原子结构元素周期律

原子结构元素周期律1第1页，共82页，2023年，2月20日，星期四第七章原子结构和周期系Chapter7AtomicStructureandPeriodicityofElements

2第2页，共82页，2023年，2月20日，星期四7.1

核外电子的运动状态

夸克质子中子原子核电子原子(离子)分子化合物微观宇观宇宙单质星体宏观纳米材料化学研究的对象当今化学发展的趋势大致是：

由宏观到微观，由定性到定量，由稳定态向亚稳态，由经验上升到理论并用理论指导实践，进而开创新的研究领域.实物3第3页，共82页，2023年，2月20日，星期四7.1.1原子结构模型的建立

1.

留希伯（Leucippus）、德谟克利特（Democritus公元前460－370年）的原子论:物质是由原子构成的。2.道尔顿（J.Dalton，1766至1844年，英国化学家、物理学家）原子论，即近代原子论:原子有一个中心硬核。3.汤姆森（J.Thomson，英国物理学家，1897年）原子模型:

原子为密度均匀且带有正电的球体。4.

卢瑟福(E.Rutherford，英国物理学家，1911年)

原子结构模型

4第4页，共82页，2023年，2月20日，星期四Rutherford’sexperimentonαparticlebombardmentofmetalfoilRutherford根据粒子散射实验，创立了关于原子结构的“太阳-行星模型

”.其要点是：5第5页，共82页，2023年，2月20日，星期四1.所有原子都有一个核即原子核(nucleus)；2.核的体积只占整个原子体积极小的一部分；3.原子的正电荷和绝大部分质量集中在核上；4.电子像行星绕着太阳那样绕核运动.n+----6第6页，共82页，2023年，2月20日，星期四

缺陷：根据当时的物理学概念,带电微粒在力场中运动时总要产生电磁辐射并逐渐失去能量,运动着的电子轨道会越来越小,最终将与原子核相撞并导致原子毁灭.由于原子毁灭的事实从未发生,将经典物理学概念推到前所未有的尴尬境地.Anunsatisfactoryatomicmodel++7第7页，共82页，2023年，2月20日，星期四7.1.2玻尔(Bohr)原子结构模型①不连续的、线状的；②有规律的.特征:氢原子的发射光谱是所有原子发射光谱中最简单的.可见光氢放电管透镜狭缝棱镜底板8第8页，共82页，2023年，2月20日，星期四玻尔(Bohr1913)3条假定：(1)原子中电子是沿特定的轨道绕核作圆周运动，轨道的半径为：

r为轨道半径，m、e分别为电子质量(9.11×10-28kg)和电荷(1.6022×10-19库伦),h为普朗克常量；n：主量子数，取1，2，3，…等正整数.n=1时轨道的半径＝0.529Å

波尔半径.(2)在一定稳定轨道上运动的电子，具有一定能量，对于氢原子，核外电子的能量为：

9第9页，共82页，2023年，2月20日，星期四n确定后，电子处于一定能级或电子层。n＝1，E1＝-13.6ev，电子能量E1最低，离核最近；定态(stationarystate)：

核外电子只能在有确定半径和能量的定态轨道上运动,且不辐射能量，这些允许能态─定态。基态(groundstate):基态是能量最低即最稳定的状态：n值为

最小值

的定态.n＝2

：E2＝－3.4ev；n＝3

：E3=－1.51ev10第10页，共82页，2023年，2月20日，星期四★(3)当原子自外界吸收能量时，电子便从离核较近的轨道跳到离核较远的轨道，称为“跃迁”，这时原子能量较高，叫做处于“激发态”。激发态不稳定，被激发的电子还可跳回到能量较低的轨道上，这时所吸收的能量便以光能的形式辐射出来，形成原子光谱中的谱线。谱线的频率和能量的关系为：除基态以外的其余定态.各激发态的能量随n增大而增高.电子只有从外部吸收足够能量时才能到达激发态.激发态(excitedstates):△E＝E2－E1＝hν11第11页，共82页，2023年，2月20日，星期四★

