原子結(jié)構(gòu)與元素周期系PPT課件

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,原子結(jié)構(gòu)與元素周期系,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second

2、level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master

3、title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,1,其次局部 核外電子的排布和元素周期系,原子的電子層構(gòu)造和元素周期系,核外電子層構(gòu)造的原則,多電子原子的能級(jí),2,多電子原子的能級(jí),科頓原子軌道能級(jí)圖,鉆穿效應(yīng),屏蔽效應(yīng),鮑林L.Pauling的近似能級(jí)圖,多電子原子的能級(jí),3,多電子原子近似能級(jí)圖的特點(diǎn)：,近似能級(jí)圖是按原子軌道的能量凹凸而不是按原子軌道離核的遠(yuǎn)近挨次排列起來。把能量相近

4、的能級(jí)劃為一組，稱為能級(jí),1s 第一能級(jí)組,2s2p 其次能級(jí)組,3s3p 第三能級(jí)組,4s3d4p 第四能級(jí)組,5s4d5p 第五能級(jí)組,6s4f5d6p 第六能級(jí)組,7s5f6d7p 第七能級(jí)組,在能級(jí)圖中可以看到：相鄰的兩個(gè)能級(jí)組之間的能量差較大，而在同一能級(jí)組中各能級(jí)的能量差較小。,4,多電子原子近似能級(jí)圖的特點(diǎn)：,在能級(jí)圖中:所謂等價(jià)軌道是指其能量一樣、成鍵力量一樣，只是空間取向不同的軌道。,角量子數(shù)l一樣的能級(jí)，其能量由主量子數(shù)n打算，n越大，能量越高。,主量子數(shù)n一樣，角量子數(shù) l 不同的能級(jí)，其能量隨 l 的增大而上升。,主量子數(shù)n和角量子數(shù) l 同時(shí)變化時(shí)，從圖中可知，能級(jí)的

5、能量變化狀況是比較簡(jiǎn)單的。,5,屏蔽效應(yīng),在多電子原子中，每個(gè)電子不僅受到原子核對(duì)它的吸引力，而且還要受到其它電子的斥力。我們把這種內(nèi)層電子的排斥作用考慮為對(duì)核電荷的抵消或屏蔽，相當(dāng)于使核的有效核電荷數(shù)Z*削減。,由于其它電子對(duì)某一電子的排斥作用而抵消了一局部核電荷，從而使有效核電荷降低，減弱了核電荷對(duì)該電子的吸引，這種作用稱為屏蔽作用和屏蔽效應(yīng)。,Z,*,=Z,E= =,6,屏蔽效應(yīng)與Slater規(guī)章,為了計(jì)算屏蔽參數(shù)，斯萊脫Slater提出規(guī)章可近似計(jì)算。,Slater規(guī)章如下：,將原子中的電子分成如下幾組：,(1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)(5s

6、,5p) ,7,屏蔽效應(yīng)與Slater規(guī)章,(a)位于被屏蔽電子右邊的各組，對(duì)被屏蔽電子的0，可以近似地認(rèn)為，外層電子對(duì)內(nèi)層電子沒有屏蔽作用。,(b)1s軌道上的2個(gè)電子之間的 0.30/e 其它主量子數(shù)一樣的各分層電子之間的0.35/e,(c)被屏蔽的電子為ns或np時(shí)，則主量子數(shù)為n1的各電子對(duì)它們的0.85/e，而小于n2的各電子對(duì)它們的1.00/e,(d)被屏蔽的電子為nd或nf時(shí)，同組電子屏蔽為0.35/e，位于它左邊各組電子對(duì)它的屏蔽常數(shù)1.00/e。,例,3,：,19,K,的電子排布是,1,s,2,，,2,s,2,2,p,6, 3,s,2,3p,6, 4,s,1,而不是,1,s,

7、2,，,2,s,2,2,p,6, 3,s,2,3p,6, 3,d,1,？,(1,s,2,) (2,s,2,2,p,6,) (3,s,2,3,p,6,) (4,s,1,),Z,= 19,(0.858 + 1.0 10) = 2.2,E,=,(2.2,2,/ 4,2,) 13.6 =,4.114eV,(1,s,2,) (2,s,2,2,p,6,) (3,s,2,3,p,6,) (3,d,1,),Z,= 19,( 18 1) = 1,E,=,(1,2,/ 3,2,) 13.6 =,1.51eV,例4：試應(yīng)用Slater計(jì)算方法求算氧原子的第一電離能,解：,氧離子構(gòu)造為1s2, 2s2 2p3,氧原子

