无机化学原子结构与元素周期表.pptx

会计学1无机化学原子结构与元素周期表无机化学原子结构与元素周期表1.光和电磁辐射5.1.1 5.1.1 氢原子光谱与氢原子光谱与氢原子光谱与氢原子光谱与BohrBohrBohrBohr理论理论理论理论红 橙 黄 绿 青 蓝 紫可见光:连续光谱第1页/共51页2.氢原子光谱HHHH第2页/共51页 不连续光谱,即线状光谱 其频率具有一定的规律n=3,4,5,6式中 2，n各代表什么意义？经验公式：氢原子光谱特征：第3页/共51页3.Bohr理论 三点假设：核外电子只能在有确定半径和能量的圆形轨道上运动,且不辐射能量；通常，电子处在离核最近的轨道上，能量最低基态；原子获得能量后，电子被激发到高能量轨道上，原子处于激发态；从激发态回到基态释放光能，光的频率取决于轨道间的能量差。E：轨道能量h：Planck常数第4页/共51页n=3 红（H）n=4 青（H）n=5 蓝紫 （H）n=6 紫（H）Balmer线系第5页/共51页原子能级Balmer线系第6页/共51页 1924年，Louis de Broglie认为：质量为 m，运动速度为的粒子，相应的波长为：5.1.2 5.1.2 电子的波粒二象性电子的波粒二象性电子的波粒二象性电子的波粒二象性 1927年，Davisson和Germer进行电子衍射实验，证实电子具有波动性。=h/(m)=h/p，h=6.62610-34Js，Plank常量。第7页/共51页n n微观粒子运动的特性微观粒子运动的特性微观粒子运动的特性微观粒子运动的特性：从波粒二象性的特点出发，原子中电子的：从波粒二象性的特点出发，原子中电子的：从波粒二象性的特点出发，原子中电子的：从波粒二象性的特点出发，原子中电子的运动规律是怎样的？运动规律是怎样的？运动规律是怎样的？运动规律是怎样的？n n 由由由由慢射电子枪实验慢射电子枪实验慢射电子枪实验慢射电子枪实验，推论：原子中个别电子某时刻在什么地方，推论：原子中个别电子某时刻在什么地方，推论：原子中个别电子某时刻在什么地方，推论：原子中个别电子某时刻在什么地方出现虽然不能确切知道，但核外电子的分布是有规律的：出现虽然不能确切知道，但核外电子的分布是有规律的：出现虽然不能确切知道，但核外电子的分布是有规律的：出现虽然不能确切知道，但核外电子的分布是有规律的：电子在电子在电子在电子在核外空间某区域出现的几率较大，而另一些区域电子出现的几率核外空间某区域出现的几率较大，而另一些区域电子出现的几率核外空间某区域出现的几率较大，而另一些区域电子出现的几率核外空间某区域出现的几率较大，而另一些区域电子出现的几率较小。较小。较小。较小。n n 量子力学认为：量子力学认为：量子力学认为：量子力学认为：原子核外电子的运动具有按几率分布的统计规原子核外电子的运动具有按几率分布的统计规原子核外电子的运动具有按几率分布的统计规原子核外电子的运动具有按几率分布的统计规律性。律性。律性。律性。第8页/共51页5.2 5.2 原子轨道原子轨道5.2.15.2.1、波函数、波函数19261926年年薜薜定定谔谔根根据据波波一一粒粒二二象象性性的的概概念念提提出出了了一一个个描描述述微微观观粒粒子子运动的方程运动的方程薜定谔波动方程薜定谔波动方程。式式中中：波波函函数数，E E为为体体系系的的总总能能量量，V V为为微微粒粒势势能能，h h为为普普朗朗克克常常数，数，m m为微粒的质量，为微粒的质量，x x、y y、z z为空间直角坐标。为空间直角坐标。对对氢氢原原子子体体系系:描描述述氢氢原原子子核核外外电电子子运运动动状状态态的的数数学学表表示示式式，是是空空间间直直角角坐坐标标(x.y.z)(x.y.z)的的函函数数。=f(x.y.z)=f(x.y.z)；E E为为氢氢原原子子H H的的总总能能量；量；V V为电子的势能（即核对电子的吸引能）；为电子的势能（即核对电子的吸引能）；m m为电子质量。为电子质量。第9页/共51页 可可见见，量量子子力力学学是是用用波波函函数数和和与与其其对对应应的的能能量量来来描描述述微微观观粒粒子子运动状态的。运动状态的。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，函数，=f(x.y.z)=f(x.y.z)可以用其作图，可以用其作图，其空间图象可以形象地理解为电其空间图象可以形象地理解为电子运动的空间范围子运动的空间范围俗称俗称“原子轨道（原子轨函）原子轨道（原子轨函）”。