玻尔模型认为,只有当电子从较高能态(E2)向较低能态(E1)跃迁时,原子才能以光子的形式放出能量。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成正比：Bohr

理论成功地解释了氢原子光谱ΔE=E2

－

E1=hνE1＝-13.6evn=1E2＝-3.4evn=2E3＝-1.5evn=3E4＝-0.85evn=4ΔE＝10.2evΔE＝12.1evΔE＝12.75ev12第12页，共82页，2023年，2月20日，星期四●计算氢原子的电离能。波尔理论的成功之处●解释了H及He+、Li2+、B3+的原子光谱●

说明了原子的稳定性；●不能解释氢原子光谱在磁场中的分裂-精细结构;波尔理论的不足之处●不能解释多电子原子的光谱。WavetypeHaHbHgHdCalculatedvalue/nm

656.2486.1434.0410.1Experimentalvalue/nm

656.3486.1434.1410.2分裂13第13页，共82页，2023年，2月20日，星期四7.1.3核外电子的运动特征1．电子的波粒二象性

德布罗意认为，实物粒子（如电子），即实物粒子的动量为：

p=mυ=h/λ

式中，m为粒子的质量υ为粒子的速度λ为粒子物质波的波长。

1927年被戴维逊(C.J.Davisson)和革末（L.H.Germer）的电子衍射实验—同心环纹构成的图象.衍射是波动性的特征现象，因此证明电子也具有波动性。

电子束在金多晶膜上的衍射图样14第14页，共82页，2023年，2月20日，星期四HeisenbergW2.测不准原理

●海森堡的测不准原理（Heisenberg’uncertaintyprinciple）

如果我们能设计一个实验准确测定微粒的位置,那就不能准确测定其动量,反之亦然.

如果我们精确地知道微粒在哪里,就不能精确地知道它从哪里来,会到哪里去;如果我们精确地知道微粒在怎样运动,就不能精确地知道它此刻在哪里.即不可能同时测得电子的精确位置和精确动量！15第15页，共82页，2023年，2月20日，星期四例：计算一颗质量为10g的子弹和一个电子的位置的测不准量（假定它们速度测不准量均为0.001m/s，电子的质量me=9.1×10-31g）。=1.05×10-29m子弹其位置的测不准量为：

电子位置的测不准量为：

=1.17×10-2m1.17×107nm16第16页，共82页，2023年，2月20日，星期四3.电子波动性的统计性质

衍射实验：让电子以很小的电子流强度（小至让电子一个一个地）穿过金属片,得到与大电子流强度条件下相同的电子衍射同心环纹图案。说明电子衍射不是电子之间相互作用的结果，而是个别电子本身的波动性表现出的相干效应造成的，是大量彼此独立的电子在多次相同实验中的运动统计结果。电子抢起初电子在底片上出现的位置毫无规律17第17页，共82页，2023年，2月20日，星期四

波的强度和粒子出现的几率成正比。故电子波也可以用几率密度说明(几率密度是单位体积中电子出现的几率)，可称为“几率波”。因而微观粒子波是一种具有统计性的概率波.

7.1.4核外电子运动状态的描述薛定谔（E.Schrodinger，1887－1961年，奥地利物理学家）h为普朗克常数，π为常数，m为电子的质量，Ψ为波函数，是空间坐标x，y，z的函数E为粒子的总能量，V为粒子在（x，y，z）处的势能。1.微分波动方程：

18第18页，共82页，2023年，2月20日，星期四波函数:对薛定谔方程求解，可获得若干个具体的合理的解Ψn,l,m（x、y、z），即波函数。这些解是包含n、l、m三个常数,当n、l、m三个常数满足一定的量子化条件的解才是合理的。2．波函数和原子轨道