8、構(gòu)造為1s2, 2s2 2p4，,氧原子的電離能 (I) O = O+ + e,I,=,E,(O,+,) -,E,(O) =,E(2s,2,2p,3,) - E(2s,2,2p,4,),10,鉆穿效應(yīng),在原子中，對(duì)于同一主層的電子，因s電子比p、d、f電子在離核較近處消失的概率要多，說明s電子有滲入內(nèi)部空間而靠近核的本事，這種外層電子鉆到內(nèi)層空間而靠近原子核的現(xiàn)象，稱為鉆穿作用。,由于電子的鉆穿作用的不同而使它的能量發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為鉆穿效應(yīng)。,11,科頓原子軌道能級(jí)圖,12,其次局部 核外電子的排布和元素周期系,原子的電子層構(gòu)造和元素周期系,核外電子層構(gòu)造的原則,多電子原子的能級(jí),13,核

9、外電子層構(gòu)造的原則,洪特(Hund)規(guī)章,泡利,(Pauli),不相容原理,能量最低原理,核外電子層構(gòu)造的原則,14,能量最低原理,多電子原子在基態(tài)時(shí)，核外電子總是盡可能分布到能量最低的軌道，這稱為能量最低原理,電子先填最外層的ns，后填次外層的(n-1)d，甚至填入倒數(shù)第三層的(n-2)f的規(guī)律叫做“能級(jí)穿插”。,請(qǐng)留意：能級(jí)穿插現(xiàn)象是電子隨核電荷遞增填充電子次序上的穿插,并不意味著先填能級(jí)的能量肯定比后填能級(jí)的能量低。,15,泡利Pauli不相容原理,一個(gè)電子的四個(gè)量子數(shù)為3、2、0、-1/2,另一個(gè)電子的四個(gè)量子數(shù)為3、2、0、+1/2,從保里原理可獲得以下幾個(gè)重要結(jié)論：,a)每一種運(yùn)動(dòng)

10、狀態(tài)的電子只能有一個(gè)。,b)由于每一個(gè)原子軌道包括兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以每一個(gè)原子軌道中最多只能容納兩個(gè)自旋不同的電子。,c)由于s、p、d、f各分層中原子軌道數(shù)為1、3、5、7 所以各分層中相應(yīng)最多只能容納2、6、10、14個(gè)電子。,d)每個(gè)電子層原子軌道的總數(shù)為n 個(gè)，因此，各電子層中電子的最大容量為2n個(gè)。,16,洪特(Hund)規(guī)章,洪特規(guī)章基態(tài)多電子原子中同一能級(jí)的軌道能量相等，稱為簡(jiǎn)并軌道；基態(tài)多電子原子的電子總是首先自旋平行地、單獨(dú)地填入簡(jiǎn)并軌道。,17,作為洪特規(guī)章的特例，等價(jià)軌道：,全布滿 p6、d10、f14,半布滿 p3、d5、 f7,全 空 p0、d0、 f0,的構(gòu)造狀態(tài)比

11、較穩(wěn)定,洪特(Hund)規(guī)章,例： 19號(hào) K 1s22s22p63s23p64s1,原子實(shí)構(gòu)造式為 Ar4s1,24號(hào) Cr Ar3d54s1,18,其次局部 核外電子的排布和元素周期系,原子的電子層構(gòu)造和元素周期系,核外電子層構(gòu)造的原則,多電子原子的能級(jí),19,原子的電子層構(gòu)造和元素周期系,原子的電子層構(gòu)造與族的關(guān)系,原子的電子層構(gòu)造與周期的關(guān)系,原子的電子層構(gòu)造與元素的分區(qū),原子的電子層,原子的電子層構(gòu)造和元素周期系,元素周期系的進(jìn)展前景,核外電子的排布原子的電子層構(gòu)造,1 H Hydrogen,氫,1s,1,*,2 He Helium,氦,1s,2,3 Li Lithium,鋰,1s,

