原子结构及性质

物质结构第一层原子结构与性质科学探究群号：34524589原子概念和原子结构模型演变简介1．公元前5世纪，希腊哲学家德谟克利特等人认为：万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原子。2．19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体。道尔顿原子学说1、一切物质都是由不可见的、不可分割的原子组成，原子不可自生自灭2、同种类的原子在质量、形状和性质上完全相同，不同种类的原子则不同3、每一种物质都是由它自己的原子构成。单质是由简单原子组成，化合物是由复杂原子组成。复杂原子的质量等于组成它的简单原子的质量总和。3．1897年英国科学家汤姆生发现了电子。原子是一个平均分配着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成中性原子4．1911年，英国物理学家卢瑟福—电子绕核旋转的原子结构模型5．1913年，丹麦科学家玻尔—核外电子分层排布的原子结构模型6．20世纪20年代中期，奥地利物理学家薛定谔等人以量子力学为基础—电子云模型近代原子论发现电子带核原子结构模型轨道原子结构模型电子云模型人类探索物质结构的历史德谟克利特的古代原子学说道尔顿的近代原子学说（模型）汤姆生原子模型卢瑟福原子模型玻尔原子模型电子云模型原子结构的衍变过程一、开天辟地—原子的诞生现代大爆炸宇宙学理论——宇宙诞生于约140亿年前的一次大爆炸大爆炸后约2小时，诞生了大量的H，少量的He和极少量的Li我们今天熟悉的各种元素（原子），都是从那时起经历了漫长复杂的物理化学变化，分批分期合成而来的1、氢元素是宇宙中最丰富的元素。

2、宇宙年龄距今约140亿年，地球年龄已有46亿年。

3、地球上的元素绝大多数是金属，非金属仅有22种。原子的结构原子原子核核外电子质子中子核电荷数=核内质子数=核外电子数质量数=质子数+中子数1能层：按原子核外电子能量的差异，可以将核外电子分为不同的能层．即电子层。二、能层与能级能层12345…n符号KLMNO…最多电子数2×122×222×322×422×522n2能层（既电子层）（1）先排能量低的电子层，再排能量高的电子层，由里往外。（2）每一层最多容纳电子数：2n2个。（3）最外层电子数不超过8个（K层为最外层时不超过2个）。（4）次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个。………………核外电子的排布规律:规定，任一能层的能级总是从s

能级开始，依次称p、d、f、g能级……能层KLMNO能级1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s…最多

电子

数22626102610142、能级:在多电子原子中，同一能层的电子的能量也可能不同，可以将它们分为不同的能级．（既亚层）。学与问1、原子核外电子的每一个能层最多可容纳的电子数与能层的序数(n)间存在什么关系？（2n2

）2、不同能层分别有多少个能级，与能层的序数间存在什么关系？（所含能级个数＝能层序数n）s1×2＝2p3×2＝6d5×2＝10f7×2＝14g9×2＝18★不同能层中的s、p、d、f、g能级最多能容纳的电子数是相同的，各为：3、英文字母相同的不同能级中所能容纳的最多电子数是否相同？三、构造原理原子核外电子排布必须遵循一定的排布顺序—构造原理存在着能级交错1s---2s---2p---3s---3p---4s----3d--4p---5s---4d----核外电子排布的构造原理图试书写N、Cl、K、26Fe原子的核外电子排布式★原子的电子排布遵循构造原理使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理思考与交流电子排布式可以简化，如可以把钠的电子排布式写成【Ne】3s1。试问：上式方括号中的符号的意义是什么？你能仿照钠原子的简化电子排布式写出O、Si、Fe的简化电子排布式吗？１．道尔顿的原子学说曾经起了很大的作用。他的学说中主要有下列三个论点：①原子是不能再分的微粒；②同种元素的原子的各种性质和质量都相同；③原子是微小的实心球体。从现代原子——分子学说的观点看，你认为不正确的是（）A只有①B只有②

C只有③D①②③课堂练习D２．在同一个原子中，离核越近、n越小的电子层能量

。在同一电子层中，各亚层的能量按s、p、d、f的次序

３．理论研究证明，多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级，第三能层有3个能级分别为

。越低增大。

3S3P3d三.能量最低原理★原子的电子排布遵循构造原理使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理１．下列各原子的电子排布正确的是（）A.Be

