无机化学01.ppt

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1、第一章第一章 原子结构与元素周期系原子结构与元素周期系教教教教 学学学学 内内内内 容容容容 1 原子论的简单的发展史原子论的简单的发展史 2.进一步进一步掌握分子、原子、元素、核素、原子量掌握分子、原子、元素、核素、原子量 等基本概念；等基本概念；3掌握微观粒子的基本特征；掌握微观粒子的基本特征；4掌握微观粒子运动的表示方法掌握微观粒子运动的表示方法,核外电子运动规核外电子运动规 律律n.l.m.ms的关系；的关系；5掌握原子构造，即电子排布三原则；掌握原子构造，即电子排布三原则；6掌握原子结构与元素周期系的关系、周期、族掌握原子结构与元素周期系的关系、周期、族 区的划分本质区的划分本质;掌

2、握电离能、亲和能、电负性和掌握电离能、亲和能、电负性和 原子半径等概念。原子半径等概念。1 1 1 1 道尔顿的原子论道尔顿的原子论道尔顿的原子论道尔顿的原子论 古古代代的的“元元素素说说”和和“原原子子说说”以史以史为镜为镜18世纪波意耳的世纪波意耳的“元素元素”Dalton原子论原子论带核原子模型及量子力学的建立带核原子模型及量子力学的建立 1.1原子论的提出及发展原子论的提出及发展出于对世界本原问题的解释，出于对世界本原问题的解释，古希腊古希腊哲学家哲学家留基留基伯伯和和德谟克利特德谟克利特和后来的和后来的伊壁鸠鲁伊壁鸠鲁都曾提出过世都曾提出过世界是由原子组成的这一推测。界是由原子组成的

3、这一推测。西方文艺复兴后，以牛顿力学体系的建立为标志，西方文艺复兴后，以牛顿力学体系的建立为标志，自然科学进入了一个辉煌的发展时期，德谟克利自然科学进入了一个辉煌的发展时期，德谟克利特等人的特等人的原子论在原子论在1717世纪得以复活世纪得以复活。然而，此时。然而，此时原子论者感兴趣的问题已经不是设想如何组成世原子论者感兴趣的问题已经不是设想如何组成世界，而是如何在原子论的基础上建立起物理学和界，而是如何在原子论的基础上建立起物理学和化学的基本理论。化学的基本理论。笛卡尔笛卡尔认为最初的宇宙由大小相同的粒子组成，这些粒子的性质可由质认为最初的宇宙由大小相同的粒子组成，这些粒子的性质可由质量、速

4、度和运动的量等进行定量的描述。量、速度和运动的量等进行定量的描述。博斯科维奇博斯科维奇则试图以没有大小、只有力学作用的原子则试图以没有大小、只有力学作用的原子模型模型来说明所有已来说明所有已知的物理现象，这为后来的气体分子运动论打下了基础。知的物理现象，这为后来的气体分子运动论打下了基础。1717至至1818世纪，许多科学家相信物质微粒的存在：世纪，许多科学家相信物质微粒的存在：原子论与化学元素概念相联系，就是化学原子论：原子论与化学元素概念相联系，就是化学原子论：玻意耳给出了化学元素的定义：化学元素是用物理方法不能再分解的最玻意耳给出了化学元素的定义：化学元素是用物理方法不能再分解的最基本的

5、物质组分，并指出化学相互作用是通过最小微粒进行的，一切元基本的物质组分，并指出化学相互作用是通过最小微粒进行的，一切元素都是由这些最小微粒组成。素都是由这些最小微粒组成。1.2道尔顿原子论（近代原子论）道尔顿原子论（近代原子论）把原子学说把原子学说第一次从推测转变为科学概念第一次从推测转变为科学概念的，应归功于英国的，应归功于英国化学家和物化学家和物理理学家道尔顿学家道尔顿(1766-1844)(1766-1844)。法国化学家法国化学家普鲁斯特普鲁斯特于于18061806年年发现的有趣结论：参与化学反应的物质质发现的有趣结论：参与化学反应的物质质量都成一定的整数比量都成一定的整数比(定比定律

6、定比定律)。例如例如1 1克氢和克氢和8 8克氧化合成克氧化合成9 9克水，假如不按这个一定的比例，多余克水，假如不按这个一定的比例，多余的就要剩下而不参加化合。的就要剩下而不参加化合。这一事实暗示这一事实暗示物质是由某种可数的最小单位构成的物质是由某种可数的最小单位构成的。罗蒙诺索夫罗蒙诺索夫17561756年年提出、提出、拉瓦锡拉瓦锡17851785年年证明的证明的质量守恒定律质量守恒定律。18031803年年，道尔顿道尔顿发现：当两种元素所组成的化合物具有两种以上时，发现：当两种元素所组成的化合物具有两种以上时，在这些化合物中，如果一种元素的量是一定的，那么与它化合的另一在这些化合物中，

