第六章原子结构与元素周期性精选文档.ppt

第六章原子结构与元素周期性本讲稿第一页，共一百零四页第第6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性n6.1 原子结构的近代概念原子结构的近代概念n6.2 核外电子运动状态的近代描述核外电子运动状态的近代描述n6.3 原子核外的电子层结构原子核外的电子层结构n6.4 元素性质的周期性规律元素性质的周期性规律本讲稿第二页，共一百零四页n6.1 原子结构的近代概念原子结构的近代概念本讲稿第三页，共一百零四页认识史回顾认识史回顾认识史回顾认识史回顾-古原子学说古原子学说古原子学说古原子学说(公元前公元前公元前公元前5 5 5 5世纪，希腊哲学家）世纪，希腊哲学家）世纪，希腊哲学家）世纪，希腊哲学家）-原子论原子论原子论原子论（19191919世纪，道尔顿）世纪，道尔顿）世纪，道尔顿）世纪，道尔顿）-枣糕模型枣糕模型枣糕模型枣糕模型（1919世纪末，汤姆逊）世纪末，汤姆逊）世纪末，汤姆逊）世纪末，汤姆逊）-“行星系式行星系式行星系式行星系式”原子模型原子模型原子模型原子模型（卢瑟福）（卢瑟福）（卢瑟福）（卢瑟福）但对氢原子光谱为什么是不连续光谱，但对氢原子光谱为什么是不连续光谱，原子为什么依然是原子等问题没法解原子为什么依然是原子等问题没法解释。释。本讲稿第四页，共一百零四页1.Bohr原子模型（1）光和电磁辐射）光和电磁辐射红 橙 黄 绿 青 蓝 紫本讲稿第五页，共一百零四页光和电磁辐射可见光谱可见光谱(连续光谱连续光谱)本讲稿第六页，共一百零四页氢原子光谱氢原子光谱是不连续的线状光谱是不连续的线状光谱本讲稿第七页，共一百零四页玻尔玻尔(N.Bohr)丹麦丹麦物理学家物理学家，1913年玻尔任曼彻斯特大学物理学助教，年玻尔任曼彻斯特大学物理学助教，创立了原创立了原子结构理论子结构理论，为，为20世纪原子物理学开辟了道路。世纪原子物理学开辟了道路。1916年任哥年任哥本哈根大学物理学教授，本哈根大学物理学教授，1917年当选为丹麦皇家科学院院士。年当选为丹麦皇家科学院院士。1921年，在玻尔的倡议下年，在玻尔的倡议下成立了哥本哈根大学理论物理学研究成立了哥本哈根大学理论物理学研究所所。玻尔领导这一研究所先后达。玻尔领导这一研究所先后达40年之久。年之久。1922年玻尔荣获年玻尔荣获诺诺贝尔物理学奖贝尔物理学奖。1923年接受英国曼彻斯特大学和剑桥大学名誉博年接受英国曼彻斯特大学和剑桥大学名誉博士学位。士学位。1937年年5、6月间，玻尔曾经到过我国访问和讲学。月间，玻尔曾经到过我国访问和讲学。1939年任丹麦皇家科学院院长。第二次世界大战开始，丹麦被德国法西年任丹麦皇家科学院院长。第二次世界大战开始，丹麦被德国法西斯占领。斯占领。1943年玻尔为躲避纳粹的迫害，逃往瑞典。年玻尔为躲避纳粹的迫害，逃往瑞典。1944年玻尔年玻尔在美国参加了和原子弹有关的理论研究。在美国参加了和原子弹有关的理论研究。1947年丹麦政府为了表彰年丹麦政府为了表彰玻尔的功绩，封他为玻尔的功绩，封他为“骑象勋爵骑象勋爵”。1952年玻尔倡议年玻尔倡议建立欧洲原建立欧洲原子核研究中心子核研究中心(CERN)，并且自任主席。，并且自任主席。1955年他参加创建北欧年他参加创建北欧理论原子物理学研究所，担任管委会主任。同年丹麦成立原子理论原子物理学研究所，担任管委会主任。同年丹麦成立原子能委员会，玻尔被任命为主席。能委员会，玻尔被任命为主席。本讲稿第八页，共一百零四页Bohr原子模型的要点原子模型的要点 电子在某一定态轨道上运动时，既不吸收也不电子在某一定态轨道上运动时，既不吸收也不辐射能量。辐射能量。核外电子只能在一些有确定半径和能量的轨核外电子只能在一些有确定半径和能量的轨道上运动，这些轨道的能量状态不随时间而道上运动，这些轨道的能量状态不随时间而变，称为变，称为定态轨道。定态轨道。1.定态轨道概念定态轨道概念本讲稿第九页，共一百零四页2.