12、2,2s,1,4 Be Beryllium,鈹,1s,2,2s,2,5 B Boron,硼,1s,2,2s,2,2p,1,*,6 CCarbon,碳,1s,2,2s,2,2p,2,7 NNitrogen,氮,1s,2,2s,2,2p,3,8 OOxygen,氧,1s,2,2s,2,2p,4,9 FFluorine,氟,1s,2,2s,2,2p,5,10 NeNeon,氖,1s,2,2s,2,2p,6,原子,序數(shù),電子軌道圖,元素,符號(hào),英文名稱,中文,名稱,電子結(jié)構(gòu)式,11 Na Sodium,鈉,1s,2,2s,2,2p,6,3s,1,12 Mg Magnesium,鎂,1s,2,2s,2,

13、2p,6,3s,2,13 Al Aluminium,鋁,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,1,14 Si Silicon,硅,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,2,15 P Phosphorus,磷,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,3,16 Si Sulfur,硫,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,4,17 Cl Chlorine,氯,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,5,18 Ar Argon,氬,1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,原子,序數(shù),元素,符號(hào),英文名稱,中文,名稱,電子結(jié)構(gòu)式,* Ar 原子實(shí)，表示 A

14、r 的電子構(gòu)造式 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 。,原子實(shí)后面是價(jià)層電子，即在化學(xué)反響中可能發(fā)生變化的電子。,* 雖先排 4s 后排 3d ， 但電子構(gòu)造式中先寫 3d，后寫 4s,*,21 Sc Scandium,鈧,Ar 3d,1,4s,2,22 Ti Titanium,鈦,Ar 3d,2,4s,2,23 V Vanadium,釩,Ar 3d,3,4s,2,24,Cr,Chromium,鉻,Ar,3d,5,4s,1,25 Mn Manganese,錳,Ar 3d,5,4s,2,26 Fe Iron,鐵,Ar,3d,6,4s,2,27 Co Cobalt,鈷,Ar,3d,7,4s,

15、2,28 Ni Nickel,鎳,Ar,3d,8,4s,2,*,19 K Potassium,鉀,Ar 4s,1,20 Ca Calcium,鈣,Ar 4s,2,23,原子的電子層,留意幾個(gè)例外 :,24號(hào)Cr 3d54s1 29號(hào)Cu 3d104s1,41號(hào)Nb 4d45s1 42號(hào)Mo 4d55s1,43號(hào)Tc 4d55s2 44號(hào)Ru 4d75s1,45號(hào)Rh 4d85s1 46號(hào)Pd 4d10,24,1,、 元素的周期,周期的劃分與能級(jí)組的劃分完全全都，每個(gè)能級(jí)組都單獨(dú),對(duì)應(yīng)一個(gè)周期。共有七個(gè)能級(jí)組， 所以共有七個(gè)周期。,H,He,1,第一周期：,2,種元素,第一能級(jí)組：,2,個(gè)電子,

16、1,個(gè)能級(jí),1s 1,個(gè)軌道,Be,Li,B,C,N,O,F,Ne,2,其次周期： 8 種元素,其次能級(jí)組： 8 個(gè)電子 2 個(gè)能級(jí) 2s 2p 4 個(gè)軌道,元素周期系,Mg,Na,Al,Si,P,S,Cl,Ar,3,第三周期：,8,種元素,第三能級(jí)組：,8,個(gè)電子,2,個(gè)能級(jí),3s 3p 4,個(gè)軌道,K,Ca,Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,As,Se,Br,Kr,4,Y,Zr,Nb,Mo,Tc,Rh,Pd,Ru,Ag,Cd,Sr,Rb,In,Sn,Sb,Te,I,Xe,5,第五周期：,18,種元素,第五能級(jí)組：,18,個(gè)電子,3,個(gè)能級(jí),5s 4d 5

17、p 9,個(gè)軌道,第四周期：,18,種元素,第四能級(jí)組：,18,個(gè)電子,3,個(gè)能級(jí),4s 3d 4p 9,個(gè)軌道,第七周期：,32,種元素,第七能級(jí)組：,32,個(gè)電子,4,個(gè)能級(jí),7s 5f 6d 7p 16,個(gè)軌道,Ba,Cs,6s,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,4f,La,Hf,Ta,W,Re,Ir,Pt,Os,Au,Hg,5d,Tl,Pb,Bi,Po,At,Rn,6p,第六周期：,32,種元素,第六能級(jí)組：,32,個(gè)電子,4,個(gè)能級(jí),6s 4f 5d 6p 16,個(gè)軌道,Ra,Fr,7s,Th,Pa,U,Np,Pu,Am,Cm,Bk,C