7、如果一种元素的量是一定的，那么与它化合的另一种元素的量总是成倍数地变化的种元素的量总是成倍数地变化的(倍比定律倍比定律)。17971797年，里稀特年，里稀特发现的发现的当量定律当量定律，认识到酸碱盐之间的反应存在被后人，认识到酸碱盐之间的反应存在被后人成为当量的确定的定量比例关系成为当量的确定的定量比例关系 。物质由不可见的、不可再分的原子构成。物质由不可见的、不可再分的原子构成。物质由不可见的、不可再分的原子构成。物质由不可见的、不可再分的原子构成。每一种化学元素有一种原子、同种原子质量相同，不同种每一种化学元素有一种原子、同种原子质量相同，不同种每一种化学元素有一种原子、同种原子质量相同

8、，不同种每一种化学元素有一种原子、同种原子质量相同，不同种原子质量不同；原子质量不同；原子质量不同；原子质量不同；一种原子不会转变为另一种原子，化学反应只是改变了原一种原子不会转变为另一种原子，化学反应只是改变了原一种原子不会转变为另一种原子，化学反应只是改变了原一种原子不会转变为另一种原子，化学反应只是改变了原子的结合方式，使反应前的物质变成了反应后的物质。子的结合方式，使反应前的物质变成了反应后的物质。子的结合方式，使反应前的物质变成了反应后的物质。子的结合方式，使反应前的物质变成了反应后的物质。Dalton原子论基本要点原子论基本要点:约翰道尔顿（JohnDalton），英国化学家和物理

9、学家。1766年9月6日生于英国坎伯兰的伊格尔斯菲尔德村，1844年7月卒于曼彻斯特。幼年家贫，没有正式上过学校。1776年曾接受数学的启蒙。1778年在一所乡村学校里任教。1781年在肯德尔一所学校中任教时，结识了盲人哲学家J.高夫，并在他的帮助下自学了拉丁文、希腊文、法文、数学和自然哲学。17931799年在曼彻斯特新学院任数学和自然哲学教授。1794年任曼彻斯特文学和哲学学会会员，1800年任学会秘书，18171818年任会 长。18351836年任英国学术协会化学分会副会长。1816年当选为法国科学院通讯院士。1822年当选为英国皇家学会会员。1.3近代原子论的发展近代原子论的发展1.

10、1809年，法国化学家盖吕萨克的气体反应定律。年，法国化学家盖吕萨克的气体反应定律。2.1811年意大利化学家阿伏伽德罗学说：同温同压下，同体积气体会有年意大利化学家阿伏伽德罗学说：同温同压下，同体积气体会有相同的分子数。相同的分子数。3.19世纪的原子分子论世纪的原子分子论:(1)物质是由分子组成的，分子是保留原物质性质的微粒。物质是由分子组成的，分子是保留原物质性质的微粒。例如，例如，糖溶解在一杯水里，糖分子遍及全杯水，水就有了甜味。糖溶解在一杯水里，糖分子遍及全杯水，水就有了甜味。(2)分子是由原子组成，原子则是用化学方法不能再分割的最小粒分子是由原子组成，原子则是用化学方法不能再分割的

11、最小粒子，它已失去了原物质的性质。子，它已失去了原物质的性质。例如，我们平时食用的食盐例如，我们平时食用的食盐(氯化氯化钠钠)的分子是由钠原子和氯原子组成的，氯是有毒的，显然食盐的的分子是由钠原子和氯原子组成的，氯是有毒的，显然食盐的性质与氯和钠的性质截然不同；另一方面，完全无害的元素碳和氮，性质与氯和钠的性质截然不同；另一方面，完全无害的元素碳和氮，组成的化合物却可以是剧毒的气体氰组成的化合物却可以是剧毒的气体氰(CN)化物。化物。在气体的化学反应中，在同温同压下参与反应的气体的体积成简单在气体的化学反应中，在同温同压下参与反应的气体的体积成简单的整数比；如果生成物也是气体，它的体积也和参加

12、反应气体的体的整数比；如果生成物也是气体，它的体积也和参加反应气体的体积成简单的整数比积成简单的整数比(气体反应定律气体反应定律)。例如，两公升的氢和一公升的。例如，两公升的氢和一公升的氧化合时，生成两公升的水蒸汽。氧化合时，生成两公升的水蒸汽。1.4带核原子模型及量子力学的建立：带核原子模型及量子力学的建立：18971897年，汤姆逊通过对阴极射线的发现了电子。年，汤姆逊通过对阴极射线的发现了电子。19111911年，年，卢瑟福卢瑟福的的粒子散射实验证明了原子核的存在。粒子散射实验证明了原子核的存在。19131913年，玻尔建立了年，玻尔建立了玻尔玻尔原子模型。上世纪廿年代建立了原子结原子模