轨道能级的概念轨道能级的概念 不同的定态轨道能量不不同的定态轨道能量不同。离原子核越近的能量越低。同。离原子核越近的能量越低。轨道的这些不同的能量状态，称为轨道的这些不同的能量状态，称为能级能级。氢原子轨道能级示意图氢原子轨道能级示意图本讲稿第十页，共一百零四页n核外轨道的能量公式核外轨道的能量公式nRH是常量，是常量，2.1810-18J；n为主量子数。为主量子数。Z是核电荷数。是核电荷数。通常，电子处在离核最近的轨道通常，电子处在离核最近的轨道(n=1)上，能上，能量最低量最低基态基态；原子获得能量后，电子被激发到高能量轨道原子获得能量后，电子被激发到高能量轨道上，原子处于上，原子处于激发态激发态本讲稿第十一页，共一百零四页氢原子轨道能级示意图氢原子轨道能级示意图本讲稿第十二页，共一百零四页电子从基态到激发态时吸收光能，电子从基态到激发态时吸收光能，电子从激发态回电子从激发态回到基态时释放光能，光的频率取决于轨道间的能量到基态时释放光能，光的频率取决于轨道间的能量差。差。E=h轨道间的能量差是量子化的（即是不连续的）轨道间的能量差是量子化的（即是不连续的）因此氢原子光谱是不连续的线状光谱。因此氢原子光谱是不连续的线状光谱。（3）能级间的跃迁）能级间的跃迁本讲稿第十三页，共一百零四页玻尔理论的玻尔理论的优点优点：成功地解释了氢原子和类氢原子的光谱，成功地解释了氢原子和类氢原子的光谱，获得了获得了1922年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。玻尔理论的玻尔理论的缺陷缺陷：没有摆脱经典力学的束缚；没有摆脱经典力学的束缚；不能解释多电子原子的光谱；不能解释多电子原子的光谱；不能说明氢原子光谱的精细结构；不能说明氢原子光谱的精细结构；不能解释原子形成分子的化学键本质不能解释原子形成分子的化学键本质本讲稿第十四页，共一百零四页2.电子的波粒二象性电子的波粒二象性光具有波粒二象性（波动性和粒子性）。光具有波粒二象性（波动性和粒子性）。1924年，德布罗意年，德布罗意（de Broglie LV）预预言所有的微观粒子（原子、电子等）都具有言所有的微观粒子（原子、电子等）都具有波粒二象性波粒二象性德布罗意关系式德布罗意关系式=hmv普朗克常数普朗克常数德布罗意德布罗意本讲稿第十五页，共一百零四页 1927年，年，Davissson和和Germer应用应用Ni晶晶体进行电子衍射体进行电子衍射实验，证实电子实验，证实电子具有波动性。具有波动性。C.Davisson and L.Germar 1927，美国美国本讲稿第十六页，共一百零四页电子衍射实验电子衍射实验:本讲稿第十七页，共一百零四页本讲稿第十八页，共一百零四页本讲稿第十九页，共一百零四页19271927年年,海森堡提出的测不准原理能说明电子这海森堡提出的测不准原理能说明电子这种微观粒子的种微观粒子的统计性统计性运动规律运动规律3.3.测不准原理测不准原理测不准原理测不准原理:对于具有波粒二象性的微粒而言对于具有波粒二象性的微粒而言,不可能不可能同时准确测定它们在某瞬间的位置和速同时准确测定它们在某瞬间的位置和速度度(或动量或动量).原子核外电子运动没有确定的轨道原子核外电子运动没有确定的轨道,而是具有按概率分布的而是具有按概率分布的统计规律统计规律.本讲稿第二十页，共一百零四页n6.2核外电子运动状态的近代描述核外电子运动状态的近代描述本讲稿第二十一页，共一百零四页1926年薛定谔提出了描述微观粒子运动状年薛定谔提出了描述微观粒子运动状态的基本方程：态的基本方程：薛定谔方程薛定谔方程:薜定谔方程薜定谔方程-电子运动的波动方程式电子运动的波动方程式如果微观粒子是原子核外电子，相应如果微观粒子是原子核外电子，相应的薜定谔方程就是电子波动方程的薜定谔方程就是电子波动方程本讲稿第二十二页，共一百零四页薛定谔，薛定谔，E(18871961)奥地利理论物奥地利理论物理学家，是波理学家，是波动力学的创始动力学的创始人人本讲稿第二十三页，共一百零四页式中式中:称为波函数称为波函数;是该方程的解。