物质结构和元素周期律.ppt

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1、物质结构和元素周期物质结构和元素周期律律本章目录第一节 原子核外电子的运动状态第二节 原子中电子的排布第三节 原子核外电子排布与元素周期律第四节 元素性质的周期性第五章第五章 物质结构和元素周期律物质结构和元素周期律11/5/20222复习1.原子是如何构成的？原子核外电子原子核中子质子带负电荷带正电荷不带电荷带正电荷2.各组成间的数量关系？质子数核外电子数原子序数核电荷数=化学反应只改变核外电子的数目或运动状态本节目录 一、电子的波粒二象性二、波函数与原子轨道三、概率密度与电子云四、四个量子数五、多电子原子轨道的能级第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态11/5/2022

2、4玻尔理论的产生：1911年，卢瑟福提出原子结构的含核模型。由经典电磁学理论，电子辐射能量连续，原子光谱应连续。氢原子光谱实验 玻尔的原子结构理论，简称玻尔理论第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态2.氢原子光谱HHHH第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态返回返回第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态返回返回第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态 原子光谱：原子光谱：任何一种元素的气态原子在高温任何一种元素的气态原子在高温火焰、电火花的作用下均能发光，经三

3、棱镜火焰、电火花的作用下均能发光，经三棱镜分光后可以得到一种由一系列线条构成的特分光后可以得到一种由一系列线条构成的特征的线性光谱，不同种类的原子所发射的光征的线性光谱，不同种类的原子所发射的光谱不同，同种类原子发射的光谱相同。谱不同，同种类原子发射的光谱相同。氢原子光谱装置示意图第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态氢原子光谱图第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态返回返回玻尔理论:1.电子只能沿一定能量的轨道运动，自身没有能量的变化；2.轨道的能量是不连续的，轨道不同，能级不同；3.电子只有从一个轨道跃迁到另一轨道时，才有能量的吸收或放出。回节目录玻

4、尔理论的贡献与局限性1.1.贡献：成功解释了氢原子光谱，计算数值与贡献：成功解释了氢原子光谱，计算数值与光谱实验完全一致。光谱实验完全一致。2.2.局限性：不能解释多电子原子的光谱以及局限性：不能解释多电子原子的光谱以及氢光谱的精细结构。氢光谱的精细结构。3.3.原因：未能完全冲破经典力学的束缚，只原因：未能完全冲破经典力学的束缚，只是勉强加进一些假定。是勉强加进一些假定。4.4.发展：玻尔理论被量子力学所代替。发展：玻尔理论被量子力学所代替。第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态一、电子的波粒二象性1.1.波粒二象性：波粒二象性：既有既有波动性波动性，又有，又有粒子性粒子

5、性。存在干涉、衍射等现象光电效应、原子光谱等现象光具有波粒二象性电子也具有波粒二象性第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态 光的粒子性可由光电效应说明；光的波动性可从其衍射光谱得出。光的衍射光谱第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态电子是有质量、有动量的粒子，故具有粒子性；电子运动能产生衍射现象。电子的衍射装置示意图第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态Erwin Schrodinger,奥地利物奥地利物理学家理学家二、波函数与原子轨道1.1.波函数波函数描述微观体系粒子运动状

6、态的数学表达式经典力学理论无法描绘电子的运动状态，以量子力学代之。薛定谔方程体现了波粒二象性，其解称为波函数，用 n,l,m(x,y,z)表示，每一个 n,l,m(x,y,z)表示电子的一种运动状态，如 300(x,y,z)、400(x,y,z)。n,l,m称为量子数，取值有特定要求;n为主量子数，l为角量子数，m为磁量子数。第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态2.原子轨道：波函数称为原子轨道函数，简称原子轨函，或原子轨道。3.意义：原子轨道和波函数是同义词，但原子轨道只是借用玻尔理论中的概念，无固定轨迹之意，而只是反映核外电子运动状态表现出的波动性和统计性规律。4.原子

7、轨道的角度分布图第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态角角 度度 分分 布布 图图径向分布图第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态三、概率密度与电子云1.1.概率密度概率密度|2 2：原子核外某空间，单位原子核外某空间，单位体积内出现某电子的概率。体积内出现某电子的概率。2.2.电子云：电子概率密度分布情况的形象电子云：电子概率密度分布情况的形象表示。（如打靶）表示。（如打靶）界面图氢原子电子云第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态三种不同的电子云分布图第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态原子轨道分布图原子轨道分