波函数的空间图像波函数的空间图像就是就是原子轨道原子轨道，原子轨道的数学表示式是波，原子轨道的数学表示式是波函数函数，故，故波函数和原子轨道波函数和原子轨道常作同义语使用。常作同义语使用。对氢原子对氢原子，第10页/共51页2 2、原子轨道角度分布图、原子轨道角度分布图=f(x.y.z)=f(x.y.z)，将将直直角角坐坐标标变变为为球球坐坐标标（r.r.）然然后后利利用数学中的变量分离法，将用数学中的变量分离法，将 =f(r.)=f(r.)=R(r)R(r)Y(.)Y(.)。波波函函数数就就分分成成了了径径向向分分布布部部分分R(r)R(r)和和角角度度分分布布部部分分Y(.)。用角度部分用角度部分Y(.)Y(.)作的图称为原子轨道的角度分布图。作的图称为原子轨道的角度分布图。注注意意图图中中的的“+”“”不不是是正正、负负电电，而而是是 函函数数的的正负值。正负值。第11页/共51页第12页/共51页4.3 4.3 电子云电子云1 1、概率密度、概率密度电电子子在在原原子子核核外外空空间间某某处处单单位位体体积积内内出出现现的的概概率率，称称为为概概率密度（率密度（）。）。概率密度概率密度与与 间的关系间的关系:电子在原子核外某处出现的概率密度电子在原子核外某处出现的概率密度可直接用可直接用 来表示。来表示。第13页/共51页n n2 2、电子云、电子云、电子云、电子云 为了形象地表示核外电子运动的概率分布情况，为了形象地表示核外电子运动的概率分布情况，为了形象地表示核外电子运动的概率分布情况，为了形象地表示核外电子运动的概率分布情况，化学上化学上化学上化学上常用黑点分布的疏密常用黑点分布的疏密常用黑点分布的疏密常用黑点分布的疏密来表示电子出现概率密来表示电子出现概率密来表示电子出现概率密来表示电子出现概率密度的相对大小。度的相对大小。度的相对大小。度的相对大小。n n 密密密密 概率密度大概率密度大概率密度大概率密度大，单位体积内电子出现的机，单位体积内电子出现的机，单位体积内电子出现的机，单位体积内电子出现的机会多会多会多会多.n n 用小黑点的疏密来描述电子在核外出现的概率用小黑点的疏密来描述电子在核外出现的概率用小黑点的疏密来描述电子在核外出现的概率用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密度分布所得的空间图像称密度分布所得的空间图像称密度分布所得的空间图像称电子云电子云电子云电子云。n n 由于概率密度由于概率密度由于概率密度由于概率密度 ，若以，若以，若以，若以 作图，可得到作图，可得到作图，可得到作图，可得到电子电子电子电子云的近似图象云的近似图象云的近似图象云的近似图象。n n 将它的角度分布部分作图，所得图象称为将它的角度分布部分作图，所得图象称为将它的角度分布部分作图，所得图象称为将它的角度分布部分作图，所得图象称为电子云电子云电子云电子云角度分布图角度分布图角度分布图角度分布图。第14页/共51页第15页/共51页n n比较原子轨道角度分布图比较原子轨道角度分布图Y和电和电子云角度分布图子云角度分布图Y2：相似点相似点：图形基本相似。：图形基本相似。不同点不同点:(1)原子轨道角度分布图原子轨道角度分布图Y有有“+”、“-”之分，而电子之分，而电子云图均为云图均为“+”；n n （2）电子云图）电子云图Y2要要“瘦瘦”些，因些，因Y值一般是小于值一般是小于1的。的。第16页/共51页n n（四）量子数（四）量子数（四）量子数（四）量子数n n描述原子中各电子的状态（电子所在的电子层，原子轨道描述原子中各电子的状态（电子所在的电子层，原子轨道描述原子中各电子的状态（电子所在的电子层，原子轨道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，方向及电子自旋方向等）需要能级，形状，方向及电子自旋方向等）需要能级，形状，方向及电子自旋方向等）需要能级，形状，方向及电子自旋方向等）需要四个参数四个参数四个参数四个参数:n n1 1、主量子数（、主量子数（、主量子数（、主量子数（n n）n n 含义：（含义：（含义：（含义：（1 1）描述电子层）描述电子层）描述电子层）描述电子层离核的远近离核的远近离核的远近离核的远近；n n （2 2）描述电子层）描述电子层）描述电子层）描述电子层能量的高低能量的高低能量的高低能量的高低。n n 取值：取值：取值：取值：取零以外的正整数取零以外的正整数取零以外的正整数取零以外的正整数，每一个数代表一个电子层。