原子轨道:每一个波函数Ψ表示电子的一个稳定状态，它反映了在核外空间能找到电子的区域，这个区域可代表原子轨道的形状，即一个原子轨道，有时又称波函数为轨道波函数。

每个Ψ（x、y、z）对应的E值即是这一原子轨道的能量。

将直角坐标系变换为球极坐标－为作图方便Ψn,l,m

（x、y、z）＝Ψn,l,m（r、θ、φ）

19第19页，共82页，2023年，2月20日，星期四表7-1

氢原子和类氢离子的波函数与能量原子轨道能量(eV)Ψ

n,l,m（r、θ、φ）2s-1/4×13.62py-1/4×13.63dz2-1/9×13.6xyzrθφ20第20页，共82页，2023年，2月20日，星期四原子核位于圆心，核外运动着的电子如同云雾一样将原子核笼罩，电子绕核运动的这种图像称之为电子云。离核越近，小黑点越密，表明电子出现的几率较大；离核越远，小黑点越疏，表明电子出现的几率较小。

电子云：从统计的角度描述电子在核外空间运动的一种图像。3．电子云与几率密度|Ψ|2表示电子在核外（r、θ、φ）一点处出现的几率密度。其空间图像就是电子云的空间分布图像。90％的界面图21第21页，共82页，2023年，2月20日，星期四（1）主量子数

n(principalquantumnumber)4.描述电子运动状态的四个量子数◆n决定核外电子能量;对于氢(类氢）原子，电子能量只决定于n◆确定电子离核的距离(出现几率最大处),决定电子层数.

求解薛定谔方程时，n、l、m这三个常数有一定取值限制的，取值是不连续的，称为量子数。当给定一套完全合理的量子数，一个原子轨道也就可以随之确定。化学中常用量子数来描述原子轨道或电子的运动状态。22第22页，共82页，2023年，2月20日，星期四

KLMNO……..（2）

角量子数l

(angularmomentumquantumumber)◆l与角动量有关，代表电子在空间角度出现的几率情况，即决定原子轨道的形状

◆

l的取值l=0，1，2，3……n－1(电子亚层）

◆n=１２３４５……..（光谱符号）s,p,d,f…...23第23页，共82页，2023年，2月20日，星期四s

轨道球形p

轨道哑铃形d轨道有两种形状d

轨道花瓣形③l取值n

l10201301240123轨道符号spdf24第24页，共82页，2023年，2月20日，星期四◆对于多电子原子,l与n决定电子的能量E②n相同l不同的电子，对于氢原子和类氢原子（He+)的1个电子能量均相同。①原子轨道的能量主要取决于主量子数n。

l相同，n值越大，原子轨道的能量越高。Ｅ2s<Ｅ2p，Ｅ3s<Ｅ3p<Ｅ3d，Ｅ4s<Ｅ4p<Ｅ4d<Ｅ4fＥ1s<Ｅ2s<Ｅ3s<Ｅ4sＥ3s＝Ｅ3p＝Ｅ3d对于多电子原子来说，原子轨道的能量除了同主量子数n有关以外还同原子轨道的形状(角量子数l)有关。即多电子原子中原子轨道的能量决定于主量子数n和角量子数l。25第25页，共82页，2023年，2月20日，星期四◆m值相同的轨道互为等价轨道（3）

磁量子数m(magneticquantumnumber)磁量子数的取值：lm

轨道数3(f)＋3＋2＋10－1－2－370(s)011(p)＋10－132(d)＋2＋10－1－25◆

磁量子数决定在同一亚层中轨道分裂的数目◆

m＝0，±1,±2……±l；有2l+1个取值◆决定同一亚层中各轨道的取向

26第26页，共82页，2023年，2月20日，星期四

p

轨道(l

=1,m=+1,0,-1)

m三种取值,三种取向,三条等价(简并)p

轨道.s

轨道(l=0,m=0):m

一种取值,空间一种取向,一条s

轨道.yZx27第27页，共82页，2023年，2月20日，星期四d轨道(l=2,m=+2,+1,0,-1,-2):m五种取值,空间五种取向,五条等价(简并)d轨道.yxyzxyzxz28第28页，共82页，2023年，2月20日，星期四

f轨道(l=3,m=+3,+2,+1,0,-1,-2,-3):m七种取值,空间七种取向,七条等价(简并)f

轨道.本课程不要求记住f

轨道具体形状!29第29页，共82页，2023年，2月20日，星期四（4）自旋量子数

ms(spinquantumnumber)MagneticfieldscreenSmallclearancespaceSilveratomicraykiln史特恩-盖拉赫（C.Stern-W.Gerlach1921年