13、型。上世纪廿年代建立了原子结构的量子力学理论。构的量子力学理论。1919年，卢瑟福做了用镭放射出的年，卢瑟福做了用镭放射出的粒子轰击氮原子核的实验，发粒子轰击氮原子核的实验，发现了质子。现了质子。1932年，查德威克发现中子。年，查德威克发现中子。历史发展历史发展历史发展历史发展 实验基础实验基础实验基础实验基础 基本结构基本结构基本结构基本结构ParticleLocationChargeMass(amu)ProtonNucleus+11.0NeutronNucleus01.0ElectronAroundnucleus-10.00055H+H H-D He2 相对原子质量（原子量）相对原子质量

14、（原子量）2.1 元素、原子序数和元素符号；元素、原子序数和元素符号；2.2 核素、同位素和同位素丰度；核素、同位素和同位素丰度；2.3 原子的质量；原子的质量；2.4 元素的相对原子质量（原子量）；元素的相对原子质量（原子量）；2.5 国际单位制、摩尔质量。国际单位制、摩尔质量。2.1元素、原子序数和元素符号元素、原子序数和元素符号定义定义具有一定具有一定核电荷数核电荷数（等于核内质子数）的原子称（等于核内质子数）的原子称为一种（化学）为一种（化学）元素元素。按（化学）元素的核电荷数进。按（化学）元素的核电荷数进行排序，所得序号叫做行排序，所得序号叫做原子序数原子序数；每一种元素有一个；每一

15、种元素有一个用拉丁字母表示的用拉丁字母表示的元素符号元素符号。注意：注意：不要把单质、元素、原子三者混淆；不要把单质、元素、原子三者混淆；全部元素会读、会写。例：全部元素会读、会写。例：106106号号 SgSg 109 109号号 MtMt2.2核素、同位素和同位素丰度核素、同位素和同位素丰度具具有有一一定定数数目目的的质质子子和和一一定定数数目目的的中中子子的的一一类类原原子的总称。子的总称。核素核素质质子子数数相相同同而而中中子子数数不不同同的的同同一一元元素素的的原原子子互互称称同同位素。或者说，同一元素不同核素的互称。位素。或者说，同一元素不同核素的互称。同位素同位素单一核素元素单一

16、核素元素:即只有一种核素的元素即只有一种核素的元素.例：例：2323NaNa多核素元素多核素元素:具有多种核素的元素具有多种核素的元素.例：例：1212C C、1313C C、1414C C元素元素稳定核素（同位素）稳定核素（同位素）放射性核素放射性核素(同位素同位素)：能够自发地放射出射线：能够自发地放射出射线（核化学中学习）（核化学中学习）核核 素素同位素同位素 118118种元素大多具有放射性核素，其数量达种元素大多具有放射性核素，其数量达16001600多种，多种，大多为人工制备，稳定核大多为人工制备，稳定核300300多种，共计多种，共计20002000余种。余种。无稳定核素无稳定核

17、素2222种种有稳定核素有稳定核素7272种种都具有放射性核素（都具有放射性核素（16001600）元素元素（118118）天然元素天然元素9494种种人造元素人造元素2424种种 从从9595号镅号镅AmAm开始都为人工合成开始都为人工合成同中素：同中素：具有一定中子数的原子（的总称）。具有一定中子数的原子（的总称）。同同位位素素丰丰度度：某某元元素素的的各各种种天天然然核核素素的的分分数数组组成成（原原子子百分比，百分比，oror质量百分比）。质量百分比）。同同量量数数：质质量量数数相相同同，质质子子数数不不同同，分分属属于于不不同同元元素素的的几几种种原原子子互互称称同量数。同量数。65

18、 65 6565 36 36 3636例例 Cu Zn S Cu Zn S ArAr29 30 16 1229 30 16 122.3原子的质量原子的质量1原原子子质质量量：某某核核素素一一个个原原子子的的质质量量称称为为该该核核素素的的原原子子质质量量，简简称称原原子子质质量量。1973年年国国际际计计量量局局公公布布了了原原子子质质量量单单位位，用用“U”表表示示，因因此此，12C的的原原子子质质量量是是12U。（亦亦有有用用amumu表示的）。表示的）。1U1.660056551010-27-27KgKg2.核素的相对原子质量核素的相对原子质量：某核素一个原子的质量与：某核素一个原子的质