，每一个数代表一个电子层。，每一个数代表一个电子层。，每一个数代表一个电子层。n n主量子数（主量子数（主量子数（主量子数（n n）：）：）：）：1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 n n电子层：电子层：电子层：电子层：第一层第一层第一层第一层 第二层第二层第二层第二层 第三层第三层第三层第三层 第四层第四层第四层第四层 第五层第五层第五层第五层n n电子层符号：电子层符号：电子层符号：电子层符号：K L M N O K L M N O n n n n值越小，电子层值越小，电子层值越小，电子层值越小，电子层离核越近离核越近离核越近离核越近，能量越低能量越低能量越低能量越低。第17页/共51页n n2 2、副（角）量子数（、副（角）量子数（、副（角）量子数（、副（角）量子数（l l l l）n n意义：（意义：（意义：（意义：（1 1）在多电子原子中与）在多电子原子中与）在多电子原子中与）在多电子原子中与n n一起决定电子亚层的一起决定电子亚层的一起决定电子亚层的一起决定电子亚层的 能量，能量，能量，能量，l l l l值越小，值越小，值越小，值越小，亚层能量越低亚层能量越低亚层能量越低亚层能量越低。n n （2 2）每一个）每一个）每一个）每一个l l l l值决定电子层中的值决定电子层中的值决定电子层中的值决定电子层中的一个亚层一个亚层一个亚层一个亚层；n n （3 3）每一个）每一个）每一个）每一个l l l l值代表值代表值代表值代表一种电子云一种电子云一种电子云一种电子云或或或或原子轨道的形状原子轨道的形状原子轨道的形状原子轨道的形状。n n取值：取值：取值：取值：0 0,1,2,3,1,2,3,(n-1)(n-1)正整数正整数正整数正整数n n副量子数副量子数副量子数副量子数L L:0 1 2 3 :0 1 2 3 （n-1n-1）n n电子亚层符号电子亚层符号电子亚层符号电子亚层符号:s p d f :s p d f n n原子轨道（亚层原子轨道（亚层原子轨道（亚层原子轨道（亚层)：球形：球形：球形：球形 哑铃形哑铃形哑铃形哑铃形 花瓣形花瓣形花瓣形花瓣形第18页/共51页3、磁量子数、磁量子数(m)含义：描述含义：描述原子轨道原子轨道或或电子云电子云在空间取向在空间取向。取值：取值：-ll,-2,-1,0,1,2,+ll(即即0,12ll)原子轨道符号原子轨道符号：s Px,Pz,Py dyz dxz,dz2 dx2-y2,dxy4、自旋量子数（、自旋量子数（ms）含义：含义：描述核外电子的自旋状态描述核外电子的自旋状态(绕电子自身的轴旋转运动）。绕电子自身的轴旋转运动）。取值：取值：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。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。第19页/共51页 n,l,m 一定，轨道也确定l 0 1 2 3 轨道 s p d f 例如:n=2，l=0，m=0，2s n=3，l=1，m=0，3pz n=3，l=2，m=0，3dz2思考题：当n为3时,l,m 分别可以取何值？第20页/共51页3d态：n=3,l=2,m=0,第21页/共51页n n研究表明：在同一原子中，研究表明：在同一原子中，研究表明：在同一原子中，研究表明：在同一原子中，不可能不可能不可能不可能有有有有运动状态完全相同运动状态完全相同运动状态完全相同运动状态完全相同的的的的电子存在。电子存在。电子存在。电子存在。n n 原子结构的近代概念，要点：原子结构的近代概念，要点：原子结构的近代概念，要点：原子结构的近代概念，要点：n n（1 1）由于电子具有波粒二象性，所以核外电子运动）由于电子具有波粒二象性，所以核外电子运动）由于电子具有波粒二象性，所以核外电子运动）由于电子具有波粒二象性，所以核外电子运动没有没有没有没有确定的轨道确定的轨道确定的轨道确定的轨道，但具有，但具有，但具有，但具有按照几率分布的统计规律性按照几率分布的统计规律性按照几率分布的统计规律性按照几率分布的统计规律性。n n（2 2）可用）可用）可用）可用薜定谔方程薜定谔方程薜定谔方程薜定谔方程描述核外电子的运动，方程中描述核外电子的运动，方程中描述核外电子的运动，方程中描述核外电子的运动，方程中每一每一每一每一个合理的解，就表示核外电子的某一种可能的运动状态个合理的解，就表示核外电子的某一种可能的运动状态个合理的解，就表示核外电子的某一种可能的运动状态个合理的解，就表示核外电子的某一种可能的运动状态。