18、f,Es,Fm,Md,No,Lr,5f,Ac,Rf,Db,Sg,Bh,Hs,Mt,Uun,Uuu,Uub,6d,7p,27,原子的電子層構(gòu)造與元素的分區(qū),28,元素的區(qū)和族,s,區(qū)元素 包括,IA,族，,IIA,族，價(jià)層電子組態(tài)為,n s,1 2,，屬于活潑金屬。,p 區(qū)元素 包括 IIIA 族，IVA 族，VA 族，VIA 族，,VIIA 族， 0 族 VIIIA族 ，價(jià)層電子組態(tài)為 ns 2 np 1 6 ，右上方為非金屬元素，左下方為金屬元素 。,s 區(qū)和 p 區(qū)元素的族數(shù)，等于價(jià)層電子中 s 電子數(shù)與 p 電子數(shù)之和。假設(shè)和數(shù)為 8 ，則為 0 族元素，也稱為 VIII A 族。,價(jià)層

19、電子是指排在稀有氣體原子實(shí)后面的電子，在化學(xué)反響中能發(fā)生變化的根本是價(jià)層電子。如：K Ar4s1,顯示,顯示,d 區(qū)元素 包括 III B 族，IV B 族，V B 族，VI B 族，,VII B 族，VIII 族 。價(jià)層電子組態(tài)一般為 ( n1 ) d 1 8 ns 2 ，為過渡金屬。( n1 ) d 中的電子由不布滿向布滿過渡。第 4，5，6 周期的過渡元素分別稱為第一，其次，第三過渡系列元素。,d 區(qū)元素的族數(shù)，等于價(jià)層電子中 ( n1 ) d 的電子數(shù)與 ns 的電子數(shù)之和；假設(shè)和數(shù)大于或等于 8，則為 VIII 族元素 。,ds,區(qū)元素價(jià)層電子組態(tài)為,( n,1 ) d,10,ns,

20、1 2,。,有時(shí)將,d,區(qū)和,ds,區(qū)定義為過渡金屬 。,ds,區(qū)元素的族數(shù)，等于價(jià)層電子中,ns,的電子數(shù) 。,f 區(qū)元素價(jià)層電子組態(tài)為 ( n2 ) f 0 14 ( n1 ) d 0 2 ns 2 ，包括鑭系和錒系元素，稱為內(nèi)過渡元素。 ( n2 ) f 中的電子由不布滿向布滿過渡。有時(shí)認(rèn)為 f 區(qū)元素屬于 III B 族 。,顯示,顯示,30,原子的電子層構(gòu)造與周期的關(guān)系,各周期元素的數(shù)目相應(yīng)能級(jí)組中原子軌道所能容納的電子總數(shù)2、8、8、18、18、32,p區(qū)從左上到右下的對(duì)角線為B、Si、As、Te、At，在此諸元素的右上方位是非金屬，左下方位金屬，對(duì)角線上及四周的元素是準(zhǔn)金屬，有些

21、具有半導(dǎo)體的性質(zhì)，周期表中約4/5的元素是金屬。,31,原子的電子層構(gòu)造與族的關(guān)系,主族元素的族數(shù)包括ds區(qū)該元素原子的最外層電子數(shù)該族元素的最高化合價(jià)除氧、氟外,副族元素的族數(shù)=最高能級(jí)組中的電子總數(shù),或 副族數(shù)s+d電子數(shù)10,32,副族元素的氧化態(tài),均能呈現(xiàn)多種,33,元素周期系的進(jìn)展前景,34,第三局部 元素根本性質(zhì)的周期性,元素的電負(fù)性,電離能,原子半徑,電子親合勢(shì),35,原子半徑,嚴(yán)格地講，由于電子云沒有邊界，原子半徑也就無肯定數(shù)。但人總會(huì)有方法的。迄今全部的原子半徑都是在結(jié)合狀態(tài)下測(cè)定的。,適用金屬元素,固體中測(cè)定兩個(gè)最鄰,近原子,的核間,距一半,金屬半徑,(,metallic