19、量与1212C C原子质原子质量的量的1 11212之比，其量纲为一。之比，其量纲为一。2.4元素的相对原子质量（原子量）元素的相对原子质量（原子量）1平平均均原原子子质质量量:某某元元素素的的各各种种核核素素的的平平均均质质量量。通通过过质质谱仪可以测定各核素的原子质量及在自然界的丰度。谱仪可以测定各核素的原子质量及在自然界的丰度。2.2.元元素素的的相相对对原原子子质质量量（原原子子量量）：某某元元素素一一个个原原子子的的平平均均质质量量（即即平平均均原原子子质质量量）对对1212C C原原子子质质量量的的1 11212之之比比。表表示为：示为：Ar(E)fiMr,if:同位素丰度、同位素

20、丰度、Mr,i:同位素相对原子质量同位素相对原子质量A:代表原子质量代表原子质量E:元素元素elementr:相对相对relative元素的相对原子质量（原子量）是纯数。元素的相对原子质量（原子量）是纯数。原子质量原子质量相对原子质量（原子量）相对原子质量（原子量）对象：某元素一种核素的对象：某元素一种核素的元素所有核素的平均元素所有核素的平均原子质量原子质量原子质量与原子质量与12C质量质量112的比值的比值单位：单位：有有无无数值：数值：除单一核素外，除单一核素外，同种元素，数值相同同种元素，数值相同与丰度：与丰度：无关无关有关（经常有修定值）有关（经常有修定值）注注意意比比较：较：相对分

21、子质量相对分子质量：组成分子的各原子的相对原子质量之和。：组成分子的各原子的相对原子质量之和。摩摩尔尔质质量量：1mol物物质质的的质质量量称称为为摩摩尔尔质质量量，常常用用单单位位gmol-1任任何何原原子子，分分子子或或离离子子的的摩摩尔尔质质量量，当当单单位位为为gmol-1时时，数数值值上上等等于于其其相相对原子质量，相对分子质量或相对离子质量。对原子质量，相对分子质量或相对离子质量。思考题：思考题：原子量的测定。原子量的测定。原子质量标准的发展说明了什么？原子质量标准的发展说明了什么？QuestionQuestion2.5国际单位制、摩尔质量国际单位制、摩尔质量物质的量的国际单位，符

22、号为物质的量的国际单位，符号为mol。1摩尔是所含基本微粒个数与摩尔是所含基本微粒个数与12克克碳碳12中所含原子个数相等的一系统物质的量。使用摩尔时，应指明基本中所含原子个数相等的一系统物质的量。使用摩尔时，应指明基本微粒，可以是分微粒，可以是分 子、原子、离子、电子或其他基本微粒，也可以是基本子、原子、离子、电子或其他基本微粒，也可以是基本微粒的特定组合体。微粒的特定组合体。1摩尔物质中所含基本微粒的个数等于阿伏加德罗摩尔物质中所含基本微粒的个数等于阿伏加德罗常数。常数。NA=6.0221415 NA=6.0221415 10 102323 mol mol-1-1 1 1宇宙之初宇宙之初宇

23、宙之初宇宙之初2 2氢燃烧氢燃烧氢燃烧氢燃烧3 3氦燃烧氦燃烧氦燃烧氦燃烧4 4碳燃烧碳燃烧碳燃烧碳燃烧5 5 过程过程过程过程6 6 e e过程过程过程过程7 7重元素的诞生重元素的诞生重元素的诞生重元素的诞生8 8大爆炸理论的是非大爆炸理论的是非大爆炸理论的是非大爆炸理论的是非 3 原子的起源和演化原子的起源和演化（宇宙）（宇宙）宇宙大爆炸仅仅是一种学说，是根据天文观测研究后得到的一种设想。宇宙大爆炸仅仅是一种学说，是根据天文观测研究后得到的一种设想。大约在大约在150亿年前，宇宙所有的物质都高度密集在一点，有着极高的温亿年前，宇宙所有的物质都高度密集在一点，有着极高的温度，因而发生了巨大

24、的爆炸。大爆炸以后，物质开始向外大膨胀，就度，因而发生了巨大的爆炸。大爆炸以后，物质开始向外大膨胀，就形成了今天我们看到的宇宙。形成了今天我们看到的宇宙。宇宙大爆炸宇宙大爆炸，(美美)艾萨克艾萨克阿西莫夫阿西莫夫编著编著,韦大明韦大明,黄光力黄光力,李歌李歌译。译。徐光宪院士文集徐光宪院士文集元素化学元素化学,曹庭礼等译的格林伍德等曹庭礼等译的格林伍德等 1 1、光谱：、光谱：、光谱：、光谱：借借借借助助助助于于于于棱棱棱棱镜镜镜镜的的的的色色色色散散散散作作作作用用用用，把把把把复复复复色色色色光光光光分分分分解解解解为为为为单单单单色色色色光光光光所所所所形形形形成成成成的的的的光光光光带