）发现银原子谱线在磁场作用下可分裂为两条谱线。用氢原子谱线进行类似的实验，也可得到同样的结果。乌化贝克（Uhlenbeck1925年）和哥德希密特（Goudsmit）提出了电子自旋的假设—电子除绕核作高速运动外，还有自身旋转运动，即绕自身的轴旋转。◆ms描述电子绕自轴旋转的状态◆ms取值+1/2和-1/2，分别用↑和↓表示电子的自旋只有两个方向。30第30页，共82页，2023年，2月20日，星期四

想象中的电子自旋★两种可能的自旋方向:正向(+1/2)和反向(-1/2)★产生方向相反的磁场★相反自旋的一对电子,磁场相互抵消.

Electronspinvisualized☻原子中每个电子的运动状态可以用n、l、m、ms四个量子数来描述。主量子数n主要决定原子轨道的能量，对应于电子主层；角量子数l决定原子轨道的形状，同时也影响电子的能量，对应于电子亚层；磁量子数m决定原子轨道在空间的伸展方向，亚层轨道数；自旋量子数ms决定电子自旋的方向。量子数n、

l、m

一定,轨道也确定31第31页，共82页，2023年，2月20日，星期四表7-1核外电子运动状态与量子数之间的关系

n电子层l亚层

m轨道符号轨道数可容纳电子数1K01s01s122L012s2p0-1

0

+12s2px,2py,2pz483M0123s3p3d0-10+1-2–10+1+23s3px

3py

3pz3dxy3dxz

3dyz

3dx2-y23dz29184N01234s4p4d4f0-10+1-2–10+1,+2-3–2–10+1+2+34s4px

4py

4pz4dxy

4dxz

4dyz

4dx2-y24dz2…16322n232第32页，共82页，2023年，2月20日，星期四核外电子运动轨道运动自旋运动nlm

p,d,f

轨道伸展方向不同：

px、py、pz轨道能量完全相同:简并轨道或等价轨道，

p轨道称作三重简并轨道;dxy、dyz、dxz、dx2-y2、dz2轨道能量也是完全相同的;d轨道称作五重简并轨道ms对应能量Ei33第33页，共82页，2023年，2月20日，星期四Question4写出与轨道量子数n=4,l=2,m=0的原子轨道名称.

m=0

Representationsofthefivedorbitalsm=0表示该4d轨道是不同伸展方向的5条4d轨道之一.4dz2n=4l=2

d轨道.34第34页，共82页，2023年，2月20日，星期四7.1.5

原子轨道的图像1．原子轨道的电子云

电子云：用小黑点的疏密统计性地描述电子在核外空间运动的一种图像。角量子数l不同的轨道，其电子云的形状也不同。S

轨道电子云呈球形分布；p轨道电子云呈哑铃形分布；d轨道电子云呈花瓣形分布。2s2pz2py2px

2s2pz2py2px

35第35页，共82页，2023年，2月20日，星期四2．径向分布图

将SchrÖdinger方程变量分离：径向波函数R

n,l

(r)

y

n,l,m

(r,q,f)=·Yl,m

(q,f)角度波函数径向部分R(r)可以反映在任意给定的角度方向上（即一定的θ和φ），波函数Ψ随r的变化情况3dxyyx3dxzzx3dyzyz3dx2-y2yx3dz2zx（如图7-6）36第36页，共82页，2023年，2月20日，星期四★曲线含义:最高峰—D(r)的最大值，此处电子几率密度最大。各轨道的D(r)最大值与原子核间的距离随主量子数n的增大而增大。表示电子离原子核越远。为表示核外电子随r变化的几率分布情况，量子力学中引入了与R(r)相关的径向分布函数D(r)，取不同的r值,代入波函数式中进行计算，作D(r)—r图.D(r)r1sr=0.529Å2s3s3d3d1s2s3s37第37页，共82页，2023年，2月20日，星期四2.原子轨道角度分布图