是该方程的解。薛定谔方程薛定谔方程:E为原子的总能量为原子的总能量;V为原子核对电子的吸引能为原子核对电子的吸引能;m为电子的质量为电子的质量;h为普朗克常数为普朗克常数;x、y、z为电子的空间坐标为电子的空间坐标.本讲稿第二十四页，共一百零四页波函数波函数 是空间直角坐标是空间直角坐标x、y、z的函数的函数 =（x，y，z）对于一个指定的原子体系，波函数对于一个指定的原子体系，波函数 是描述原子是描述原子核外电子运动状态的数学表示式。核外电子运动状态的数学表示式。解一个指定的原子体系（如氢原子体系）的解一个指定的原子体系（如氢原子体系）的薜定谔方程，可以得到一系列的波函数，和薜定谔方程，可以得到一系列的波函数，和一系列相应的能量值。一系列相应的能量值。例如例如 波函数波函数 1s相应的能量值相应的能量值本讲稿第二十五页，共一百零四页薜定谔方程的解即波函数薜定谔方程的解即波函数 不止一个，而是有许多不止一个，而是有许多个，其中有些是合理的，有些是不合理的。个，其中有些是合理的，有些是不合理的。每一个合理的解代表电子的一种可能运动状态（定每一个合理的解代表电子的一种可能运动状态（定态），与其对应的能量为该定态的能级。态），与其对应的能量为该定态的能级。例如基态氢原子的电子能态为：例如基态氢原子的电子能态为：本讲稿第二十六页，共一百零四页电子的运动状态可用波函数电子的运动状态可用波函数 和其相应的能量和其相应的能量来描述。来描述。在数学上，函数都有相应的空间图象。在数学上，函数都有相应的空间图象。波函数波函数 的空间图象可理解为电子的的空间图象可理解为电子的空间运动空间运动范围。范围。波函数波函数 的空间图象称为的空间图象称为原子轨道原子轨道。波函数波函数 是是原子轨道原子轨道的数学表示式。的数学表示式。波函数与原子轨道常作为同义词使用。波函数与原子轨道常作为同义词使用。本讲稿第二十七页，共一百零四页解薛定谔方程式时解薛定谔方程式时,为为方便起见方便起见,将直角坐标将直角坐标(x,y,z)变换为球极坐变换为球极坐标标(r,):(x,y,z)(r,)=R(r)()()=R(r)Y(,).径向波函数角度波函数本讲稿第二十八页，共一百零四页2.量子数量子数解薜定谔方程时可得到许多个波函数。解薜定谔方程时可得到许多个波函数。每个波函数都包含有三个常数，称为三个量子每个波函数都包含有三个常数，称为三个量子数，分别用数，分别用n，l，m表示。表示。不同的波函数三个量子数的值不同。不同的波函数三个量子数的值不同。这三个量子数只有按一定规则取值和组合时，这三个量子数只有按一定规则取值和组合时，相应的波函数和能量值才是合理的，才代表相应的波函数和能量值才是合理的，才代表了电子的一种运动状态。了电子的一种运动状态。原子核外的电子运动状态可用四个量子数（原子核外的电子运动状态可用四个量子数（n，l，m再加上另一量子数再加上另一量子数ms）进行描述。）进行描述。本讲稿第二十九页，共一百零四页四个量子数四个量子数 主量子数主量子数 n 磁量子数磁量子数 m 自旋量子数自旋量子数 ms 副量子数（角量子数）副量子数（角量子数）l本讲稿第三十页，共一百零四页K L M N O Pn值决定了电子在核外出现概率最大的区域离核的值决定了电子在核外出现概率最大的区域离核的远近及其能量的高低远近及其能量的高低.主量子数主量子数(n)取值限制：取值限制：只能取非零正整数只能取非零正整数n值值 1 2 3 4 5 6n值代号值代号n值越小，则该电子层离原子核的平均距离越值越小，则该电子层离原子核的平均距离越近，其能级越低。近，其能级越低。物理意义：物理意义：每一个每一个n值代表一个值代表一个电子层电子层.本讲稿第三十一页，共一百零四页.角量子数角量子数(l)l值值 0 1 2 3 spdf例如，当例如，当n=3时，时，l只可取只可取0，1，2这三个值。