25、带带带.它它它它有有有有连连连连续续续续光光光光谱谱谱谱和和和和线线线线状光谱之分。状光谱之分。状光谱之分。状光谱之分。4-1 4-1 氢原子光谱氢原子光谱氢原子光谱氢原子光谱4原子结构的玻尔行星模型原子结构的玻尔行星模型 2 2、连连连连续续续续光光光光谱谱谱谱：由由由由炽炽炽炽热热热热的的的的固固固固体体体体或或或或液液液液体体体体所所所所发发发发出出出出的的的的光光光光，通通通通过过过过棱棱棱棱镜镜镜镜而而而而得得得得到到到到一一一一条条条条包包包包含含含含各各各各种种种种波波波波光光光光的的的的光光光光的的的的彩彩彩彩色色色色充充充充带带带带叫连续光谱。如太阳、钢水、灯等所产生的光。叫

26、连续光谱。如太阳、钢水、灯等所产生的光。叫连续光谱。如太阳、钢水、灯等所产生的光。叫连续光谱。如太阳、钢水、灯等所产生的光。红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 3 3、线状光谱：、线状光谱：、线状光谱：、线状光谱：由激发态原由激发态原由激发态原由激发态原子气体所发出的光，通过棱镜而子气体所发出的光，通过棱镜而子气体所发出的光，通过棱镜而子气体所发出的光，通过棱镜而得到的由黑暗背景，涌显的若干得到的由黑暗背景，涌显的若干得到的由黑暗背景，涌显的若干得到的由黑暗背景，涌显的若干条彩色亮线叫线状光谱。由于线条彩色亮线叫线状光谱。由于线条彩色亮线叫线状光谱。由于线条彩色亮线叫线状光谱。由于线状光谱是从激发态原

27、子内部发射状光谱是从激发态原子内部发射状光谱是从激发态原子内部发射状光谱是从激发态原子内部发射出来的，故又叫做原子光谱。出来的，故又叫做原子光谱。出来的，故又叫做原子光谱。出来的，故又叫做原子光谱。4 4、氢原子光谱的特征、氢原子光谱的特征、氢原子光谱的特征、氢原子光谱的特征n=3红（红（H）n=4青（青（H）n=5蓝紫蓝紫（H）n=6紫（紫（H）BalmerBalmer线系线系（1 1）不连续的线状光谱：从红外到紫外区呈现多条具有特）不连续的线状光谱：从红外到紫外区呈现多条具有特）不连续的线状光谱：从红外到紫外区呈现多条具有特）不连续的线状光谱：从红外到紫外区呈现多条具有特征的谱线。征的谱线

28、。征的谱线。征的谱线。HH、HH、HH、HH 为可见光区的主要谱线。为可见光区的主要谱线。为可见光区的主要谱线。为可见光区的主要谱线。（2 2）从长波到短波。这几条谱线距离越来越小，（这是因为）从长波到短波。这几条谱线距离越来越小，（这是因为）从长波到短波。这几条谱线距离越来越小，（这是因为）从长波到短波。这几条谱线距离越来越小，（这是因为n n越大），表现出明显的规律性。这几条谱线称越大），表现出明显的规律性。这几条谱线称越大），表现出明显的规律性。这几条谱线称越大），表现出明显的规律性。这几条谱线称BalmerBalmer线系。线系。线系。线系。它们的频率可下由公式表示出来：它们的频率可下

29、由公式表示出来：它们的频率可下由公式表示出来：它们的频率可下由公式表示出来：氢原子光谱的一些氢原子光谱的一些线系线系电子跳回第二能级电子跳回第二能级电子跳回第二能级电子跳回第二能级n=2n=2n=2n=2，其波长在其波长在其波长在其波长在可见光区可见光区可见光区可见光区,称称称称 BalmerBalmerBalmerBalmer线系线系线系线系1888188818881888年年年年，紫紫紫紫外外外外光光光光区区区区的的的的拉拉拉拉曼曼曼曼（RamanRamanRamanRaman）线线线线系系系系，电电电电子子子子跳跳跳跳回回回回到到到到第第第第一一一一能能能能级，级，级，级，n=1n=1n

30、=1n=1。1906190619061906年，帕邢（年，帕邢（年，帕邢（年，帕邢（PachenPachenPachenPachen）线系跳回第三级，线系跳回第三级，线系跳回第三级，线系跳回第三级，n=3n=3n=3n=3。1922192219221922年，布拉克特（年，布拉克特（年，布拉克特（年，布拉克特（BrackettBrackettBrackettBrackett）红外区红外区红外区红外区1925192519251925年，芬特（年，芬特（年，芬特（年，芬特（PfundPfundPfundPfund）线系线系线系线系这一系列线系，可由类似上述公式表示其频率：这一系列线系，可由类似上述