22、radius,),適用非金屬元素,測(cè)定單質(zhì)分子中兩個(gè)相鄰,原子的,核間距,一半,共價(jià)半徑,(,covalent radius,),36,31,原子半徑,A.共價(jià)半徑同種元素的兩個(gè)原子共價(jià)單鍵連接時(shí)，核間距的一半。,一般 單鍵半徑 雙鍵半徑 叁鍵半徑,B.金屬半徑嚴(yán)密積存的金屬晶體中以金屬鍵結(jié)合的同種原子核間距離的一半。,同一原子的金屬半徑要大于共價(jià)半徑 1015% 。,C.范德華半徑非鍵和原子之間只靠分子間的作用力相互接近時(shí)，兩原子的核間距的一半。,一般范德華半徑最大非鍵合，共價(jià)半徑最小軌道重疊，金屬半徑位中間嚴(yán)密積存,37,原子半徑在周期表中的變化,同周期中從左向右，在原子序數(shù)增加的過程中，

23、有兩個(gè)因素在影響原子半徑的變化, 核電荷數(shù) Z 增大，對(duì)電子吸引力增大，使得原子半徑 r 有減小的趨勢(shì)。, 核外電子數(shù)增加，電子之間排斥力增大，使得原子半徑 r 有增大的趨勢(shì)。,這是一對(duì)沖突， 以哪方面為主？,以 為主。即同周期中從左向右原子半徑減小。,只有當(dāng) d5，d10，f7，f14 半布滿和全布滿時(shí)，層中電子的對(duì)稱性較高，這時(shí) 占主導(dǎo)地位，原子半徑 r 增大。,38,短周期的主族元素，以第,3,周期為例,Mg,Na,Al,Si,P,S,Cl,Ar,r/pm 154 136 118 117 110 104 99 154,長(zhǎng)周期的過渡元素,，,以第,4,周期的第一過渡系列為例,Sc,Ti,V

24、,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Sc Ni，8 個(gè)元素，r 削減了 29 pm。相鄰元素之間，平均削減幅度 4 pm 許。,Na Cl，7 個(gè)元素，r 削減了 55 pm。相鄰元素之間，平均削減幅度 10 pm 許。,Ar 為范德華半徑， 所以比較大。,r/pm 144 132 122 118 117 117 116 115 117 125,39,短周期,主族元素，電子填加到外層軌道，對(duì)核的正電荷中和少，有效核電荷,Z*,增加得多。所以,r,減小的幅度大。,長(zhǎng)周期,過渡元素，電子填加到次外層軌道，對(duì)核的正電荷中和多，,Z*,增加得少，所以,r,減小的幅度小。,短周期主族元素原子半徑

25、平均削減幅度 10 pm ，長(zhǎng)周期的過渡元素平均削減幅度 4 pm 。造成這種不同的緣由是什么？,Cu，Zn 為 d10 構(gòu)造，電子斥力大， 所以 r 不但沒減小，反而有所增加。,Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,r/pm 144 132 122 118 117 117 116 115 117 125,試設(shè)想超長(zhǎng)周期的內(nèi)過渡元素，會(huì)是怎樣的狀況。,40,b鑭系收縮,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,15,種元素，,r,共減小,11 pm,。電子填到內(nèi)層,(n,2) f,軌道，屏蔽系數(shù)更大，,Z*,增加的幅度更小。所

26、以,r,減小的幅度很小。,r/pm,161 160 158 158 158 170 158,r/pm,169 165 164 164 163 162 185 162,Eu 4f7 6s2，f 軌道半布滿，Yb 4f14 6s2，f 軌道全布滿，電子斥力的影響占主導(dǎo)地位，原子半徑變大。,將,15,鑭系種元素，原子半徑共減小,11 pm,這一事實(shí)，稱為鑭系收縮。,41,K Ca Sc Ti V Cr,r/pm 203 174 144 132 122 118,Rb Sr Y Zr Nb Mo,r/pm 216 191 162 145 134 130,Cs Ba La Hf Ta W,r/pm 235

27、 198 169 144 134 130,鑭系收縮造成的影響,對(duì)于鑭系元素自身的影響，使 15 種鑭系元素的半徑相像，性質(zhì)相近，分別困難。,對(duì)于鑭后元素的影響，使得其次、第三過渡系的同族元素半徑相近，性質(zhì)相近，分別困難。,42,3-1 原子半徑在周期中的變化,在短周期中，從左往右隨著核電荷數(shù)的增加，原子核對(duì)外層電子的吸引作用也相應(yīng)地增加，使原子半徑漸漸縮小。,在長(zhǎng)周期中，自左向右原子半徑縮小程度不大。,43,同族中，從上到下，有兩種因素影響原子半徑的變化趨勢(shì), 核電荷 Z 增加很多，對(duì)電子吸引力增大， 使 r 減??；, 核外電子增多，增加一個(gè)電子層，使 r 增大。,主族元素,Li 123 pm