8、布图与电子云分布图与电子云分布图的的区别：区别：（1 1）电子云较瘦；）电子云较瘦；（2 2）原子轨道有）原子轨道有正、负号，电子正、负号，电子云全为正值。云全为正值。电子云的空间图象第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态四、四个量子数1.主量子数n（电子层）（1）取值：1，2，3，4等正整数;（2）意义：决定电子离核远近（电子能量）;（3）n与电子层的关系：n123456电子层名称 第一层第二层第三层第四层第五层第六层电子层符号KLMNOP第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态2.2.角量子数角量子数l l（电子亚层）电子亚层）（1 1）取值：）取值：

9、0 0到到n-1n-1的正整数。的正整数。n1234l00,10,1,20,1,2,3第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态（2）意义：代表亚层，决定原子轨道的形状。亚层符号及轨道形状如下：l0123亚层符号亚层符号spdf原子轨道及原子轨道及电子云形状电子云形状 球形球形 哑铃形哑铃形 花瓣形花瓣形 花瓣形花瓣形 第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态（3 3）轨道能量相对大小）轨道能量相对大小 E Ensns E Enpnp E Endnd E Enfnf（4 4）说明说明 电子层间能量差别远大于电子亚层电子层间能量差别远大于电子亚层间能量的差别。间

10、能量的差别。第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态3.磁量子数m（原子轨道的伸展方向）（1）取值：从+l到 l 并包括0在内的整。（2）意义：m有几个数值，亚层中就有几个伸展方向不同的轨道。（3）特点：同一亚层不同伸展方向轨道的能量相同，称为简并轨道或等价轨道。第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态4.自旋量子数ms（1）自旋：电子绕核运动的同时绕自身的轴旋转。（2）取值：+1/2和 1/2（顺时针和逆时针）第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态角量子数、磁量子数与运动状态数的关系l lm m空间运动状态数空间运动状态数0 00 0s

11、 s轨道轨道,一种一种1 1-1,0,+1-1,0,+1p p轨道轨道,三种三种2 2-2,-1,0,+1,+2-2,-1,0,+1,+2d d轨道轨道,五种五种3 3-3,-2,-1,0,+1,+2,+3-3,-2,-1,0,+1,+2,+3f f轨道轨道,七种七种第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态量子数间的关系量子数间的关系电子层电子层主量子数主量子数（n）符号符号1K2L3M4N电子亚层电子亚层角量子数角量子数（l）符号符号01s0 12s 2 p0 1 23s 3p 3d0 1 2 34s 4p 4d 4f轨道数轨道数磁磁量量子子(m)数数00 0 10 0 0

12、1 120 0 0 0 1 1 1 2 2 3亚层轨道数亚层轨道数(2l+1)11 31 3 5 1 3 5 7电子层电子层轨道总数轨道总数n214916回节目录例1:某一多电子原子,讨论其第二电子层中:(1)亚层数是多少?用符号表示;(2)各亚层上的轨道数是多少?该电子层轨道总数是多少?(3)哪些是等价轨道?解:n=2,故l=0,1。所以亚层数是2，分别是2s、2p;n=2，l=0时，m=0，即一个2s轨道；n=2，l=1时，m=-1，0，+1，即3个2p轨道；轨道总数为4。等价轨道为3个2p轨道。第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态练 习教材123页，第1、6、7题。

13、第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态五、多电子原子轨道的能级1.概念（1）能级：每一个电子亚层有不同的能量，称之为相应的能级。（2）能级组：能量相近的能级划归为一组。（3）近似能级图：用图示法将原子轨道按能量高低进行排列。第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态2.近似能级图第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态3.近似能级图的特点（1）该图是按原子轨道能量高低而非其离核远近顺序排列；（2）每个圆圈代表一个轨道，从下向上能量逐渐增高，同一高度能量相同；（3）角量子数l相同时，能量由主量子数n决定；n相同时，由l决定；同一能级组中由近似

14、能级图确定。4.近似能级图的应用：用于确定原子核外电子的排布情况。第一节第一节 原子核外电子的运动状态原子核外电子的运动状态本节目录一、基态原子中电子的排布原理一、基态原子中电子的排布原理二、基态原子中的电子排布第二节第二节 原子中电子的排布原子中电子的排布一、基态原子中电子的排布原理一、基态原子中电子的排布原理1.能量最低原理电子排布时总电子排布时总是优先进入能是优先进入能量最低的能级。量最低的能级。第二节第二节 原子中电子的排布原子中电子的排布同一原子中没有四个同一原子中没有四个量子数完全相同的电量子数完全相同的电子，或，同一原子中子，或，同一原子中没有运动状态完全相没有运动状态完全相同的