方法：从坐标原点引出方向为（θ、φ）的直线，取其长度为Y值，将所有这些直线的端点联成一个空间曲面即为原子轨道的角度分布图。2px轨道-+2pz38第38页，共82页，2023年，2月20日，星期四注意：（1）只要角量子数

l相同原子轨道其角度分布图就是类同的。3dxy3dxz3dyz3dx2-y2

3dz239第39页，共82页，2023年，2月20日，星期四（2）角度分布图中所标正负号，表示角度分布函数数值的正负。在共价键的形成时，这一点十分重要。不要将其误解为电荷的正负。

一条轨道是一个波函数Ψ,它不是行星绕太阳运行的“orbit”，也不是电子在原子中的运动途径,只能将其想象为特定电子在原子核外可能出现的某个区域的数学描述－概率（几率）.

轨道图形描述:小结

①原子轨道：特定能量的电子在核外空间出现最多区域.40第40页，共82页，2023年，2月20日，星期四②电子云—Ψ2

(r,θ,φ)★酷似波函数的角度分布图.★但是,叶瓣不再有“+”、“－”之分.3dx2-y2(原子轨道）3dx2-y2（电子云）yx云层最密的区域─电子云（不是一个科学术语,而只是一种形象化比喻。）|Ψ(r、θ、φ)|241第41页，共82页，2023年，2月20日，星期四7.2.1

多电子原子轨道的能级Pauling,L.C.(1901-1994)7.2核外电子排布和周期系

对于氢原子或类氢离子，原子轨道能级仅取决于主量子数n，与角量子数l无关。

E3s=E3p=E3d多电子体系中电子和电子之间的相互作用，使电子所处原子轨道的能级发生分裂。

美国化学家鲍林提出了多电子体系中原子轨道近似能级图

42第42页，共82页，2023年，2月20日，星期四◆

n值相同时,轨道能级则由l值决定,例:

E4s<E4p<E4d<

E4f这种现象叫能级分裂.◆

l值相同时,轨道能级只由n值决定,例:E1s<E2s<E3s<E4s图7-11多电子体系原子轨道近似能级图

◆

n和l都不同时,出现所谓的能级交错.能级交错现象出现于第四能级组开始的各能级组中,例如第四能级组的E4s＜E3d.

5s4d5p5p○○○4d○○○○○5s○5

4s3d4p4p○○○3d○○○○○4s○4

6s4f5d6p6p○○○5d○○○○○

4f○○○○○○○6s○

6

7s5f6d7p7p○○○6d○○○○○

5f○○○○○○○7s○7

3s3p3p○○○3s○3

2s2p2p○○○2s○2

1s1s○143第43页，共82页，2023年，2月20日，星期四7.2.2

屏蔽效应与钻穿效应

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。通常把其余电子对某个指定电子的排斥作用简单地看成是它们抵消了一部分核电荷。这种将其他电子对某个指定电子的排斥作用归结为对核电荷的抵消作用称为屏蔽效应。（1）屏蔽效应（Shieldingeffect）+2e-e-屏蔽效应使核表现的有效核电荷(Z*)小于真实正电荷(Z)，

减少的数值以屏蔽参数(σ)体现.