28、,Na 154 pm,K 203 pm,Rb 216 pm,Cs 235 pm,r,增大,在這一對(duì)沖突中， 起主導(dǎo)作用。同族中，從上到下，原子半徑增大。,(c),同族中元素原子半徑變化趨勢(shì),44,副族元素,Ti V Cr,r/pm 132 122 118,Zr Nb Mo,145 134 130,Hf Ta W,144 134 130,其次過渡系列比第一過渡系列原子半徑 r 增大 1213 pm。,第三過渡系列和其次過渡系列原子半徑 r 相近或相等。這是鑭系收縮的影響結(jié)果。,45,原子半徑在族中變化,在同一主族中，從上到下，隨著核電荷數(shù)增加，元素原子的電子層數(shù)增多，原子半徑增大。,副族元素的元

29、素半徑變化不明顯，特殊是第五、六周期的元素的原子半徑特別相近。這主要是由于鑭系收縮所造成的結(jié)果。,46,離子半徑,在離子晶體中，正負(fù)離子間的吸引作用和排斥作用達(dá)平衡時(shí)，使正、負(fù)離子間保持著肯定的平衡距離，這個(gè)距離叫核間距，結(jié)晶學(xué)上常以符號(hào)d表示。,離子半徑大致有如下的變化規(guī)律：,在周期表各主族元素中，由于自上而下電子層依次增多，所以具有一樣電荷數(shù)的同族離子的半徑依次增大。例如 Li+Na+K+Rb+Cs+,FClBrMg2+Al3+,假設(shè)同一元素能形成幾種不同電荷的正離子時(shí)，則高價(jià)離子的半徑小于低價(jià)離子的半徑。例如 rFe3+(60 pm) rFe2+(75 pm),負(fù)離子的半徑較大，正離子的

30、半徑較小。,周期表中處于相鄰族的左上方和右上方斜對(duì)角線上的正離子半徑近似相等。 例如 Li(60pm) Mg2(65 pm) Sc3(81pm) Zr4(80pm) Na+(95pm) Ca2+(99pm),離子半徑,48,32,電離能,定義：從氣態(tài)的基態(tài)原子中移去一個(gè)電子所需的最低能量，用焓的轉(zhuǎn)變量來表示,從氣態(tài)的一價(jià)正離子中移去一個(gè)電子的焓的轉(zhuǎn)變量,元素的第一電離勢(shì)越小，表示它越簡(jiǎn)潔失去電子，即該元素的金屬性越強(qiáng)。,49,50,電離能影響因素,原子核電荷同一周期即電子層數(shù)一樣，核電荷數(shù)越多、半徑越小、核對(duì)外層電子引力越大、越不易失去電子，電離勢(shì)越大。,原子半徑同族元素原子半徑越大、原子核對(duì)

31、外層電子的引力越小，越簡(jiǎn)潔失去電子，電離勢(shì)越小。,電子層構(gòu)造穩(wěn)定的8電子構(gòu)造同周期末層電離勢(shì)最大。,51,3,電離能與價(jià)態(tài)之間的關(guān)系,首先要明確，失去電子形成正離子后， 有效核電荷數(shù),Z*,增加，半徑,r,減小，故核對(duì)電子引力大，再失去電子更加不易。所以對(duì)于一種元素而言有,I,1, I,2, I,3, I,4, ,結(jié)論 電離能逐級(jí)加大。,分析以下數(shù)據(jù)，探討電離能與價(jià)態(tài)之間的關(guān)系。,I,1,I,2,I,3,I,4,I,5,I,6,Li 520 7289 11815,Be 900 1757 14849 21007,B 801 2427 3660 25026,C 1086 2353 4621 622

32、3 37830 47277,N 1402 2856 4578 7475 9445 53266,電離能,kJmol,-1,I,1,I,2,I,3,I,4,I,5,I,6,Li 520 7289 11815,Be 900 1757 14849 21007,B 801 2427 3660 25026,C 1086 2353 4621 6223 37830 47277,N 1402 2856 4578 7475 9445 53266,電離能,kJmol,-1,Li = 14.02,倍，擴(kuò)大,14,倍。,I,2,過大，不易生成,+ 2,價(jià)離子，所以鋰經(jīng)常以,+ 1,價(jià)態(tài)存在，形成,Li,+,。,Be =