n n（3 3）原子轨道为原子轨道为原子轨道为原子轨道为 的空间图象的空间图象的空间图象的空间图象，角度分布的空间图象作角度分布的空间图象作角度分布的空间图象作角度分布的空间图象作为原子轨道角度分布的近似描述。为原子轨道角度分布的近似描述。为原子轨道角度分布的近似描述。为原子轨道角度分布的近似描述。n n（4 4）以以以以|2 2的空间图象的空间图象的空间图象的空间图象电子云电子云电子云电子云来表示核外空间来表示核外空间来表示核外空间来表示核外空间电子电子电子电子出出出出 现的概率密度现的概率密度现的概率密度现的概率密度。n n（5 5）以）以）以）以四个量子数四个量子数四个量子数四个量子数来确定核外任意电子的运动状态。来确定核外任意电子的运动状态。来确定核外任意电子的运动状态。来确定核外任意电子的运动状态。第22页/共51页轨道：其电子运动状态(轨道)可描述为 1s,2s,2px,2py,2pz,3s能量：能量不仅与n有关,也与l有关;在外 加场的作用下,还与m有关。5.2.1 5.2.1 多电子原子轨道能级多电子原子轨道能级多电子原子轨道能级多电子原子轨道能级第23页/共51页n n（二）多电子原子轨道的能级：（二）多电子原子轨道的能级：（二）多电子原子轨道的能级：（二）多电子原子轨道的能级：n n 原子中各原子轨道能级的高低，主要根据光谱实验确定，原子中各原子轨道能级的高低，主要根据光谱实验确定，原子中各原子轨道能级的高低，主要根据光谱实验确定，原子中各原子轨道能级的高低，主要根据光谱实验确定，也可从理论上计算，原子轨道能级的相对高低，用图示也可从理论上计算，原子轨道能级的相对高低，用图示也可从理论上计算，原子轨道能级的相对高低，用图示也可从理论上计算，原子轨道能级的相对高低，用图示法近似表示就为法近似表示就为法近似表示就为法近似表示就为近似能级图近似能级图近似能级图近似能级图。n n（1 1）各电子层能级相对高低为）各电子层能级相对高低为）各电子层能级相对高低为）各电子层能级相对高低为KLMNOKLMNOn n（2 2）同一原子同一电子层内，各亚层能级的相对高低为：）同一原子同一电子层内，各亚层能级的相对高低为：）同一原子同一电子层内，各亚层能级的相对高低为：）同一原子同一电子层内，各亚层能级的相对高低为：E EnsnsEEnpnpEEndndEEnfnfn n（3 3）同一电子亚层内各原子轨道能级相同，如）同一电子亚层内各原子轨道能级相同，如）同一电子亚层内各原子轨道能级相同，如）同一电子亚层内各原子轨道能级相同，如E Enpnpx x=E=Enpnpy y=E=Enpnpz z。n n（4 4）同一原子内）同一原子内）同一原子内）同一原子内,不同类型的亚层间，有不同类型的亚层间，有不同类型的亚层间，有不同类型的亚层间，有能级交错能级交错能级交错能级交错现象。现象。现象。现象。如如如如E4sE3dE4pE4sE3dE4p等。等。等。等。n n（5 5）若把）若把）若把）若把能级相近的电子亚层能级相近的电子亚层能级相近的电子亚层能级相近的电子亚层组合，可得到若干组合，可得到若干组合，可得到若干组合，可得到若干能级组能级组能级组能级组，它与元素所在周期有关。它与元素所在周期有关。它与元素所在周期有关。它与元素所在周期有关。第24页/共51页1.Pauling近似能级图第25页/共51页第26页/共51页n n5.2.2 5.2.2 核外电子的分布：核外电子的分布：核外电子的分布：核外电子的分布：n n1.1.原子中电子分布原理：原子中电子分布原理：原子中电子分布原理：原子中电子分布原理：n n 根据原子光谱实验的结果，总结出核外电子分布的基本根据原子光谱实验的结果，总结出核外电子分布的基本根据原子光谱实验的结果，总结出核外电子分布的基本根据原子光谱实验的结果，总结出核外电子分布的基本原理（原理（原理（原理（两个原理两个原理两个原理两个原理一个规则一个规则一个规则一个规则）：）：）：）：n n(1)(1)、泡利（、泡利（、泡利（、泡利（PauliPauli）不相容原理）不相容原理）不相容原理）不相容原理n n 每每每每一个轨道内最多只能容纳两个自旋方向相反的电子一个轨道内最多只能容纳两个自旋方向相反的电子一个轨道内最多只能容纳两个自旋方向相反的电子一个轨道内最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。