44第44页，共82页，2023年，2月20日，星期四可见，多电子原子中原子轨道能量除决定于主量子数n外，尚和屏蔽常数σ有关。n越大，轨道离核越远，受其它电子（主要是内层电子）屏蔽越多，σ值就大，z*就越小，En越大(负值越小)。各轨道能量为：E1s<E2s<E3s<E4s……

E2p<E3p<E4p……

Z*=Z-σ45第45页，共82页，2023年，2月20日，星期四D(r)1sr=0.53Å2s3sr核外电子在作绕核运动的过程中，有时会钻到离核较近的区域。电子钻得越深，它受其它电子的屏蔽就越小，电子的能量也就越低。由于电子的钻穿作用而使其能量发生变化的现象，称为钻穿效应。

钻穿效应46第46页，共82页，2023年，2月20日，星期四◆轨道的钻穿能力通常有如下顺序:

ns>np>nd>nf顺序

Ens

<Enp<End

<Enf

分裂主量子数n相同而角量子数l不同的轨道，它们的能级随l的增大而增大。◆钻穿能力ns>>nd，可导致亚层能级发生交错.例如,4s电子云径向分布图上除主峰外还有3个离核更近的小峰,其钻穿程度如此之大,以致其能级低于3d亚层,发生了交错.E4s<E3d47第47页，共82页，2023年，2月20日，星期四D(r)r4s3d7.2.3

基态原子的核外电子排布

（

ground-state

electronconfiguration

）E4s<E3d48第48页，共82页，2023年，2月20日，星期四我国化学家徐光宪先生提出了多电子原子的原子轨道能级分别的定量依据（n＋0.7l）。1234567根据徐光宪能级分组规则得到的能级组划分次序，与Pauling近似能级图是一致的。整数相同的轨道一个能级组49第49页，共82页，2023年，2月20日，星期四(1)基态原子的电子组态

原子的电子组态(又称电子构型)是一种标示形式,反映出所有电子在原子轨道中的排布方式.例如,氩原子(Z=18)的基态电子组态:Ar1s22s22p63s23p6钾原子(Z=19)的基态电子组态:K1s22s22p63s23p64s1

根据原子光谱实验和量子力学理论,基态原子的核外电子排布服从构造原理(buildingupprinciple).构造原理是指电子在原子轨道中排布时遵循的规则.50第50页，共82页，2023年，2月20日，星期四(2)构造原理①

最低能量原理(Aufbauprinciple):电子总是优先占据能量最低的轨道。2s2p3s3p4s3d4p1s5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p铬(Z=24)1s2s2p3s3p4s3d226262451第51页，共82页，2023年，2月20日，星期四②

泡利不相容原理(Pauliexclusionprinciple)：例如,一个轨道2px量子数electricAelectric

Bnlm

ms221100+1/2-1/2一个原子轨道最多只能容纳两个电子，而且这两个电子的自旋方向相反.同一原子中不能存在四个量子数完全相同的电子.2电子A和B，其三个量子数n,l,m必然相同,但ms就必须不同.52第52页，共82页，2023年，2月20日，星期四

由泡利不相容原理可知各能级组最大电子容量.周期能级组能级组原子轨道电子最大容量元素数目

1

Ⅰ

1s2

2

2

2

Ⅱ

2s22p6

8

8

3

Ⅲ

3s23p6

8

8

4

Ⅳ

4s23d104p6

18

18

5

Ⅴ

5s24d105p6

18

18

6

Ⅵ

6s24f145d106p6

32

32

7

Ⅶ

7s25f146d107p6

(未完)3226未满

32

(未完)11811211811253第53页，共82页，2023年，2月20日，星期四③洪特规则(Hund’srule)：

电子分布到等价轨道时,总是以相同的自旋状态分占轨道.