1s22s12p1

B.C

1s22s22p2

C.He

1s12s1D.Cl

1s22s22p63s23p5BD2.书写下列原子的电子排布式SFeScVSeGaBr3．下列各原子或离子的电子排布式错误的是（）AAl1s22s22p63s23p1

BO2-1s22s22p6CNa+1s22s22p6

DSi1s22s22p2

D２．在同一个原子中，离核越近、n越小的电子层能量

。在同一电子层中，各亚层的能量按s、p、d、f的次序

３．理论研究证明，多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级，第三能层有3个能级分别为_______

。越低增大。

3S3P3d四、基态与激发态、原子光谱1．基态原子与激发态原子处于最低能量的原子叫做基态原子当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子可利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的能量表现为光的形式用光谱仪摄取得到各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱1、判断下列表达是正确还是错误1）1s22p1属于基态；2）1s22s22p63s23p63d54s1属于激发态；3）1s22s22p63d1属于激发态；4）1s22s22p63p1属于基态；答案：(1)x(2)x(3)√(4)x课堂练习五、电子云与原子轨道思考:宏观物体与微观物体（电子）的运动有什么区别?宏观物体的运动特征：可以准确地测出它们在某一时刻所处的位置及运行的速度；可以描画它们的运动轨迹。微观物体的运动特征：电子的质量很小，只有9.11×10-31千克；核外电子的运动范围很小（相对于宏观物体而言）；电子的运动速度很大；测不准1、电子云图中表示原子核，一个小黑点代表电子在这里出现过一次小黑点的疏密表示电子在核外空间单位体积内出现的概率的大小。1s电子在原子核外出现的概率分布图★量子力学中将这种电子云轮廓图称为

“原子轨道”a．s电子的原子轨道（电子云）形状是以原子核为中心的球体，只有一个伸展方向2、原子轨道b．p电子云/原子轨道的形状是纺锤形（或称为哑铃形），其伸展方向是互向垂直的三个方向（Px、Py、Pz）。P电子原子轨道半径同样随着n增大而增大科学探究观察图1-14，这些图称为原子的电子轨道表示式1．每个原子轨道最多只能容纳几个电子？电子层原子轨道类型原子轨道数目可容纳电子数1234n1s2s，2p4s,4p,4d,4f3s,3p,3d14916n2——2818322n2练习1、下列有关电子云和原子轨道的说法正确的是（）A．原子核外的电子象云雾一样笼罩在原子核周围，故称电子云B．s能级的原子轨道呈球形，处在该轨道上的电子只能在球壳内运动C．p能级的原子轨道呈纺锤形，随着能层的增加，p能级原子轨道也在增多D．与s电子原子轨道相同，p电子原子轨道的平均半径随能层的增大而增大

D★核外电子排布规则:1.能量最低原理2.泡利不相容原理

每个原子轨道里最多只能容纳

2个自旋方向相反的电子。3.洪特规则4.补充规则相对稳定的状态全充满（p6，d10，f14）全空时（p0，d0，f0）半充满（p3，d5，f7）电子排布在同一能级时，总优先单独占据一个轨道，且自旋方向相同。24Cr原子的电子排布图:1s22s22p63s23p63d54s1不是3d44s2例：注意小结：1．各原子轨道的能量高低比较（1）ns<np<nd<nf（2）1s<2s<3s<4s（3）同一能层同一能级的各原子轨道能量相等：2Px＝2Py＝2Pz3．下列有关认识正确的是（）A．各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7B．各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束C．各能层含有的能级数为n—1个D．各能层含有的电子数为2n2A