n n(2)(2)、能量最低原理、能量最低原理、能量最低原理、能量最低原理n n 多电子原子处于基态时，核外电子的分布在不违反泡利多电子原子处于基态时，核外电子的分布在不违反泡利多电子原子处于基态时，核外电子的分布在不违反泡利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，总是原理前提下，总是原理前提下，总是原理前提下，总是尽先分布在能量较低的轨道，以使原子尽先分布在能量较低的轨道，以使原子尽先分布在能量较低的轨道，以使原子尽先分布在能量较低的轨道，以使原子处于能量最低状态。处于能量最低状态。处于能量最低状态。处于能量最低状态。n n(3)(3)、洪特、洪特、洪特、洪特(Hund)(Hund)规则规则规则规则n n 原子在同一亚层的等价轨道上分布电子时，原子在同一亚层的等价轨道上分布电子时，原子在同一亚层的等价轨道上分布电子时，原子在同一亚层的等价轨道上分布电子时，尽可能单尽可能单尽可能单尽可能单独分布不同的轨道，而且自旋方向相同独分布不同的轨道，而且自旋方向相同独分布不同的轨道，而且自旋方向相同独分布不同的轨道，而且自旋方向相同。第27页/共51页如如N原子原子1s22s22p3的轨道表示式的轨道表示式第28页/共51页n n对鲍林能级图，需明确几点：对鲍林能级图，需明确几点：n n（1）近似能级图是一归纳结果，）近似能级图是一归纳结果，不能完全反映情况，所以只有不能完全反映情况，所以只有近似含义。近似含义。n n（2）它是反映）它是反映同一原子内同一原子内各原各原子轨道间的相对高低，所以不子轨道间的相对高低，所以不能用来比较能用来比较不同元素原子轨道不同元素原子轨道能级能级的相对高低。的相对高低。第29页/共51页5.2.3 基态原子中电子的分布基态原子中电子的分布1、核外电子填入轨道的顺序、核外电子填入轨道的顺序 根根据据“两两个个原原理理一一条条规规则则”，可可排排出出核核外外电电子子填填入入轨轨道道顺顺序序图。图。据此顺序图，可以准确写出据此顺序图，可以准确写出91种元素原子的核外电子分布式。种元素原子的核外电子分布式。在在110种元素中，只有种元素中，只有19种元素原子层外电子的分布稍有例外：种元素原子层外电子的分布稍有例外：若再对它们进一步分析归纳得到一条特殊规律：若再对它们进一步分析归纳得到一条特殊规律：全全充充满满、半半充充满满规规则则：对对同同一一电电子子亚亚层层，当当电电子子分分布布为为全全充充满满（P6、d10、f14）、半半充充满满（P3、d5、f7）或或全全空空（P0、d0、f0)时时，电电子子云云分分布布呈呈球球状状，原原子子结结构构较较稳稳定定，挑挑出出8种种元元素素，剩剩余余11种种作作例外。例外。第30页/共51页n n2、基态原子的价层电子构型、基态原子的价层电子构型n n(1)价电子所在亚层，称价电子所在亚层，称价层价层。n n(2)原子的原子的价层电子构型价层电子构型指指价层价层的电子分布式的电子分布式，它能反映该元素，它能反映该元素原子电子层结构的特征。原子电子层结构的特征。n n注意注意:价层电子不一定全部都是价价层电子不一定全部都是价电子电子，如，如Ag价层电子构型为价层电子构型为4d105s1，但，但氧化数只有氧化数只有+1、+2、+3。第31页/共51页n n3.3.简单基态阳离子的电子分布简单基态阳离子的电子分布简单基态阳离子的电子分布简单基态阳离子的电子分布 n n基态原子外层（最高能级组）轨道能级顺序为：基态原子外层（最高能级组）轨道能级顺序为：基态原子外层（最高能级组）轨道能级顺序为：基态原子外层（最高能级组）轨道能级顺序为：E EnsnsEE(n-2)f(n-2)fEE(n-1)d(n-1)dEEnpnpn nFeFe的电子分布式的电子分布式的电子分布式的电子分布式:Ar3dAr3d6 64s4s2 2n nFeFe2+2+的电子分布式的电子分布式的电子分布式的电子分布式 似乎为似乎为似乎为似乎为Ar3dAr3d4 44s4s2 2，实际实际实际实际:Ar3dAr3d6 64s4s0 0，原因：原因：原因：原因：阳离子的有效核电荷比原子的多阳离子的有效核电荷比原子的多阳离子的有效核电荷比原子的多阳离子的有效核电荷比原子的多，造成基态阳离子的轨道能级，造成基态阳离子的轨道能级，造成基态阳离子的轨道能级，造成基态阳离子的轨道能级与基态原子的轨道能级有所不同。