15、电子。同的电子。2 泡利不相容原理一种运动状态只能容纳一个电子；每一个原子轨道最多只能容纳2个自旋方向相反的电子。第二节第二节 原子中电子的排布原子中电子的排布思 考1.计算各电子亚层最多容纳电子数。2.计算各电子层最多容纳电子数。第二节第二节 原子中电子的排布原子中电子的排布练 习 1.写出Be和Mg的电子排布式，用四个量子数表示Be的各能级上的电子运动状态。2.写出C的电子排布式，并说明p亚层上二个电子的分布情况。在亚层在亚层(能级能级)符号的右上角用数字注明排列符号的右上角用数字注明排列的电子数，例如的电子数，例如3 3s s2 2、2p2p4 4、3d3d5 5等等第二节第二节 原子中

16、电子的排布原子中电子的排布3 3 洪洪特特规规则则 电子分布到能电子分布到能量相同的等价轨道量相同的等价轨道时，总是尽先以自时，总是尽先以自旋相同的方向，单旋相同的方向，单独占据能量相同的独占据能量相同的轨道。轨道。特例：等价轨道在全充满、半充满、全空状态下比较稳定。第二节第二节 原子中电子的排布原子中电子的排布1.按照原子轨道近似能级图，从低到高依次填入；2.每个轨道最多只能填入两个自旋方向相反的电子；3.轨道能量相同时，电子尽可能占据多的轨道，且自旋方向相同；4.电子的排布情况主要有两种表示方法（轨道表示式和电子排布式），还有一种简写形式（以原子芯表示）。二、基态原子中电子的排布第二节第二

17、节 原子中电子的排布原子中电子的排布n轨道表示式：一个圆圈或一个小方格表示一个原子轨道，在它们的下面注明该轨道的能级，用向上或向下的箭头表示电子的自旋状态；n电子排布式：在亚层(能级)符号的右上角用数字注明排列的电子数，例如3s2、2p4、3d5等n 原子芯：原子芯：内层已达到稀有气体的电子层写内层已达到稀有气体的电子层写成成“原子芯原子芯”（原子实），并以稀有气体（原子实），并以稀有气体符号加方括号表示。铁原子：符号加方括号表示。铁原子：ArAr3d3d6 64s4s2 2。第二节第二节 原子中电子的排布原子中电子的排布练 习写出写出MgMg、FeFe、CuCu的轨道表示式和电子排布式。的轨

18、道表示式和电子排布式。第二节第二节 原子中电子的排布原子中电子的排布思 考 结合原子轨道近似能级图和电子的排布原理解释：（1）最外层最多容纳8个电子；（2）次外层最多容纳18个电子（若此外层为1或2，最多只能有2或8个电子）；（3）外数第三层最多只有32个电子（若该层n=1，2，3，最多只能有2，8，18个电子）第二节第二节 原子中电子的排布原子中电子的排布作 业1.独立背写周期表前36号元素的电子排布式。2.书面作业 教材习题124页 第3、5、8题 选做第9、10题。第二节第二节 原子中电子的排布原子中电子的排布本节目录 第三节第三节 原子核外电子排布与元素周期律原子核外电子排布与元素周期

19、律一、周期与能级组二、族与价层电子构型三、周期表元素分区复 习1.能级组的划分有什么特点？2.周期表中有几个周期？同一周期中元素的结构有何特点？第三节第三节 原子核外电子排布与元素周期律原子核外电子排布与元素周期律一、周期与能级组1.周期与能级组的关系周期数核外电子层数=能级组数每周期元素数目该能级组容纳电子总数=第三节第三节 原子核外电子排布与元素周期律原子核外电子排布与元素周期律2.周期表的特点3.划分周期表的本质从活泼碱金属开始（从ns1开始），逐渐过渡到稀有气体为止（至np6结束），如此周期性、重复出现。能级组的划分第三节第三节 原子核外电子排布与元素周期律原子核外电子排布与元素周期律

20、复 习1.周期表中的族是如何划分的？2.同族中元素的结构有何特点？第三节第三节 原子核外电子排布与元素周期律原子核外电子排布与元素周期律二、族与电子层构型1.概念（1）价电子形成化学键的电子（2 2）价电子层）价电子层（3）价层电子构型价层电子的排布式第三节第三节 原子核外电子排布与元素周期律原子核外电子排布与元素周期律主族元素副族元素价层电子构型ns 12或ns2np 16（n-1）d 110 ns 12 主要特点价电子总数=族数B到B和族：最高能级组中的电子总数=族数B和B：最外层电子数=族数 举 例Na、Al、Cl、OSc、Fe、Cu、Mn第三节第三节 原子核外电子排布与元素周期律原子核