例如Cr原子3d4轨道中的4个电子按下面列出的方式(b)而不是按方式(a)排布.(b)[Ar](a)[Ar]3d44s21s2s2p3s3p4s3d226262454第54页，共82页，2023年，2月20日，星期四Hund规则的特例：p6，d10，f14全充满、p3，d5，f7半充满p0，d0，f0全空。

根据构造原理，得出电子排布式（电子组态）铬(Z=24)1s22s

22p63s23p

64s23d4构造式按电子层1s22s

22p63s23p

63d44s2or[Ar]3d54s1电子排布式（电子组态）3d54s1洪特规则比较稳定简并轨道电子数2

10

18365486原子实[He][Ne][Ar][Kr][Xe][Ru]55第55页，共82页，2023年，2月20日，星期四锰(Z=25)1s22s

22p63s23p

64s23d5构造式按电子层1s22s

22p63s23p

63d54s2or[Ar]3d54s2电子排布式（电子组态）56第56页，共82页，2023年，2月20日，星期四⑶核外电子的排布具体的方法：

第一步：根据核外电子排布规则，按轨道能级组顺序将电子依次从低能轨道填入；

Ag(Z=47)第二步：再将轨道以主能层为序依次排列即可得到Ag元素的核外电子排布式：

第三步：需要特别注意考虑洪特规则的特例。1s22s22p63s23p63d104s24p64d95s2简化：将内层已达希有气体电子层结构部分写成原子实的形式－〔希有气体元素符号〕4d105s1[Kr]4d105s11s22s22p63s23p64s23d104p65s24d91s22s22p63s23p64s23d104p65s24d91s22s22p63s23p63d104s24p64d95s257第57页，共82页，2023年，2月20日，星期四⑷核外电子排布的表示方式

①电子排布式。如N的电子排布式写作：②轨道表示式。原子轨道表示是用□或○表示:③量子数表示法。用一套量子数Ψ（n，l，m，ms）定义电子的运动状态

2p3

Ψ（2，1，0，

1/2）1s2s2pΨ（2，1，1，1/2）Ψ（2，1，-1，1/2）1s22s22p358第58页，共82页，2023年，2月20日，星期四◆根据能级顺序，运用构造原理写出基态原子的电子组态，是本章最重要的教学目的之一.

AtomEnergylevelorderSpectrumexperimentalorder

Cr

[Ar]3d

44s

2

[Ar]3d

54s

1

Mo

[Kr]4d

45s

2

[Kr]4d

55s

1

Cu

[Ar]3d

94s

2

[Ar]3d

104s

1

Ag

[Kr]4d

95s

2

[Kr]4d

105s

1

Au

[Xe]4f145d

96s

2

[Xe]4f14

5d106s

1

59第59页，共82页，2023年，2月20日，星期四Mendeleev’speriodiclaw

(1869)7.3元素周期表

(Theperiodictableofelements

)60第60页，共82页，2023年，2月20日，星期四◆七个周期:一个特短周期(1);二个短周期(2,3);二个长周期(4,5);二个特长周期(6,7),第7周期又叫不完全周期.◆除第一周期外,各周期均以填充s轨道的元素开始,并以填充p轨道的元素告终.SpdfⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡ

B

ⅠAⅡ

AⅢAⅣAⅤAⅥAⅦAⅧ61第61页，共82页，2023年，2月20日，星期四

比较原子的电子排布式（电子组态）与元素周期系，发现两者有以下对应关系：①：原子序数电子组态中容纳的电子数

②：周期数电子组态中的最高能级数

③：族数电子组态中外层电子数：

47Ag47号元素，电子组态中有47个电子。47Ag的电子组态：〔Kr〕4d105s1，最高能级数为5，该元素为第5周期。Ag：〔Kr〕4d105s1IBCa：〔Kr〕4s2IIAFe：〔Kr〕4d65s2VIII62第62页，共82页，2023年，2月20日，星期四④：周期中元素数目能级组中的电子数⑤：元素所属的区最后一个电子填入的轨道第二周期8个元素能级组2s22p6

第五周期18个元素能级组5s24d105p6f区：ns2（n－2）f1～14s区：IA，IIA：ns1～2p区：IIIA……0：ns2np1～6d区：IB……VIIIB：ns1～2

