第7讲-元素周期表

原子结构1803,英国的道尔顿的原子学说1811,意大利的阿佛加德罗的分子假说德谟克里特一、认识原子结构的历史1.汤姆逊的原子模型1897发现电子2.1911年卢瑟福的原子模型－行星式原子的模型原子是由带正电的连续体和在其内部运动的负电子构成α散射实验：带正电的连续体其实是一个非常小的核，而核外电子受这个核的吸引在核的外围运动与经典电磁理论、原子的稳定性和线状光谱发生矛盾焰火－热致发光霓虹灯－电致发光1672年牛顿创造了光谱一词（spectrum）1859年德国的基尔霍夫和本生发明了光谱仪，奠定了光谱学的基础。使光谱分析成为认识和鉴定元素的重要手段，如铯、铷、氦、镓、铟等等到20世纪初，人们只知道物质在高温或电作用下会发光，却不知道发光机理：即知道每种元素有特定的光谱，却不知道为什么不同元素有不同的光谱氢原子的光谱问题一只装有氢气的放电管，通过高压电流，氢原子被激发后所发出的光经过分光镜，就得到氢原子的光谱，其特征是（1）不连续的线状光谱（2）从长波到短波，谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性。这是所有元素的光谱中最简单的光谱1883年，巴尔麦经猜想与尝试，得出可见光区的经验方程里德堡改写了巴尔麦的经验方程不久人们发现，氢的红外光谱和紫外光谱的谱线同样符合里德堡方程巴尔麦系，n1=2，可见光谱帕邢系，n1=3，红外光谱莱曼系，n1=1，紫外光谱只有氢光谱及类氢原子光谱满足1905年爱因斯坦的光子学说普朗克的量子化条件电子的波粒二象性1924年德布罗意3.玻尔的原子模型1927年海森堡的测不准原理Δx•ΔP≥h/4π=5.273×10－35kg•m2•s-1玻尔理论的四个要点1.行星模型2.定态假设：基态、激发态3.量子化条件L=nh/2πn=1,2,3,…跃迁规则E=-13.6/n2n=1,2,3,…原子的组成：1、核组成符号：的含义。XZAA=Z+NN=A-Z二、原子结构：原子结构原子的组成：1、核组成符号：的含义。XZA2、结构示意图(原子、离子)：①要标明核电荷数。②注意原子与离子结构示意图的不同。原子结构原子的组成：1、核组成符号：的含义。XZA2、结构示意图(原子、离子)：3、同位素质子数相同____化学性质基本相同。中子数不同____有些物理性质、核反应中的性质、用途可能不同。同位素质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子的互称。原子质子数相同!中子数不同，即质量数不同!核素：具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子。◀同位素：同一元素的不同核素之间的互称。即质子数相同中子数不同的一类原子的互称。怎样区别？三、相对原子质量与相对分子质量同位素（核素）的相对原子质量：指同位素（核素）的一个原子质量与一个12C原子质量的1/12的相对比值。

元素的相对原子质量：

指某元素各天然同位素的相对原子质量与该同位素原子所占的原子个数百分比（丰度）的乘积之和。Ar1×n1%+Ar2×n2%+……元素的近似相对原子质量：

指某元素各天然同位素的质量数与该同位素原子所占的原子个数百分比（丰度）的乘积之和。A1×n1%+A2×n2%+……⑴34.969________________⑵35_______⑶24.23%_______________⑷35.453_________________⑸35.485_____________________例1.据文献记载，氯元素的相对原子质量有关数据如下表，分析其中数据含义。35.485平均35.453平均24.23%3737Cl24.23%36.96637Cl75.77%3535Cl75.77%34.96935Cl原子相对原子质量质量数原子个数百分比元素近似相对原子质量元素相对原子质量C例2.

锑元素的相对原子质量为121.760已知锑有与两种天然同位素，下列说法正确的是（）A.121.760是一个锑原子的质量与一个12C原子质量的1/12的比值B.121.760是按锑的两种天然同位素的质量数与它们的原子百分比算出来的平均值C.天然存在的锑元素与的原子个数比约为31∶19D.的原子质量与12C的原子质量的比值是123∶1例3

研究证明，在活的生物体中C的放射性同位素，14C的含量保持不变，当此生物体死去后，14C会在其体内不断衰变而减少。因此，考古人员可通过测定古生物化石中14C的含量而确定古生物生活的年代。下列有关14C的叙述中正确的是()