33、 1.95,倍，,= 8.45,倍。,I,3,過大，不易生成,+ 3,價(jià)離子，所以鈹經(jīng)常以,+ 2,價(jià)態(tài)存在，形成,Be,2+,。,I,1,I,2,I,3,I,4,I,5,I,6,B 801 2427 3660 25026,C 1086 2353 4621 6223 37830 47277,N 1402 2856 4578 7475 9445 53266,電離能,kJmol,-1,B = 1.38,倍，,= 6.83,倍。,I,4,過大，所以,B ( IV ),不易形成，,B ( III ),是常見價(jià)態(tài)。,C = 1.35,倍，,= 6.08,倍。,I,5,過大，所以,C ( V ),不易形成

34、，,C ( IV ),是常見價(jià)態(tài)。,N = 1.26,倍，,= 5.67,倍。,I,6,過大，所以,N ( VI ),不易形成，,N ( V ),是常見價(jià)態(tài)。,54,變化規(guī)律,同一主族元素，從上向下，隨著原子半徑的增大，元素的第一電離勢(shì)依次減小。,在同一周期中元素的第一電離勢(shì)從左到右總趨勢(shì)上依次增大，金屬性減弱。,55,33,電子親合勢(shì),電子親合能 電子親合能(Y)是指氣態(tài)的基態(tài)原子獲得一個(gè)電子成為一價(jià)負(fù)離子所放出的能量：,具有最大電子親合能為Cl原子 ，鹵素的電子親合能最大 ，和鹵素相鄰的氧族元素，電子親合能也較大 。金Au對(duì)具有最高的電子親合能值,56,在周期、族中的變化規(guī)律,電子親合能隨

35、原子半徑的削減而增大。由于半徑減小，原子核對(duì)電子的引力增大。在周期中是按由左向右的方向增大，在族中是按由上向下的方向削減。,反?，F(xiàn)象是由于其次周期的氧、氟原子半徑很小，電子云密集程度很大，電子間排斥力很強(qiáng)，以致當(dāng)原子結(jié)合一個(gè)電子形成負(fù)離子時(shí)，由于電子間的相互排斥作用致使放出的能量削減。而第三周期的硫、氯原子半徑較大，并且有空的d 軌道可以容納電子，電子間的相互作用顯著就減小，因而當(dāng)原子結(jié)合電子形成負(fù)離子時(shí)放出的能量最大。,57,34,元素的電負(fù)性,LPauling定義電負(fù)性為“在一個(gè)分子中，一個(gè)原子將電子吸引到它自身的力量”。,58,在同一周期中，從左到右電負(fù)性遞增，元素的非金屬性漸漸增加；在

36、同一主族中，從上到下電負(fù)性遞減，元素的非金屬性減弱,右上方氟的電負(fù)性最大，非金屬性最強(qiáng)， 左下方銫的電負(fù)性最小，金屬性最強(qiáng)。,59,1962年N.Bartlett覺察強(qiáng)氧化劑PtF6可以氧化O2、形成鹽(O2)+PtF6，而 Xe的電離能和O2的電離能1. 18 M Jmol-1特別接近。據(jù)此，他將Xe和PtF6一起進(jìn)展反響，得到第一個(gè)稀有氣體化合物，接著還合成了XeF2和XeF4等，開拓了稀有氣體化合物的新領(lǐng)域?，F(xiàn)在，很多包含XeF、XeO、XeN和XeC鍵的什合物已制得。氪的電離能比氙略高一點(diǎn),60,假設(shè)將Xe和F、O比較，Xe電負(fù)性較低，可以形成氧化物和氟化物，Xe和C的電負(fù)性相近，在適

37、宜的條件下可以形成共價(jià)鍵,61,新包含XeC共價(jià)鍵的化合物 F5C6XeNCMe+(C6F5)2BF2MeCN正離子的構(gòu)造,62,KrF,，,KrF,Sb,2,F,11,和,CrOF,4,KrF,2,等也已經(jīng)得到,63,電負(fù)性大的元素通常是那些電子親和能大的元素(非金屬性強(qiáng)的元素),電負(fù)性小的元素通常是那些電離能小的元素(金屬性強(qiáng)的元素)。電負(fù)性與電離能和電子親和能之間確實(shí)存在某種聯(lián)系, 但并不意味著可以混用!,電離能和電子親和能用來爭(zhēng)論離子化合物形成過程中的能量關(guān)系,例如熱化學(xué)循環(huán);,電負(fù)性概念則用于爭(zhēng)論共價(jià)化合物的性質(zhì),例如對(duì)共價(jià)鍵極性的爭(zhēng)論。,64,原子性質(zhì)的周期性變化規(guī)律,原子性質(zhì),從