21、外电子排布与元素周期律三、周期表元素分区根据各周期、族电子层结构的特点分区第三节第三节 原子核外电子排布与元素周期律原子核外电子排布与元素周期律思 考 总结各总结各区域划分的依据，即各区域划分的依据，即各区域电子层结构的特点。电子层结构的特点。第三节第三节 原子核外电子排布与元素周期律原子核外电子排布与元素周期律第三节第三节 原子核外电子排布与元素周期律原子核外电子排布与元素周期律总 结 原子的电子层结构与元素表之间有密切的联系：原子序数电子层结构周期和族第三节第三节 原子核外电子排布与元素周期律原子核外电子排布与元素周期律例题1：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

22、指出该元素的名称、符号以及所属的周期和族。解：根据原子序数为25可知该元素的原子核外有25个电子，其排布式态为Ar3d54s2，属d区过渡元素。最高能级组数为4，其中有7个电子，故该元素是第四周期B族的锰，元素符号为Mn。第三节第三节 原子核外电子排布与元素周期律原子核外电子排布与元素周期律例题2：已知某元素在周期表中位于第五周期、A族位置上。试写出该元素基态原子的电子结构式、元素的名称、符号和原子序数。解：元素位于第五周期，故电子的最高能级组是第五能级组，即5s4d5p，元素是A族的，故最外层电子数应为6，故有5s25p4，这时4d一定是全充满的。电子结构式Kr4d105s25p4，元素名称

23、是碲，符号Te，核外共有52个电子，原子序数是52。第三节第三节 原子核外电子排布与元素周期律原子核外电子排布与元素周期律练 习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，B族。2.试确定32号元素在周期表中的位置。第四周期，A族 3.判断处于第三周期，A族元素的价层电子结构、原子序数。Ne3s23p2，第14号元素第三节第三节 原子核外电子排布与元素周期律原子核外电子排布与元素周期律作 业教材124页 习题第12、17题第三节第三节 原子核外电子排布与元素周期律原子核外电子排布与元素周期律本节目录第四节第四节 元素性质的周期性元素性质的周期性一、有效核电荷

24、二、原子半径三、电离能四、电子亲和能 五、电负性 六、元素的金属性和非金属性七、元素的氧化一、有效核电荷1.概念（1）屏蔽效应内层电子或同层电子对某一电子的排斥作用，削弱了原子核对该电子的吸引。（2）有效核电荷电子实际受到原子核的引力。（Z*=Z-）（3）屏蔽常数原有核电荷减小 或被抵消的部分。第四节第四节 元素性质的周期性元素性质的周期性2.变化规律（1）同周期元素：主族元素；副族元素 （解释教材118页图57）（2）同族元素第四节第四节 元素性质的周期性元素性质的周期性二、原子半径原子半径的类型金属半径共价半径范德华半径金属原子核间距一半同种原子共价单键连接、核间距一半分子间力连接原子核间

25、距一半第四节第四节 元素性质的周期性元素性质的周期性2.变化规律（1）同周期元素（2）同族元素电子层数越多，半径越大；有效核电荷越大，半径越小。第四节第四节 元素性质的周期性元素性质的周期性2.第一电离能变化规律（1）同周期：主族元素；副族元素（2）同族元素第四节第四节 元素性质的周期性元素性质的周期性四、电子亲和能：1.定义原子负离子得到电子能量2.变化规律（1）同周期（2）同族第四节第四节 元素性质的周期性元素性质的周期性五、电负性1.定义原子在分子中吸引电子能力2.变化规律（1）同周期（2）同族第四节第四节 元素性质的周期性元素性质的周期性元素的电负性表第四节第四节 元素性质的周期性元素

26、性质的周期性六、元素的金属性与非金属性变化规律同周期同族第四节第四节 元素性质的周期性元素性质的周期性七、元素的氧化值 1.定义定义化学键中，电子指定给电负性大的原子，求得的原子的荷电数。2.变化规律最高氧化值=价电子总数族数=第四节第四节 元素性质的周期性元素性质的周期性 1.了解核外电子运动状态，可通过一系列波函数来表 示。明确又称原子轨道，原子轨道可理解为电子在核外出现几率较大的空间区域。2.2为几率密度。它表示电子在核外空间某单位 体积出现的几率，2的分布形象称电子云。3.原子轨道和电子云的图形大体相似，但要明确二者的区别。本章小结第四节第四节 元素性质的周期性元素性质的周期性4.掌握近似能级图，并能按照核外电子排布三原则，写出一般元素（前36号）的原子核外电子排布式。5.理解原子结构和元素周期表的关系、元素周期性和各周期元素数目关系的内在原因以及如何从原子结构来划分元素所在的周期、族、分区等。6.掌握原于半径、电离势、电子亲合能、电负性、金属性和非金属性在周期系中一般递变规律。第四节第四节 元素性质的周期性元素性质的周期性作业：教材124页第18、20题第四节第四节 元素性质的周期性元素性质的周期性