4．按能量由低到高的顺序排列，正确的一组是（）A．1s、2p、3d、4sB．1s、2s、3s、2pC．2s、2p、3s、3pD．4p、3d、4s、3pC6．电子排布在同一能级时，总是（）A．优先单独占据不同轨道，且自旋方向相同B．优先单独占据不同轨道，且自旋方向相反C．自由配对，优先占据同轨道，且自旋方向相同D．自由配对，优先占据同一轨道，且自旋方相反A5．“各能级最多容纳的电子数，是该能级原子轨道数的二倍”，支撑这一结论的理论是（）A．构造原理B．泡利原理C．洪特规则D．能量最低原理B1、判断下列表达是正确还是错误1）1s22p1属于基态；2）1s22s22p63s23p63d54s1属于激发态；3）1s22s22p63d1属于激发态；4）1s22s22p63p1属于基态；答案：(1)x(2)x(3)√(4)x课堂练习2．图1和图2分别是1s电子的概率概率分布图和原子轨道图。下列有关认识正确的是（）

A．图1中的每个小黑点表示1个电子B．图2表示1s电子只能在球体内出现C．图2表明1s轨道呈圆形，有无数对称轴D．图1中的小黑点表示某一时刻，电子在核外所处的位置2．当电子排在同一个能级内时，有什么规律？小结：1．各原子轨道的能量高低比较（1）ns<np<nd<nf（2）1s<2s<3s<4s（3）同一能层同一能级的各原子轨道能量相等：2Px＝2Py＝2Pz(一)原子的电子排布与元素周期表在周期中有18个纵列,除零族元素中He（1s2）与其它稀有气体ns2np6不同外,一般说来,其它每个族序数和价电子数是相等的.主族元素：族序数=原子的最外层电子数

=价电子数副族元素：大多数族序数=（n-1)d+ns的电子数

=价电子数

一、元素周期表4、已知某元素的原子序数是25，写出该元素原子的价电子层结构式，并指出该元素所属的周期和族。其排布式为[Ar]3d54s2，由于最高能级组数为4，其中有7个价电子，故该元素是第四周期ⅦB族。课堂练习4、按照电子排布，可把周期表的元素划分为5个区：s区、d区、ds区、p区、f区。划分区的依据是什么？s区、d区、p区分别有几个纵列？区的名称来自按照构造原理最后填充的能级的符号思考与探究(三)原子的电子构型和元素的分区S区元素：最外层构型是ns1和ns2。IA和IIA族元素。除H外，其余为活泼金属。p区元素：最外层电子构型从ns2np1~ns2np6的元素。即IIIA~VIIA族、零族元素。除H外，所有非金属元素都在p区。ds区元素:包括IB族和IIB族元素，最外层电子数皆为1~2个，均为金属元素。f区元素：包括镧系和锕系元素。最外层电子数基本相同，化学性质相似。d区元素:包含第IIIB族到VIII族元素。最外层电子数皆为1~2个，均为金属元素，性质相似。思考：为什么s区、d区、ds区的元素都是金属(除H外)？s区、d区、ds区的元素最外层电子数为1-2个电子，在反应中易失去，所以都是金属。1.为什么副族元素又称为过渡元素？2.为什么在元素周期表中非金属元素主要集中在右上角三角区内（如图）？处于非金属三角区边缘的元素常被称为半金属或准金属。为什么？思考：副族元素处于金属元素向非金属元素过渡的区域，因此，又把副族元素称为过渡元素。1.为什么副族元素又称为过渡元素？2.为什么在元素周期表中非金属元素主要集中在右上角三角区内（如图）？处于非金属三角区边缘的元素常被称为半金属或准金属。为什么？这是由元素的价电子结构和元素周期表中元素性质递变规律决定的，在元素周期表中，同周期的元素从左到右非金属性渐强，同主族元素从上到下非金属性渐弱，结果使元素周期表右上角的元素主要呈现非金属性。处于非金属三角区边缘的元素既能表现出一定的非金属性，又能表现出一定的金属性，因此，这些元素常被称之为半金属或准金属。5、已知某元素在周期表中位于第五周期、ⅥA族位置上。试写出该元素基态原子的价电子排布式、电子排布式并分析该元素在哪区？由于是ⅥA族，4d必是全充满的，所以价电子排布为5s25p4，电子排布式[Kr]4d105s25p4课堂练习属P区1.已知一元素的价层电子结构为3d54s2，试确定其在周期表中的位置。第四周期，ⅦB族。2.试确定32号元素在周期表中的位置。第四周期，ⅣA族3.判断处于第三周期，ⅣA族元素的价层电子结构、原子序数。[Ne]3s23p2，第14号元素练习：课堂小结:1、原子的电子排布与周期的划分2、原子的电子排布与族的划分