这三个值。取值限制：取值限制：l 的取值受的取值受n值限制值限制,l 可取值为可取值为 0,1,(n-1)l值代号值代号物理意义：物理意义：在指定的电子层，每一个在指定的电子层，每一个l值代表一个值代表一个电子亚层电子亚层.例如，在第例如，在第3电子层（电子层（n=3），），l只可取只可取0，1，2这三个值。表示在第这三个值。表示在第3电子层只有三个电子电子层只有三个电子亚层，即亚层，即3s亚层、亚层、3p亚层、亚层、3d亚层。亚层。本讲稿第三十二页，共一百零四页在第在第 n 电子层刚好包含电子层刚好包含 n 个电子亚层。个电子亚层。在多电子原子中，对于同一电子层，在多电子原子中，对于同一电子层，l 值越小，则该电子亚层的能级越低。值越小，则该电子亚层的能级越低。当当n值相同时值相同时,亚层能级相对高低为亚层能级相对高低为 ns np nd np nd nf外层电子对内层电子无屏蔽作用外层电子对内层电子无屏蔽作用同层电子之间同层电子之间0.35(第一层第一层0.30);(n-1)层对层对n层为层为0.85;(n-1)层以内的对层以内的对n层为层为1.00.本讲稿第六十三页，共一百零四页E3d E4s,可能就是可能就是4s电子的钻穿能力较电子的钻穿能力较3d电子电子强的缘故强的缘故.3d与与4s轨道的径向分布图轨道的径向分布图本讲稿第六十四页，共一百零四页1.Pauling近似能级图近似能级图:nsnpndnf能级交错能级交错.图中可看出图中可看出:各电子层能各电子层能级的相对高低级的相对高低;本讲稿第六十五页，共一百零四页本讲稿第六十六页，共一百零四页 本讲稿第六十七页，共一百零四页我国著名化学家北京大学徐光宪教授，根据光谱我国著名化学家北京大学徐光宪教授，根据光谱实验数据，实验数据，对基态多电子原子轨道的能级高低提对基态多电子原子轨道的能级高低提出一种定量的依据，出一种定量的依据，并把并把 n+0.7l值的第一位数字相同的各能级组合值的第一位数字相同的各能级组合为一组，称为某能级组。为一组，称为某能级组。即即n+0.7l值愈大，轨道能级愈高，值愈大，轨道能级愈高，徐光宪徐光宪中科院院士中科院院士北京大学教授北京大学教授本讲稿第六十八页，共一百零四页能级能级1s2s2p3s3p4s3d 4pn+0.7 l1.02.02.73.03.74.04.44.7能级组能级组组内电子数组内电子数288185s4d5p6s4f5d6p5.05.45.76.06.16.46.71832本讲稿第六十九页，共一百零四页 1s，(2s，2p)，(3s，3p)，(4s，3d，4p)，(5s，4d，5p)，(6s，4f，5d，6p)根据徐光宪公式计算可以明确原子能级根据徐光宪公式计算可以明确原子能级由低到高依次为由低到高依次为此顺序与鲍林近似能级顺序吻合。此顺序与鲍林近似能级顺序吻合。括号表示能级组。括号表示能级组。一般来说一般来说,基态原子外层轨道能级高低的基态原子外层轨道能级高低的顺序为顺序为:ns (n-2)f (n-1)d np本讲稿第七十页，共一百零四页核外电子排布规律核外电子排布规律(一一)PauliPauli不相容原理不相容原理多电子原子的核外电子排布遵循三个规律多电子原子的核外电子排布遵循三个规律:根据泡利不相容原理，每个原子轨道中最多根据泡利不相容原理，每个原子轨道中最多只能容纳两个电子，并且这两个电子必须自只能容纳两个电子，并且这两个电子必须自旋方向相反旋方向相反.在同一个原子中在同一个原子中,不可能有四个量子数完不可能有四个量子数完全相同的两个电子同时存在。全相同的两个电子同时存在。