(n－1)d1～1063第63页，共82页，2023年，2月20日，星期四已知元素的原子序数，可以推知该元素在周期表中的位置及其价层组态与性质，反之亦然。例如：已知某元素的原子序数为30，试推测该元素在周期表中的位置、价电子构型以及所在的区，并写出其元素符号。解：原子序数为30则元素核外电子排布式：1s22s22p63s23p64s23d10

价层组态：该元素属于第四周期、IIB、d区族IIBZnCdHg元素符号：Zn

锌3d104s21s22s22p63s23p63d104s2

按电子层[Ar]64第64页，共82页，2023年，2月20日，星期四例如：钛（Ti）元素，属第四周期第IVB族。请写出其电子排布式。解：第四周期第IVB族：价层组态：电子排布式：3d24s21s22s22p63s23p63d24S24s23d2〔Ar〕65第65页，共82页，2023年，2月20日，星期四7.4原子参数

(

atomicparameters)

原子参数(atomicparameters)是指用以表达原子特征的参数，它影响甚至决定元素的性质，并随原子序呈周期性变化.◆适用金属元素◆固体中测定两个最邻近原子的核间距一半◆适用非金属元素◆测定单质分子中两个相邻原子的核间距一半1.原子半径(atomicradius)迄今所有的原子半径都是在结合状态下测定的.

金属半径(metallicradius)共价半径(covalentradius)66第66页，共82页，2023年，2月20日，星期四Atomicradii(inpm)Li157Be112Mg160Na191Ca197K235Rb250Sr215Ba224Cs272Sc164Mo140Cr129Mn137Tc135Re137Os135Ru134Fe126Co125Rh134Ir136Pt139Pd137Ni125Cu128Ag144Au144Hg155Cd152Zn137Ti147V135Nb147Y162Hf159Ta147W141La172Zr160B88C77N74O66F64Al143Si118P110S104Cl99Ge122Ga153Tl171In167Br114As121Se104Sn158Sb141Te137I133Bi182Pb175Source:WellsAF,StructuralInorganicChemistry,5thedn.ClarendonPress,Oxford(1984).67第67页，共82页，2023年，2月20日，星期四⑴同周期原子半径的变化趋势总趋势：随着原子序数的增大,原子半径自左至右减小.解释:电子层数不变的情况下,有效核电荷的增大导致核对外层电子的引力增大.68第68页，共82页，2023年，2月20日，星期四(2)

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:电子层依次增加。Mo130W130Zr145Hf144Nb134Ta134Li157Be112Mg160Na191Ca197K235Rb250Sr215Ba224Cs272◆第6周期过渡元素(如Hf,Ta)的原子半径与第5周期同族元素(如Zr,Nb)相比几乎没有增大,这是镧系收缩的重要效应之一.hatangaoni69第69页，共82页，2023年，2月20日，星期四◆内部效应:镧系中相邻元素的半径十分接近,用普通的化学方法将很难分离.内过渡元素有镧系收缩效应4f1～145d16s2RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXe216191162145134130127125125128134148144140141137133190CsBaLa系HfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRn235198144134130128126127130134144148147146146145－◆外部效应:使第5、6两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.LaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu169165164164163162185162161190158158158170158Mo130W130Zr145Hf144Nb134Ta13416916516416416316218516216119015815815817015870第70页，共82页，2023年，2月20日，星期四2.

电离能(

ionizationenergy)E(g)==E+(g)+e-I

1E+(g)==E

2+(g)+e-I

2I1

<I2

<I3

<I4

基态气体原子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,再从正离子相继逐个失去电子所需的最小能量则叫第二、第三、…电离能.71第71页，共82页，2023年，2月20日，星期四同族总趋势：自上至下减小,与原子半径增大的趋势一致同周期总趋势：自左至右增大,与原子半径减小的趋势一致72第72页，共82页，2023年，2月20日，星期四

◆各周期中稀有气体原子的电离能最高.◆第2周期中N元素比相邻的O元素高。N：1s22s22p3O：1s