31、公式表示其频率：这一系列线系，可由类似上述公式表示其频率：这一系列线系，可由类似上述公式表示其频率：n n n n1 1 1 1，n n n n2 2 2 2为正整数，且为正整数，且为正整数，且为正整数，且n n n n1 1 1 11时，时，s s=0.35被屏蔽电子为被屏蔽电子为ns 或或np时，时，(n-1)层对它层对它s s=0.85，小于小于(n-1)的的s s=1.00被屏蔽电子被屏蔽电子nd 或或nf时，左边各组时，左边各组s s=1.00指外部电子进入原子内部空间，受到核的较强的吸引作用指外部电子进入原子内部空间，受到核的较强的吸引作用.（2）钻穿效应钻穿效应(penetrat

32、ion)：电子作为主体电子作为主体n不同不同,l 相同相同n 越越小小在在离核近离核近的地方发现的几的地方发现的几率越大率越大受其他电子的受其他电子的屏蔽越小屏蔽越小受核的受核的吸引越强吸引越强轨道的钻穿能力通常有如下顺序轨道的钻穿能力通常有如下顺序:1 s2 s3 s4 sn相同相同,l 不同不同l 越越小小在在离核近离核近的地方发现的几率越大的地方发现的几率越大受其他电子的受其他电子的屏蔽越小屏蔽越小受核的受核的吸引越强吸引越强轨道的钻穿能力通常有如下顺序轨道的钻穿能力通常有如下顺序:n sn pn dnf如果能级分裂的程度很大如果能级分裂的程度很大,就可就可能导致与临近电子层中的亚层能级

33、能导致与临近电子层中的亚层能级发生交发生交错错.例如例如,4s电子云径向分布电子云径向分布图上除主峰外还有图上除主峰外还有3个离核更近的小个离核更近的小峰峰,其钻穿程度如此之大其钻穿程度如此之大,以致其能以致其能级处于级处于3d亚层能级亚层能级之下之下,发生了交发生了交错错.3d与与4s轨道的径向分布图轨道的径向分布图2s电电子子云云径径向向分分布布曲曲线线除除主主峰峰外外,还还有有一一个个距距核核更更近近的的小小峰峰.这这暗暗示示,部部分分电电子子云云钻钻至至离离核核更更近近的的空空间间,从从而而部部分分回回避避了了其其它它电子的屏蔽电子的屏蔽.为什么为什么 2 2s 价电子比价电子比 2

34、2p 价价电子受到较小的屏蔽电子受到较小的屏蔽?QuestionQuestion6.3科顿能级图科顿能级图此图不是顺序图此图不是顺序图!H原子轨道能量只与原子轨道能量只与n 有关有关,其其它原子轨道均发生能级分裂它原子轨道均发生能级分裂.各种同名轨道的能量毫无例外地各种同名轨道的能量毫无例外地随原子序数增大而下降随原子序数增大而下降.为什么为什么?从从Sc开始开始,第第4周期元素的周期元素的3d 轨轨道能级低于道能级低于4s.这说明这说明,不但是不但是Mn原子原子,其余其余3d 过渡金属被氧化时过渡金属被氧化时,4s 轨道都先于轨道都先于3d 轨道失去电子轨道失去电子.鲍林图上反映不鲍林图上反

35、映不出这种情况出这种情况 ！6.4基态原子的核外电子排布基态原子的核外电子排布（ground-stateelectronconfiguration）(1)基态原子的电子组态基态原子的电子组态原子的电子组态原子的电子组态(又称电子构型又称电子构型)是一种标示形式是一种标示形式,这种形式能反映出该原子中所有电子占据的亚层轨道这种形式能反映出该原子中所有电子占据的亚层轨道.例如例如,氩原子氩原子(Z=18)的基态电子组态标示为的基态电子组态标示为:Ar1s22s22p63s23p6钾原子钾原子(Z=19)的基态电子组态标示为的基态电子组态标示为:K1s22s22p63s23p64s1(或或Ar4s1

36、)根据原子光谱实验和量子力学理论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基态原子的核外电子排布构造原理构造原理(building up principle).构造原理是指原子建立核外构造原理是指原子建立核外电子层时遵循的规则电子层时遵循的规则.(2)构造原理构造原理最低能量原理最低能量原理(Aufbau principle):电子总是优先占据可供占据的能量最低的轨道电子总是优先占据可供占据的能量最低的轨道,占满能量较低的轨道后才进入能量较高的轨道占满能量较低的轨道后才进入能量较高的轨道.根据顺序图根据顺序图,电子填入轨道时遵循下列次序：电子填入轨道时遵循下列次序：1s2s2p3s