本讲稿第七十一页，共一百零四页电子层、电子亚层、原子轨道数、电子数之间的关系电子层、电子亚层、原子轨道数、电子数之间的关系:每个电子层每个电子层轨道数目轨道数目n2主量子数主量子数 n 1 2 3 4 电子亚层电子亚层 1s 2s,2p 3s,3p,3d 4s,4p,4d,4f 每个亚层中每个亚层中轨道数目轨道数目1 1,3 1,3,5 1,3,5,7 1 4 9 16每个亚层可每个亚层可容纳电子数容纳电子数 2 2,6 2,6,10 2,6,10,14每个电子层每个电子层可容电子数可容电子数 2 n22 8 18 32本讲稿第七十二页，共一百零四页（二）（二）最低能量原理最低能量原理核外电子排布规律核外电子排布规律基态多电子原子的核外电子在核外排布时总是尽基态多电子原子的核外电子在核外排布时总是尽先占据能量最低的轨道，只有当低能量的轨道占先占据能量最低的轨道，只有当低能量的轨道占满后，才依次排入高能量的轨道。满后，才依次排入高能量的轨道。本讲稿第七十三页，共一百零四页电子在能量相同的轨道（简并轨道）上排布时，电子在能量相同的轨道（简并轨道）上排布时，总是尽可能单独分占不同的轨道总是尽可能单独分占不同的轨道,且自旋方向相且自旋方向相同同.核外电子排布规律核外电子排布规律（三）（三）Hund规则规则简并轨道处于全充满、半充满、全空时简并轨道处于全充满、半充满、全空时,原子较稳定原子较稳定.本讲稿第七十四页，共一百零四页基态原子的核外基态原子的核外电子排布式电子排布式的书写的书写例：例：写出基态氮原子的核外电子排布式。写出基态氮原子的核外电子排布式。7 N：1s22s22p3解：解：基态原子的核外基态原子的核外电子排布轨道式电子排布轨道式的书写的书写例：例：写出基态氮原子的核外电子排布轨道式。写出基态氮原子的核外电子排布轨道式。7 N：解：解：1s2s2p本讲稿第七十五页，共一百零四页例：例：写出基态铁原子的核外电子排布式。写出基态铁原子的核外电子排布式。26 Fe：解：解：1s222s22p63s23p63d64s电子填充顺序为电子先进入电子填充顺序为电子先进入4s亚层，亚层，4s亚层亚层填满后电子再进入填满后电子再进入3d亚层。亚层。但在书写时一律按电子层的顺序写，因此但在书写时一律按电子层的顺序写，因此 3d 写在写在 4s 之前。之前。本讲稿第七十六页，共一百零四页电子排布式的简写：电子排布式的简写：将内层已达到稀有气体电子层结构的部分用将内层已达到稀有气体电子层结构的部分用稀有气体的元素符号加方括号表示，稀有气体的元素符号加方括号表示，并称为并称为原子芯原子芯（或（或原子实原子实）例：例：18Ar的电子排布式为的电子排布式为:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 26 Fe：1s222s22p63s23p63d64s可简写为可简写为 26 Fe：23d64s Ar价层电子价层电子本讲稿第七十七页，共一百零四页例：例：写出基态铬原子的核外电子排布式。写出基态铬原子的核外电子排布式。24 Cr：解：解：1s22s22p63s23p63d424s 24 Cr：1s22s22p63s23p613d54s3d亚层和亚层和4s亚层均半充满，原子更稳定。亚层均半充满，原子更稳定。简写简写 24 Cr：13d54s Ar价层电子价层电子基态铬原子的核外电子排布轨道式基态铬原子的核外电子排布轨道式 24 Cr：Ar3d4s本讲稿第七十八页，共一百零四页价层电子构型（价层电子组态）价层电子构型（价层电子组态）注意注意:价电子层中的电子并非一定全是价电子价电子层中的电子并非一定全是价电子.3d54s24d5s101Ag的氧化值只有的氧化值只有+1,+2,+3.价电子价电子 参加化学反应时能用于成键的电子参加化学反应时能用于成键的电子.价电子层（简称价层）价电子层（简称价层）-价电子所在的电子层和亚层价电子所在的电子层和亚层.-价电子层的电子排布式价电子层的电子排布式.例例 25Mn的价层电子构型为的价层电子构型为:例例 47Ag的价电子层构型为的价电子层构型为:本讲稿第七十九页，共一百零四页4.简单基态阳离子的电子排布简单基态阳离子的电子排布:26Fe 的电子排布式为的电子排布式为Ar3d6 4s2.Fe2+的电子排布式的电子排布式是否为是否为:Ar3d4 4s2.