与基态原子的轨道能级有所不同。与基态原子的轨道能级有所不同。与基态原子的轨道能级有所不同。n n从大量光谱数据归纳出经验规律：从大量光谱数据归纳出经验规律：从大量光谱数据归纳出经验规律：从大量光谱数据归纳出经验规律：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(nns(n2)f(n-1)dnp2)f(n-1)dnp 价电子电离顺序价电子电离顺序价电子电离顺序价电子电离顺序：npns(nnpns(nl)d(nl)d(n2)f2)f第32页/共51页4.4.元素周期系与核外电子分布的关系元素周期系与核外电子分布的关系 (1)(1)、周期、周期 如何确定元素在周期表中的周期数如何确定元素在周期表中的周期数?方法方法：最后一个电子填入的能级组序号最后一个电子填入的能级组序号，为该元素的周期数。，为该元素的周期数。如如:3535Br Ar3dBr Ar3d10104s4s2 24p4p5 5 ；4747Ag Ag Kr4dKr4d10105s5s1 1 显然：显然：各周期内所含的元素种数各周期内所含的元素种数 =相应能级组内轨道所能容纳的电子数相应能级组内轨道所能容纳的电子数第33页/共51页n n2、元素周期系中元素的分区：、元素周期系中元素的分区：根据根据原子价层电子构型原子价层电子构型的不的不同，可以把周期表中的元素所同，可以把周期表中的元素所在位置分成在位置分成s.p.d.ds 和和 f五个五个区。区。n n3、族（主族、副族）：、族（主族、副族）：周期系分为周期系分为7个主族（个主族（A），7个副族（个副族（B）及第及第族族，零零族。族。第34页/共51页s 区:ns12 p区:ns2np16 d 区:(n1)d1-9ns12 ds区:(n1)d10ns12 (Pd无 s 电子)f 区:(n2)f014(n1)d02ns2结构分区：第35页/共51页4.4 4.4、原子性质的周期性、原子性质的周期性 原原子子的的电电子子层层结结构构随随核核电电荷荷的的递递增增呈呈现现周周期期性性变变化化，原原子子的的某某些些性性质质，如如原原子子半半径径、电电离离能能、电电子子亲亲合合能能和和电电负性等负性等，也呈周期性变化。，也呈周期性变化。第36页/共51页n n1.1.原子半径原子半径原子半径原子半径n n 原子没有鲜明的界面，所以原子半径是原子没有鲜明的界面，所以原子半径是原子没有鲜明的界面，所以原子半径是原子没有鲜明的界面，所以原子半径是根据原子根据原子根据原子根据原子存在的不同形式来定义存在的不同形式来定义存在的不同形式来定义存在的不同形式来定义，常用的有三种：，常用的有三种：，常用的有三种：，常用的有三种：n n（1 1）共价半径共价半径共价半径共价半径：两相同原子形成共价键时，其核：两相同原子形成共价键时，其核：两相同原子形成共价键时，其核：两相同原子形成共价键时，其核间距的一半，称原子的间距的一半，称原子的间距的一半，称原子的间距的一半，称原子的共价半径共价半径共价半径共价半径，如，如，如，如ClClClCl核间核间核间核间距为距为距为距为198pm198pm，r rClCl=99pm=99pm。有共价单键、双键、叁。有共价单键、双键、叁。有共价单键、双键、叁。有共价单键、双键、叁键。通常指共价单键半径。键。通常指共价单键半径。键。通常指共价单键半径。键。通常指共价单键半径。n n（2 2）金属半径金属半径金属半径金属半径：金属单质的晶体中，：金属单质的晶体中，：金属单质的晶体中，：金属单质的晶体中，两相邻金属两相邻金属两相邻金属两相邻金属原子核间距离的一半，原子核间距离的一半，原子核间距离的一半，原子核间距离的一半，称金属原子的称金属原子的称金属原子的称金属原子的金属半径金属半径金属半径金属半径，如如如如d dCu-CuCu-Cu=256pm=256pm，r rCuCu=128pm=128pm。n n（3 3）范德华半径范德华半径范德华半径范德华半径：在：在：在：在分子晶体分子晶体分子晶体分子晶体中，分子间以范德中，分子间以范德中，分子间以范德中，分子间以范德华力结合，如稀有气体相邻两原子核间距的一半，华力结合，如稀有气体相邻两原子核间距的一半，华力结合，如稀有气体相邻两原子核间距的一半，华力结合，如稀有气体相邻两原子核间距的一半，称该原子的称该原子的称该原子的称该原子的范德华半径范德华半径范德华半径范德华半径。如。如。如。如d dNe-NeNe-Ne=320pm,=320pm,r rNeNe=160pm=160pm。