37、3p4s4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p铬铬(Z=24)之前的原子严格遵守这一顺序之前的原子严格遵守这一顺序,钒钒(Z=23)之后的原子有时出现例外之后的原子有时出现例外.泡利不相容原理泡利不相容原理(Pauli exclusion principle)：同一原子中不能存在运动状态完全相同的电同一原子中不能存在运动状态完全相同的电子子,或者说同一原子中不能存在四个量子数完全或者说同一原子中不能存在四个量子数完全相同的电子相同的电子.例如例如,一原子中电子一原子中电子A和电子和电子B的三个的三个量子数量子数n,l,m已相同已相同,ms就必须不同就必须不同.quantumnumbe

38、rnlm mselectricAelectricB221100+1/21/2电子填入轨道的次序图电子填入轨道的次序图怎样推算出各层怎样推算出各层(shell)(shell)和各亚和各亚层层(subshellsubshell)电子的最大容量电子的最大容量?由由泡泡利利不不相相容容原原理理并并结结合合三三个个轨轨道道量量子子数数之之间间的的关关系系,能能够够推推知知各各电电子子层层和和电电子子亚亚层层的的最最大大容容量量.各各层层最最大容量与主量子数之间的关系为：最大容量大容量与主量子数之间的关系为：最大容量2n2.QuestionQuestion 洪特规则洪特规则 (Hunds rule)：电子

39、分布到等价轨道时电子分布到等价轨道时,总是尽先以相同的自旋状态分总是尽先以相同的自旋状态分占轨道占轨道.即即在在n 和和 m 相同的轨道上相同的轨道上分布电子分布电子,将尽可得分布将尽可得分布在在m 值不同的轨道上值不同的轨道上,且自旋相同且自旋相同.例例如如Mn原原子子3d 轨轨道道中中的的5个个电电子子按按下下面面列列出出的的方式方式(a)而不是按方式而不是按方式(b)排布排布.洪洪特特规规则则导导致致的的结结果果之之一一是是,电电子子总总数数为为偶偶数数的的原原子子(分分子子和和离离子子)也也可可能能含含有有未未成成对对电电子子.显显然然,s s、p p、d d 和和 f f 亚亚层层中

40、中未未成成对对电电子子的的最最大大数数目目为为 1 1、3 3、5 5 和和 7,7,即即等等于于相相应应的的轨轨道道数数.未未成成对对电电子子的的存存在在与与否否,实实际际上上可可通通过过物物质质在在磁磁场场中中的的行行为为确确定定：含含有有未未成成对对电电子子的的物物质质在在外外磁磁场场中中显显示示顺顺磁磁性性(paramagnetism),顺顺磁磁性性是是指指物物体体受受磁磁场场吸吸引引的的性性质质；不不含含未未成成对对电电子子的的物物质质在在外外磁磁场场中中显显示示反反磁磁性性(diamagnetism),),反磁性是指物体受磁场排斥的性质反磁性是指物体受磁场排斥的性质.(b)Ar(a

41、)Ar3d4s 根根据据Hunds rule,下下列列三三种种排排布布中哪一种是氮原子的实际电子组态中哪一种是氮原子的实际电子组态?QuestionQuestionACB21号元素号元素1s22s22p63s23p64s23d1(全空时，先填全空时，先填s,钻穿效应钻穿效应)1s22s22p63s23p63d14s2(填充后，由于填充后，由于d的屏蔽，使得的屏蔽，使得s轨道能量升高轨道能量升高)ScAr3d14s2失去电子时，先失去失去电子时，先失去4s2电子，然后失去电子，然后失去3d1电子电子。例例40号元素号元素1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d2(全空时，先填

42、全空时，先填s,penetrate)1s22s22p63s23p63d104s24p64d25s2(填充后，由于填充后，由于d的屏蔽，的屏蔽，s)ZrKr4d25s2 基态原子的电子组态：小结基态原子的电子组态：小结Atom Energy level order Spectrum experimental order Cr Mo Cu Ag Au Ar 3d 4 4s 2 Kr 4d 4 5s 2 Ar 3d 9 4s 2 Kr 4d 9 5s 2 Xe 4f 145d 9 6s 2 Ar 3d 5 4s 1 Kr 4d 5 5s 1 Ar 3d 10 4s 1 Kr 4d 10 5s 1 X

43、e 4f 14 5d10 6s 1 记住一些重要的例外记住一些重要的例外,它们与它们与亚层半满状态和亚层全亚层半满状态和亚层全满状态的相对稳定性满状态的相对稳定性有关有关.表中给出几个例子表中给出几个例子.根据鲍林图中给出的能级顺序根据鲍林图中给出的能级顺序,运用建造原理写出基态运用建造原理写出基态原子的电子组态原子的电子组态,是本章最重要的教学目的之一是本章最重要的教学目的之一（p44p4445).45).能级组的划分：能级组的划分：n+0.7l4s 3d 4.0 4.4当电中性原子失去电子形成正离子时，总是首先失去最外当电中性原子失去电子形成正离子时，总是首先失去最外层电子，层电子，因此，