否否正确的正确的Fe2+的电子排布式的电子排布式Ar3d6 4s0一般规律一般规律基态原子外层电子填充顺序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：价电子电离顺序：npns(n-1)d(n-2)f例例 25Mn2+:Ar3d54s0本讲稿第八十页，共一百零四页元素周期表元素周期表本讲稿第八十一页，共一百零四页门捷列夫门捷列夫俄罗斯化学家门捷列夫俄罗斯化学家门捷列夫(1834.2.81907.2.2)，生在西伯利，生在西伯利亚。他从小热爱劳动，喜爱大自然，学习勤奋。亚。他从小热爱劳动，喜爱大自然，学习勤奋。1860年门捷列夫在为著作化学原理一书考虑写作计划年门捷列夫在为著作化学原理一书考虑写作计划时，深为无机化学的缺乏系统性所困扰。于是，他开始搜时，深为无机化学的缺乏系统性所困扰。于是，他开始搜集每一个已知元素的性质资料和有关数据，把前人在实践集每一个已知元素的性质资料和有关数据，把前人在实践中所得成果，凡能找到的都收集在一起。人类关于元素问中所得成果，凡能找到的都收集在一起。人类关于元素问题的长期实践和认识活动，为他提供了丰富的材料。他在题的长期实践和认识活动，为他提供了丰富的材料。他在研究前人所得成果的基础上，发现一些元素除有特性之外研究前人所得成果的基础上，发现一些元素除有特性之外还有共性。例如，已知卤素元素的氟、氯、溴、碘，都具还有共性。例如，已知卤素元素的氟、氯、溴、碘，都具有相似的性质；碱金属元素锂、钠、钾暴露在空气中时，都很快就被氧化，因此都是只能有相似的性质；碱金属元素锂、钠、钾暴露在空气中时，都很快就被氧化，因此都是只能以化合物形式存在于自然界中；有的金属例铜、银、金都能长久保持在空气中而不被腐蚀，以化合物形式存在于自然界中；有的金属例铜、银、金都能长久保持在空气中而不被腐蚀，正因为如此它们被称为贵金属。于是，门捷列夫开始试着排列这些元素。他把每个元素都正因为如此它们被称为贵金属。于是，门捷列夫开始试着排列这些元素。他把每个元素都建立了一张长方形纸板卡片。在每一块长方形纸板上写上了元素符号、原子量、元素性质建立了一张长方形纸板卡片。在每一块长方形纸板上写上了元素符号、原子量、元素性质及其化合物。然后把它们钉在实验室的墙上排了又排。经过了一系列的排队以后，他发现及其化合物。然后把它们钉在实验室的墙上排了又排。经过了一系列的排队以后，他发现了元素化学性质的规律性。因此，当有人将门捷列夫对元素周期律的发现看得很简单，轻了元素化学性质的规律性。因此，当有人将门捷列夫对元素周期律的发现看得很简单，轻松地说他是用玩扑克牌的方法得到这一伟大发现的，门捷列夫却认真地回答说，从他立志松地说他是用玩扑克牌的方法得到这一伟大发现的，门捷列夫却认真地回答说，从他立志从事这项探索工作起，一直花了大约从事这项探索工作起，一直花了大约20年的功夫，才终于在年的功夫，才终于在1869年发表了元素周期律。他年发表了元素周期律。他把化学元素从杂乱无章的迷宫中分门别类地理出了一个头绪。此外，因为他具有很大的勇把化学元素从杂乱无章的迷宫中分门别类地理出了一个头绪。此外，因为他具有很大的勇气和信心，不怕名家指责，不怕嘲讽，勇于实践，敢于宣传自己的观点，终于得到了广泛气和信心，不怕名家指责，不怕嘲讽，勇于实践，敢于宣传自己的观点，终于得到了广泛的承认。为了纪念他的成就，人们将美国化学家希伯格在的承认。为了纪念他的成就，人们将美国化学家希伯格在1955年发现的第年发现的第101号新元素命号新元素命名为名为Mendelevium，即，即“钔钔”。本讲稿第八十二页，共一百零四页1.原子序数原子序数:主族、副族、零族、第主族、副族、零族、第族族:原子序数由原子核电荷数确定原子序数由原子核电荷数确定.2.周期周期:周期号数等于电子层数周期号数等于电子层数(Pd除外除外).各周期元素的数目各周期元素的数目等于相应能级组中原子轨道所等于相应能级组中原子轨道所能容纳的电子总数能容纳的电子总数.3.