主族元素：族序数=原子的最外层电子数

=价电子数

副族元素：大多数族次=（n-1)d+ns的电子数=价电子数3、原子的电子构型和元素的分区周期序数=能层数5个区：s区、d区、ds区、p区、f区。一、原子结构与元素周期表（一）原子半径：1、影响因素:2、比较原子半径大小的规律：（1）电子层数不同时,电子层数越多,原子半径越大。二、元素周期律原子半径的大小取决于1、电子的能层数2、核电荷数（2）电子层相同时,核电荷数越大，原子半径越小。（3）电子层、核电荷数都相同时,电子数越多，原子半径越大。（二）电离能1、概念

气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的能量叫做第一电离能。用符号Ｉ1表示，单位：kj/mol从一价气态基态正离子中再失去一个电子所需要的能量叫做第二电离能。符号Ｉ2？原子的第一电离能随核电荷数递增有什么规律？（同周期、同主族）思考与探究：观察图1-21，总结第一电离能的变化规律：2、元素第一电离能的变化规律：1）同周期：a、从左到右呈现递增趋势（最小的是碱金属，最大的是稀有气体的元素；2）同主族的元素自上而下第一电离能逐渐减少。3、电离能的意义：（第ⅡA元素和第ⅤA元素的反常现象如何解释？）b、第ⅡA元素>ⅢA的元素；第ⅤA元素>ⅥA元素

电离能是衡量气态原子失去电子难易的物理量。元素的电离能越小，表示气态时越容易失去电子，即元素在气态时的金属性越强。ⅤA半充满、ⅡA全充满结构学与问：1.碱金属的电离能与碱金属的活泼性存在什么关系？碱金属元素的第一电离能越小，金属的活泼性就越强。2.为什么原子逐级电离能越来越大？这些数据跟钠、镁、铝的化合价有何关系？因为首先失去的电子是能量最高的电子，故第一电离能较小，以后再失去电子都是能级较低的电子，所需要的能量多；同时失去电子后，阳离子所带的正电荷对电子的引力更强，从而电离能越来越大。看逐级电离能的突变。课堂练习：下列说法正确的是（）A.第3周期所含的元素中钠的第一电离能最小B.铝的第一电离能比镁的第一电离能大C.在所有元素中，氟的第一电离能最大.D.钾的第一电离能比镁的第一电离能大.A反常现象最大的是稀有气体的元素：He从左到右呈现递增趋势（最小的是碱金属）K〈Na〈Mg课堂练习：2．在下面的电子结构中,第一电离能最小的原子可能是(

)A

ns2np3

B

ns2np5

C

ns2np4

D

ns2np6C（三）电负性（阅读课本Ｐ18）1、基本概念化学键：元素相互化合，相邻的原子之间产生的强烈的化学作用力，形象地叫做化学键。键合电子：原子中用于形成化学键的电子称为键合电子。电负性：用来描述不同元素的原子对键合电子的吸引力的大小。（电负性是相对值，没单位）鲍林L.Pauling1901-1994鲍林研究电负性的手搞金属：＜1.8类金属：≈1.8非金属：＞1.8

以氟的电负性为4.0和锂的电负性为1.0作为相对标准，得出了各元素的电负性。电负性的大小可以作为判断金属性和非金属性强弱的尺度2、变化规律:①同一周期，主族元素的电负性从左到右逐渐增大，表明其吸引电子的能力逐渐增强。②同一主族，元素的电负性从上到下呈现减小趋势，表明其吸引电子的能力逐渐减弱。①电负性越大，元素的非金属性越强，电负性越小，元素的非金属性越弱，金属性越强。（三）电负性3、电负性的意义：②电负性相差很大的元素化合通常形成离子键；电负性相差不大的两种非金属元素化合，通常形成共价键；电负性相差越大的共价键，共用电子对偏向电负性大的原子趋势越大，键的极性越大。科学探究1.下列左图是根据数据制作的第三周期元素的电负性变化图，请用类似的方法制作IA、VIIA元素的电负性变化图。