44、副族元素基态正离子的电子组态不符合构因此，副族元素基态正离子的电子组态不符合构造原理。造原理。元素元素电中性原子的电中性原子的价电子组态价电子组态正离子正离子价电子组态价电子组态Fe3d64s2Fe2+3d6Fe3+3d5Cu3d104s1Cu+3d10Cu2+3d9(3)离子离子Mendeleevsperiodiclaw(1869)The elements if arranged according to their atomic weights,show a distinct periodicity of their properties.7元素周期系元素周期系(The periodic

45、table of elements)7.1元素周期律、元素周元素周期律、元素周期系及元素周期表期系及元素周期表元素周期律：元素周期律：随核内质子随核内质子数递增，核外电子呈现周数递增，核外电子呈现周期性排布，元素性质呈现期性排布，元素性质呈现周期性变化。周期性变化。Moseley(莫斯莱莫斯莱)定律定律:特征特征X射线波长的倒射线波长的倒数的平方根与原子序数的平方根与原子序数呈直线关系。即：数呈直线关系。即：a(Zb)7.2 7.2 元素周期表元素周期表(长表长表)：共七个周期共七个周期:一个特短周期一个特短周期(1);二个短周期二个短周期(2,3);二个二个长周期长周期(4,5);二个特长周

46、期二个特长周期(6,7),第第7周期又叫不完全周周期又叫不完全周期期.序号还表达了该周期中原子开始建立的电子层序号还表达了该周期中原子开始建立的电子层.例如例如,第第4周期开始建立周期开始建立n=4的电子层的电子层,即开始建立即开始建立N层电子层电子.七个周期对应于顺序图中的七个能级组七个周期对应于顺序图中的七个能级组.除第一周期外除第一周期外,各周期均以填充各周期均以填充s 轨道的元素开始轨道的元素开始,并并以填充以填充p 轨道的元素告终轨道的元素告终.周期号数周期号数电子层数电子层数(主量子数主量子数主量子数主量子数n n，7 7个个个个)能级组序数能级组序数各周期元素的数目各周期元素的数

47、目相应能级组中原子轨道所能容纳的相应能级组中原子轨道所能容纳的电子总数。电子总数。周期周期主族元素的族号数主族元素的族号数原子最外层电子数。原子最外层电子数。(主族，主族，主族，主族，8 8个个个个)副族副族副族副族 外围电子数外围电子数外围电子数外围电子数(副族，副族，副族，副族，1010个。个。个。个。、B B同主族同主族同主族同主族)你要熟练掌握你要熟练掌握IUPAC IUPAC 推荐的族号系统，但不能对传统系统完全陌生！推荐的族号系统，但不能对传统系统完全陌生！Groups(orfamilies):vertical columns in the periodic table.有些教材采

48、用有些教材采用IUPAC推荐的族编号系统推荐的族编号系统,自左至右依次编为第自左至右依次编为第1至第至第18族族.国际化学界不满意传统的编号系统国际化学界不满意传统的编号系统,但对但对IUPAC推荐的系统也存在争论推荐的系统也存在争论.对主族元素对主族元素,大多书同时保留了用罗马数字编号的传统方法大多书同时保留了用罗马数字编号的传统方法.IUPAC 是是the International Union of Pure and Applied Chemistry (国际国际纯粹化学与应用化学联合会）纯粹化学与应用化学联合会）的英语缩写的英语缩写.它负责推荐全世界统一使用它负责推荐全世界统一使用的化

49、学术语的化学术语,化学符号化学符号,单位和正、负号使用习惯单位和正、负号使用习惯.为了规范无机物和周为了规范无机物和周期表术语的用法期表术语的用法,IUPAC编辑了一本名为编辑了一本名为“Nomenclature of Inorganic Chemistry”的出版物的出版物.该出版物的封面为红色该出版物的封面为红色,化学界口语将其称之为化学界口语将其称之为“RedBook”.族族 Blocks:four areas of the periodic table,each having similar valence electron configurations.如如果果元元素素所所在在的的周

50、周期期号号和和族族号号为为已已知知,你你应应该该能能够够迅迅速写出原子的价电子组态速写出原子的价电子组态.Blocks Valence Electron Configurationssblockns12pblockns2np16dblock(n-1)d110ns12dsblock(n-1)d10ns12fblock(n-2)f114(n-1)d01ns2区区8原子周期性原子周期性 原子参数原子参数(atomic parameters)是指用以表达原子特征的参是指用以表达原子特征的参数数,它影响甚至决定元素的性质它影响甚至决定元素的性质,并随原子序呈周期性变化并随原子序呈周期性变化.8.1原子半