第37页/共51页n n原子半径变化规律：原子半径变化规律：n n（1）周期：）周期：主族主族：由左向右，：由左向右，随核电荷的增加，原子共价半随核电荷的增加，原子共价半径的变化趋势总的是减少的。径的变化趋势总的是减少的。n n d区区：由左向右，随核电：由左向右，随核电荷的增加，原子半径会略有减荷的增加，原子半径会略有减少，从少，从IB起略有增大。起略有增大。n n这是由于这是由于(n1)d轨道的充满，轨道的充满，较为显著地较为显著地抵消核电荷对外层抵消核电荷对外层ns电子的引力。电子的引力。第38页/共51页n nf区区：镧系元素从La到到Lu整个系列的原子半径减小不明显的现象称为镧系收缩。n n 从从La到到Lu共经过共经过15种元素，种元素，原子半径仅收缩了原子半径仅收缩了12pm左右，左右，La系收缩系收缩影响很大，使影响很大，使La后第后第六周期元素与上周期同族元素六周期元素与上周期同族元素半径接近。半径接近。第39页/共51页 元素的原子半径变化趋势第40页/共51页n n（2）族：）族：主族主族，从上到下，从上到下，r显显著增大。著增大。副族副族除除Sc副族外从上副族外从上到下一般略增大，到下一般略增大，第五、六周第五、六周期元素半径接近期元素半径接近。n nr对性质的影响对性质的影响：r越大，越易失越大，越易失电子电子；r越小，越易吸电子越小，越易吸电子。n n注意注意:难失电子不一定易得电难失电子不一定易得电子，如稀有气体，得失电子都子，如稀有气体，得失电子都不易不易.第41页/共51页n n2.2.电离能（电离能（电离能（电离能（I I）和电子亲合能（）和电子亲合能（）和电子亲合能（）和电子亲合能（E EA A）：）：）：）：n n(1)(1)、电离能（、电离能（、电离能（、电离能（I I）n n气态原子失电子气态原子失电子气态原子失电子气态原子失电子变成变成变成变成气态阳离子气态阳离子气态阳离子气态阳离子克服核电荷的引力所需要的能克服核电荷的引力所需要的能克服核电荷的引力所需要的能克服核电荷的引力所需要的能量，量，量，量，n n单位：单位：单位：单位：kJmolkJmol-1-1。n n从基态中性气态原子失去从基态中性气态原子失去从基态中性气态原子失去从基态中性气态原子失去1 1个电子形成气态个电子形成气态个电子形成气态个电子形成气态“+1”+1”氧化值阳离子氧化值阳离子氧化值阳离子氧化值阳离子所需能量，称所需能量，称所需能量，称所需能量，称I I1 1。依次类似有。依次类似有。依次类似有。依次类似有I I2 2等。等。等。等。n n 如：如：如：如：Mg(g)-eMg(g)-e-MgMg+(g)(g)n n I I1 1=HH1 1=783kJmol=783kJmol-1-1n n Mg Mg+(g)-e(g)-e-MgMg2+2+(g)(g)n n I I2 2=HH2 2=1451kJmol=1451kJmol-1-1n n显然显然显然显然I I值值值值越大越大越大越大，失电子越难失电子越难失电子越难失电子越难，因此，因此，因此，因此I I可用于衡量失电子难易可用于衡量失电子难易可用于衡量失电子难易可用于衡量失电子难易。n nI I的变化规律：的变化规律：的变化规律：的变化规律：n n（1 1）周期：）周期：）周期：）周期：主族主族主族主族，从左到右，从左到右，从左到右，从左到右，I I1 1渐增大；渐增大；渐增大；渐增大；n n 过渡元素过渡元素过渡元素过渡元素，不规律；，不规律；，不规律；，不规律；n n（2 2）族：）族：）族：）族：主族主族主族主族，从上到下，从上到下，从上到下，从上到下，I I1 1渐减少（原子半径增大）；渐减少（原子半径增大）；渐减少（原子半径增大）；渐减少（原子半径增大）；过渡元素过渡元素过渡元素过渡元素略增大（核电荷起较显著作用，略增大（核电荷起较显著作用，略增大（核电荷起较显著作用，略增大（核电荷起较显著作用，r r增加不多）。增加不多）。增加不多）。增加不多）。第42页/共51页n n注意注意注意注意：n n I I只能衡量气态原子失电子变为气态离子的难易，只能衡量气态原子失电子变为气态离子的难易，只能衡量气态原子失电子变为气态离子的难易，只能衡量气态原子失电子变为气态离子的难易，至于金属在溶液中发生化学反应形成阳离子的难易，至于金属在溶液中发生化学反应形成阳离子的难易，至于金属在溶液中发生化学反应形成阳离子的难易，至于金属在溶液中发生化学反应形成阳离子的难易，应根据电极电势来估量。