族族:本讲稿第八十三页，共一百零四页各周期元素与相应能级组的关系各周期元素与相应能级组的关系周期周期 能级组能级组 能级中原子轨道能级中原子轨道 电子最大容量电子最大容量 元素数目元素数目 1 1 1s 2 2 2s2p 3 3 3s3p 4 4 4s3d4p 5 5 5s4d5p 6 6 6s4f5d6p 7 7 7s5f6d(未完未完)2 28 88 818 1818 1832 32尚未布满尚未布满 23(未完未完)本讲稿第八十四页，共一百零四页A01AAAAAA2p区3s区BBBBBBB4d区ds区567镧系f区锕系区：区：把价层电子构型相似的元素集中在一起，形成一个区。把价层电子构型相似的元素集中在一起，形成一个区。本讲稿第八十五页，共一百零四页主族元素主族元素主族元素主族元素副族元素副族元素副族元素副族元素零族零族ns12ns2np16(n-1)d19n s12(n-2)f114s区区p区区d d区区区区ds区区f区区过渡元素过渡元素内过渡元素内过渡元素元素周期表元素周期表本讲稿第八十六页，共一百零四页例例写出写出25号元素的基态原子核外电子排布式号元素的基态原子核外电子排布式并指出其在周期表中所属周期、族和区。并指出其在周期表中所属周期、族和区。1s222s22p63s23p63d54s解解 电子排布式电子排布式或或Ar 3d 5 4s 2第第4周期，周期，B族，族，d区区本讲稿第八十七页，共一百零四页6.4 元素性质的周期性元素性质的周期性本讲稿第八十八页，共一百零四页1.有效核电荷有效核电荷Z*元素原子序数增加时，原子的有效核电荷元素原子序数增加时，原子的有效核电荷Z*呈呈现周期性的变化。现周期性的变化。同一周期：同一周期：短周期：从左到右，短周期：从左到右，Z*显著增加。显著增加。长周期：从左到右，前半部分有长周期：从左到右，前半部分有Z*增加增加 不多，后半部分显著增加。不多，后半部分显著增加。同一族：从上到下，同一族：从上到下，Z*增加，但不显著。增加，但不显著。本讲稿第八十九页，共一百零四页本讲稿第九十页，共一百零四页2.原子半径（原子半径（r）共价半径共价半径 van der Waals 半径半径 主族元素：从左到右主族元素：从左到右 r 减小；减小；从上到下从上到下 r 增大。增大。过渡元素：从左到右过渡元素：从左到右r 缓慢减小；缓慢减小；从上到下从上到下r略有增大。略有增大。金属半径金属半径本讲稿第九十一页，共一百零四页主主族族元元素素本讲稿第九十二页，共一百零四页 元素的原子半径变化趋势元素的原子半径变化趋势本讲稿第九十三页，共一百零四页 镧系元素从左到右，原子半径减小幅度更镧系元素从左到右，原子半径减小幅度更小，这是由于新增加的电子填入外数第三层上，小，这是由于新增加的电子填入外数第三层上，对外层电子的屏蔽效应更大，外层电子所受到对外层电子的屏蔽效应更大，外层电子所受到的的 Z*增加的影响更小。镧系元素从镧到镱整增加的影响更小。镧系元素从镧到镱整个系列的原子半径减小不明显的现象称为个系列的原子半径减小不明显的现象称为镧镧系收缩系收缩。本讲稿第九十四页，共一百零四页3.电离能 基态气体原子失去电子成为带一个正电荷基态气体原子失去电子成为带一个正电荷的气态正离子所需要的能量称为第一电离能，的气态正离子所需要的能量称为第一电离能，用用 I 1表示。表示。由由+1价气态正离子失去电子成为带价气态正离子失去电子成为带+2价价气态正离子所需要的能量称为第二电离能，气态正离子所需要的能量称为第二电离能，用用 I 2表示。表示。E+(g)E 2+(g)+e-I 2E(g)E+(g)+e-I 1例如：例如：本讲稿第九十五页，共一百零四页本讲稿第九十六页，共一百零四页 N、P、As、Sb、Be、Mg电离能较大电离能较大 半满，全满。半满，全满。