电子的分布原理泡利不相容原理——每一个原子轨道,最多只能容纳两个自旋方向相反的电子.能量最低原理——原子为基态时,电子尽可能地分布在能级较低的轨道上,使原子处于能级最低状态.洪德规则——在同一亚层的等价轨道中电子尽可能地单独分布在不同的轨道上,且自旋方向相同.如7N1s22s22p31s2s2p12/22/2022105课件5-3-1基态原子中电子分布原理5-3-1基态原子中电子的5-3-2多电子原子轨道的能级5-3-2多电子原子轨道的能级6s5s4s3s2s1s6p5p4p3p2p5d4d3d4fPONMLK1s2p2s3p3s4p3d4s5p4d5s6p5d4f6s1.能级K<L<M<N<O<P3.同一原子,不同电子亚层有能级交错现象如E5s<E4d<E5p
2.同一电子层:
Ens<Enp<End<Enf
近似能级图12/22/2022106课件5-3-2多电子原子轨道的能级5-3-2多电子原子轨道的它是从周期系中各元素原子轨道图中归纳出的一般规律,不能反映每种元素原子轨道能级的相对高低,所以是近似的。对近似能级图的几点说明只能反映同一原子内各原子轨道能级的相对高低,不能比较不同元素原子轨道。
只能反映同一原子外电子层中原子轨道能级的相对高低,不能反映内电子层中原子轨道能级的相对高低。电子在轨道上的能级与原子序数有关。12/22/2022107课件它是从周期系中各元素原子轨道图中归纳出的一般规律,不能反映每5-3-3基态原子中电子的分布5-3-3基态原子中电子的分布(2)2s(4)3s(1)1s(6)4s(9)5s(16)7s(3)2p(12)6s(5)3p(8)4p(11)5p(15)6p(19)7p(7)3d(10)4d(14)5d(18)6d(13)4f(17)5f应用核外电子填入轨道顺序图,根据泡利不相容原理、能量最低原理、洪德规则,可以写出元素原子的核外电子分布式.如19K1s22s22p63s23p64s1
26Fe1s22s22p63s23p63d64s2核外电子填入轨道的顺序12/22/2022108课件5-3-3基态原子中电子的分布5-3-3基态原子中电子的19种元素原子的外层电子分布有例外基态原子电子分布其中:29Cu1s22s22p63s23p63d104s1全充满24Cr1s22s22p63s23p63d54s1半充满同样有:46Pd、47Ag、79Au同样有:42Mo、64Gd、96Cm当电子分布为全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)、全空(p0、d0、f0)时,原子结构较稳定
例外的还有:41Nb、44Ru、45Rh、57La、58Ce、78Pt、89Ac、90Th、91Pa、92U、93Np12/22/2022109课件19种元素原子的外层电子分布有例外基态原子电子分布其中:2基态原子的价层电子构型价层——价电子所在的亚层价层电子构型——指价层的电子分布式ⅠA0一11s1ⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA21s2二345678910三1112ⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡB131415161718四192021222324252627282930313233343536五373839404142434445464748495051525354六555671727374757677787980818283848586ns1~2
(n-1)d1~9ns1~2
ns2np1~6(n-1)d10ns1~212/22/2022110课件基态原子的价层电子构型价层——价电子所在的亚层ⅠA0一15-3-4简单基态阳离子的电子分布基态原子外层电子填充顺序:→ns→(n-2)f→(n-1)d→np价电子电离顺序:→np→ns→(n-1)d→(n-2)f5-3-4
简单基态阳离子的电子分布例26Fe1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2
Fe2+1s22s22p63s23p63d6或[Ar]3d6原子实——原子中除去最高能级组以外的原子实体经验规律12/22/2022111课件5-3-4简单基态阳离子的电子分布基态原子外层电子填充顺序5-3-5元素周期系与核外电子分布的关系ⅠA0一1
ⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA2
二345678910三1112ⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡB131415161718四192021222324252627282930313233343536五373839404142434445464748495051525354六555671*727374757677787980818283848586七8788103*1041051061071081091101111125-3-5元素周期系与核外电子分布的关系镧系575859606162636465666768697071锕系8990919293949596979899100101102103Sddspfns1~2
(n-1)d1~9ns1~2
(n-1)d10ns1~2ns2np1~6
(n-2)f0~14(n-1)d0~2ns2
最后一个电子一般填入次外层d亚层区最后一个电子一般填入次外层d亚层最后一个电子填入s亚层12/22/2022112课件5-3-5元素周期系与核外电子分布的关系ⅠA0一1ⅡAⅢAⅠA0一1
ⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA2
二345678910三1112ⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡB131415161718四192021222324252627282930313233343536五373839404142434445464748495051525354六555671*727374757677787980818283848586七8788103*1041051061071081091101111125-3-5元素周期系与核外电子分布的关系镧系575859606162636465666768697071锕系8990919293949596979899100101102103Sddspfns1~2
(n-1)d1~9ns1~2
(n-1)d10ns1~2ns2np1~6
(n-2)f0~14(n-1)d0~2ns2
区最后一个电子填入外层p亚层最后一个电子一般填入外数第三层f亚层12/22/2022113课件ⅠA0一1ⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA2二3456789105-3-5元素周期系与核外电子分布的关系区根据最后一个电子填入的亚层确定最后一个电子填入的亚层区最外层的s亚层s最外层的p亚层p一般为次外层的d亚层d一般为次外层的d亚层,且为d10ds一般为外数第三层的f亚层f12/22/2022114课件5-3-5元素周期系与核外电子分布的关系区根据最后一个电子填5-3-5元素周期系与核外电子分布的关系族根据区和最外层、次外层电子数确定区族s、p主族(A),族数=最外层电子数d副族(B)族数=(最外层+次外层d)电子数ds副族(B),族数=最外层电子数f镧系、锕系
12/22/2022115课件5-3-5元素周期系与核外电子分布的关系族根据区和最外层、次5-3-6元素周期表5-3-6元素周期表元素在周期表的位置(周期、区、族)取决于该元素原子核外电子的分布例20Ca写出电子排布式1s22s22p63s23p64s2周期数=电子层数第四周期最后一个电子填入s亚层s区元素族数=最外层电子数=2ⅡA
Ca为第四周期、ⅡA族元素12/22/2022116课件5-3-6元素周期表5-3-6元素周期表元素在周期表的位置元素在周期表的位置(周期、区、族)取
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