应根据电极电势来估量。应根据电极电势来估量。应根据电极电势来估量。第43页/共51页n n(2)(2)、电子亲合能（、电子亲合能（、电子亲合能（、电子亲合能（E EA A）n n 基态的气态原子得到一个电子形成气态基态的气态原子得到一个电子形成气态基态的气态原子得到一个电子形成气态基态的气态原子得到一个电子形成气态-1-1氧化值阴离子所放出的氧化值阴离子所放出的氧化值阴离子所放出的氧化值阴离子所放出的能量，称原子的能量，称原子的能量，称原子的能量，称原子的E EA1A1 。n n 如如如如 O(g)+eO(g)+e-OO-(g)E(g)EA1A1=-141kJmol=-141kJmol-1-1n n 一般为负值一般为负值一般为负值一般为负值，因电子落入中性原子的核场里，势能降低，体系，因电子落入中性原子的核场里，势能降低，体系，因电子落入中性原子的核场里，势能降低，体系，因电子落入中性原子的核场里，势能降低，体系能量减小，能量减小，能量减小，能量减小，n n 稀有气体（稀有气体（稀有气体（稀有气体（nsns2 2npnp6 6）和）和）和）和IIAIIA原子（原子（原子（原子（nsns2 2）最外电子亚层已全充满，最外电子亚层已全充满，最外电子亚层已全充满，最外电子亚层已全充满，若加合一个电子，环境必须对体系做功，若加合一个电子，环境必须对体系做功，若加合一个电子，环境必须对体系做功，若加合一个电子，环境必须对体系做功，E EA1A1 为正值。为正值。为正值。为正值。n n 所有所有所有所有E EA2A2都为正值都为正值都为正值都为正值。n n OO-(g)+e(g)+e-OO2-2-(g)E(g)EA2A2=780 kJmol=780 kJmol-1-1n n E EA1A1代数值越小，原子越易得电子代数值越小，原子越易得电子代数值越小，原子越易得电子代数值越小，原子越易得电子。E EA1A1 得电子难易得电子难易得电子难易得电子难易n n变化规律变化规律变化规律变化规律：无论是周期或族中，主族元素的：无论是周期或族中，主族元素的：无论是周期或族中，主族元素的：无论是周期或族中，主族元素的E EA1A1 的代数值一般都是随的代数值一般都是随的代数值一般都是随的代数值一般都是随着原子半径减小而减小的。着原子半径减小而减小的。着原子半径减小而减小的。着原子半径减小而减小的。n n同周期从左到右同周期从左到右同周期从左到右同周期从左到右E EA1A1 总的是（代数值）减小的（总的是（代数值）减小的（总的是（代数值）减小的（总的是（代数值）减小的（r r减小）。减小）。减小）。减小）。n n 主族从上到下，主族从上到下，主族从上到下，主族从上到下，E EA1A1 总的趋势（代数值）是增大的（总的趋势（代数值）是增大的（总的趋势（代数值）是增大的（总的趋势（代数值）是增大的（r r增大）。增大）。增大）。增大）。第44页/共51页n n注意：注意：注意：注意：I I和和和和 E EA1A1 仅表示孤立气态原子或离子得失电子仅表示孤立气态原子或离子得失电子仅表示孤立气态原子或离子得失电子仅表示孤立气态原子或离子得失电子的能力。的能力。的能力。的能力。n nE EA1A1 (N)(N)为正值为正值，是，是 p p 区元素中除稀有气体外唯一的区元素中除稀有气体外唯一的正值。正值。E EA1A1 代数值最小的是代数值最小的是 Cl Cl 原子原子而不是而不是 F F 原子。原子。第45页/共51页 原子在分子中吸引电子的能力称为元素的电负性，用 表示。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。电负性可以综合衡量各种元素的金属性和非金属性。同一周期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，F 元素 为3.98，非金属性最强。电负性的标度有多种，常见的有Mulliken标度()，Pauling标度()和Allred-Rochow 标度()。3.电负性第46页/共51页电负性()变化第47页/共51页n n4.4.元素的氧化数元素的氧化数元素的氧化数元素的氧化数n n元素的氧化数与原子的价电子数直接相关。元素的氧化数与原子的价电子数直接相关。元素的氧化数与原子的价电子数直接相关。元素的氧化数与原子的价电子数直接相关。n n(1)(1)、主族元素的氧化数、主族元素的氧化数、主族元素的氧化数、主族元