（A）与C60为同素异形体（B）与12C互为同位素（C）与14N含的中子数相同 （D）与12C化学性质不同B例4正电子、负质子等都属于反粒子，它们跟普通电子、质子的质量相等、电性相反。科学家设想在宇宙中可能存在完全由反粒子构成的物质即反物质。你推测下列说法正确的是()(A)反氢原子由一个带负电荷的质子和一个带正电荷的电子构成(B)反氢原子可表示为H－(C)反氢原子是新发现的氢元素的一种同位素(D)若由两个反氢原子形成的分子其相对质量与重氢原子形成的D2分子相对质量相等。(E)反物质酸碱中和反应的通式的是

H－+OH＋=H2OAE1.1926年的薛定谔方程四、核外电子的运动状态波函数1926年薛定谔根据波粒二象性的概念提出了一个描述微观粒子运动的基本方程——薛定谔波动方程，它是一个二阶偏微分方程。式中：Y叫波函数，E为体系的总能量，V为微粒势能，h为普朗克常数，m为微粒的质量，x、y、z为空间直角坐标。对氢原子体系来说，Y是描述氢原子核外电子运动状态的数学表示式，是空间直角坐标(x.y.z)的函数。Y=f(x.y.z)；E为氢原子H的总能量；V为电子的势能（即核对电子的吸引能）；m为电子质量。

可见，量子力学是用波函数和与其对应的能量来描述微粒粒子运动状态的。原子中既然是描述电子运动状态的数学表示式，而且又是空间坐标的函数，Y=f(x.y.z)可以用其作图，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（又称原子轨函）”。波函数的空间图像就是原子轨道，原子轨道的数学表示式是波函数，故波函数和原子轨道常作同义语使用。对氢原子，2、原子轨道角度分布图Y

=f(x.y.z)，有四个量在空间不便作图（即四维的），将直角坐标变为球半径（r.θφ）然后利用数学中的变量分离法，将Y=f(r.θ.φ)分解为三个独立函数方程再进行角度部分合并，即Y=R(r)·Y(θ.φ)。波函数就分成了径向分布部分R(r)和角度分布部分（Y）。分布用的角度部分Y(θ.φ)作的图称为原子轨道的角度分布图。注意图中的“+”“－”不是正、负电，而是Y函数为正负值。3、电子云为了形象地表示核外电子运动的概率分布情况，化学上常用黑点分布的疏密来表示电子出现概率密度的相对大小。密——概率密度大，平均体积内电子出现的机会多，用这种方法（小黑点的疏密）来描述电子在核外出现的概率密度分布所得的空间图像称电子云。由于概率密率ρ∝，若以作图，可得到电子云的近似图象。将的角度分布部分（）作图，所得图象称为电子云角度分布图。

要比较具体描述原子中各电子的状态（电子所在的电子层，原子轨道能级，形状，方向及电子自旋的方向等）则需要四个参数才行。1、主量子数（n）含义：（1）描述电子层离核的远近；（2）描述电子层能量的高低。取值：取零以外的正整数，其中每一个数代表一个电子层。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：KLMNO……n值越小，电子层离核越近，能量越低。2、副（角）量子数（l）含义：（1）在多电子原子中与n一起决定电子亚层的能量，l值越小，亚层能量越低。（2）每一个l值决定电子层中的一个亚层；（3）每一个l值代表一种电子云或原子轨道的形状。取值：从0开始一直取到(n-1)的正整数副量子数(l):0123…（n-1）电子亚层符号:spdf…原子轨道（或亚层）：球形哑铃形花瓣形3、磁量子数(m)含义：描述原子轨道或电子云在空间取向。4、自旋量子数（ms）含义：描述核外电子的自旋状态(绕电子自身的轴旋转运动）。综合上述，对原子核外的电子运动状态可用四个参数结合描述。

根据原子光谱实验的结果和对元素周期系的分析、归纳，总结出核外电子分布的基本原理（两个原理一个规则）：1、泡利（Pauli）不相容原理在同一原子中，不可能有四个量子数完全相同的电子存在。即每一个轨道内最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。五、核外电子的排布规律2、能量最低原理多电子原子处于基态时，核外电子的分布在不违反泡利原理前提下，总是尽先分布在能量较低的轨道，以使原子处于能量最低状态。如N原子的电子排布式：1s22s22p33、洪特(Hund)规则原子在同一亚层的等价轨道上分布电子时，尽可能单独分布在不同的轨道，而且自旋方向相同（或称自旋平行）。这种分布时，原子的能量较低，体系稳定如N原子的轨道表示式基态原子中电子的分布1、核外电子填入轨道的顺序应用近似能级图，并根据最低能量原理，可设计出核外电子填入轨道顺序图。据此顺序图，再根据“两个原理一条规则”，可以准确无误地写出91种元素原子的核外电子分布式来。在110种元素中，只有19种元素原子层外电子的分布稍有例外