同一主族同一主族：从上到下，最外层电子数相同；：从上到下，最外层电子数相同；Z*增加不多，增加不多，r 增大为主要因素，核对外层增大为主要因素，核对外层电子引力依次减弱，电子易失去，电子引力依次减弱，电子易失去，I 依次变小。依次变小。同一周期同一周期：主族元素主族元素从从A 到卤素，到卤素，Z*增大，增大，r 减小，减小，I 增大。其中增大。其中A 的的 I1 最小，稀有气体的最小，稀有气体的 I1 最大；长周期中部最大；长周期中部(过渡元素过渡元素)，电子依次加到，电子依次加到次外层，次外层，Z*增加不多，增加不多，r 减小缓慢，减小缓慢，I 略有增略有增加。加。本讲稿第九十七页，共一百零四页4.电子亲和能电子亲和能 元素的气态原子在基态时获得一个电子元素的气态原子在基态时获得一个电子成为一价气态负离子所放出的能量称为电子成为一价气态负离子所放出的能量称为电子亲和能。当负一价离子再获得电子时要克服亲和能。当负一价离子再获得电子时要克服负电荷之间的排斥力，因此要吸收能量。负电荷之间的排斥力，因此要吸收能量。O(g)+e-O-(g)A1=-140.0 kJ.mol-1O-(g)+e-O2-(g)A2=844.2 kJ.mol-1电子亲和能的大小变化的周期性规律如下图：电子亲和能的大小变化的周期性规律如下图：例如：例如：本讲稿第九十八页，共一百零四页本讲稿第九十九页，共一百零四页 同一周期同一周期：从左到右，：从左到右，Z*增大，增大，r 减小，减小，最外层电子数依次增多，趋向于结合电子形最外层电子数依次增多，趋向于结合电子形成成 8 电子结构，电子结构，A 的负值增大的负值增大。卤素的。卤素的 A 呈呈现最大负值，现最大负值，A为正值，稀有气体的为正值，稀有气体的 A 为最大为最大正值。正值。同一主族同一主族：从上到下，规律不很明显，大：从上到下，规律不很明显，大部分的部分的 A 负值变小负值变小。特例：。特例：A(N)为正值为正值，是，是 p 区元素中除稀有气体外唯一的正值。区元素中除稀有气体外唯一的正值。A 的最的最大负值大负值不出现在不出现在 F 原子而原子而是是 Cl 原子原子。本讲稿第一百页，共一百零四页 原子在分子中吸引电子的能力称为元素原子在分子中吸引电子的能力称为元素的电负性，用的电负性，用 表示。表示。电负性标度不同，数据不同，但在周期电负性标度不同，数据不同，但在周期系中变化规律是一致的。电负性可以综合衡系中变化规律是一致的。电负性可以综合衡量各种元素的金属性和非金属性。量各种元素的金属性和非金属性。同一周期同一周期从左到右电负性依次增大；同一主族从上到从左到右电负性依次增大；同一主族从上到下电负性依次变小，下电负性依次变小，F 元素元素 为为3.98，非金，非金属性最强。属性最强。电负性的标度有多种，常见的有电负性的标度有多种，常见的有Mulliken标度标度()，Pauling标度标度()和和Allred-Rochow 标度标度()。5.电负性电负性本讲稿第一百零一页，共一百零四页电负性()变化本讲稿第一百零二页，共一百零四页6.元素的氧化数元素的氧化数1.主族元素的氧化数主族元素的氧化数最高氧化数等于族数最高氧化数等于族数(价层电子数价层电子数).2.副族元素的氧化数副族元素的氧化数BB族最高氧化数等于价层电子数族最高氧化数等于价层电子数.B族和族和族元素的氧化数变化不规律族元素的氧化数变化不规律.B族元素最高氧化数为族元素最高氧化数为+2.本讲稿第一百零三页，共一百零四页7.元素的金属性和非金属性元素的金属性和非金属性电离能越小或电负性越小电离能越小或电负性越小,金属性越强金属性越强;电子电子亲和能的代数值越小亲和能的代数值越小,或电负性越大或电负性越大,非金属性非金属性就越强就越强.同一周期元素同一周期元素,从左到右从左到右,电负性增大电负性增大,元素金属性元素金属性减弱减弱,非金属性增强非金属性增强;同一族的元素同一族的元素,从上到下从上到下,电负性减小电负性减小,元素的金元素的金属性增强属性增强,非金属性减弱非金属性减弱.本讲稿第一百零四页，共一百零四页