38、左到右,從上到下,原子半徑,減小,增大，第五、六周期接近（鑭系收縮）,電離能,增大，全滿半滿結(jié)構(gòu)稍大,減小，過渡元素略增，多處不規(guī)律,電子親和能,增大,減小，但,O,F,并非本族中最大值，這是由于半徑小，內(nèi)層電子排斥所致,電負(fù)性,增大,減小，,A,例外，副族不明顯,65,性質(zhì),從左到右,從上到下,單質(zhì)的金屬性,減弱,增強(qiáng),元素的氧化值,主族元素及,B,B,元素的最高氧化值族號(hào)數(shù),氫氧化物的酸堿性,酸性增強(qiáng),堿性增強(qiáng),原子性質(zhì)的周期性變化規(guī)律,66,其次周期元素的原子價(jià)層電子構(gòu)型為2s1,22p06，與其他周期同族元素相比，多數(shù)元素有特殊小的原子半徑和特殊高的電負(fù)性。局部有關(guān)數(shù)據(jù)如下：,其次周期

39、元素的特殊性,元素周期表從總體上描述了元素及其化合物的性質(zhì)隨原子序數(shù)的遞增呈現(xiàn)出周期性的變化。但是，其中也有一些“反常性”。其次周期元素的特殊性就是這種不規(guī)律性的表現(xiàn)之一?，F(xiàn)概括如下：,67,Li,Be,B,C,N,O,F,r,a,pm,152,111,88,77,70,66,64,X,0,.,98,1,.,57,2,.,04,2,.,55,3,.,04,3,.,44,3,.,98,Na,Mg,Al,Si,P,S,Cl,r,a,pm,186,160,143,117,110,104,99,X,0,.,93,1,.,3l,1,.,6l,1,.,90,2,.,19,2,.,58,3,.,16,K,C

40、a,Ga,Ge,As,Se,Br,r,a,pm,227,197,122,122,121,117,114,X,0.82,1.00,1.81,2.01,2.18,2.55,2.96,68,由于其次周期元素原子只有4個(gè)價(jià)層原子軌道(2s，2p)，因此，這些元素形成化合物時(shí)，配位數(shù)一般不超過4。如氮只能形成NCl3，而磷可以形成PCl3和PCl5(P有可用于成鍵的d軌道)。,由于半徑小，,C,，,N,，,O,能形成雙鍵和叁鍵，而,Si,，,P,，,S,卻難于,(,或不能,),形成重鍵。例如，,H,2,C,CH,2,，,HC,三,CH,，,N,三,N,，,O O,，,P,4,和,S,8,中只有單鍵,N,

41、，,O,，,F,的單鍵鍵能分別小于,P,，,S,，,Cl,的單鍵鍵能：,69,N,N,(N,2,H,4,中,),O,O(H,2,0,2,中,),F,F,B,H,m,/(,kJ,mol,-1,),159,142,141,P,P(P,4,中,),S,S(H,2,S,2,中,),Cl,Cl,B,H,m,/(,kJ,mol,-1,),209,264,199,70,其次周期p區(qū)元素除個(gè)別化合物(如氫化物)外，其他化合物的fHm ，fGm 均大于第三周期同族元素的相應(yīng)化合物的fHm ，fGm ?？梢源致缘匾詅Hm ，fGm 來比較同類化合物的穩(wěn)定性，fHm ，fGm越大的化合物越不穩(wěn)定。,71,很多其次周

42、期p區(qū)元素的化合物穩(wěn)定性比第三周期相應(yīng)化合物的穩(wěn)定性差。如大家生疏的HNO3 ，H2CO3均易分解，而H3PO4 , H2SiO3卻是穩(wěn)定的。另外，硝酸有氧化性，而磷酸則沒有；C化合物雖然沒有明顯的氧化性，但和硅相比，C()較簡(jiǎn)潔轉(zhuǎn)化為C()。,72,END,人有了學(xué)問，就會(huì)具備各種分析力量，,明辨是非的力量。,所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，,古人說“書中自有黃金屋。,”通過閱讀科技書籍，我們能豐富學(xué)問，,培育規(guī)律思維力量；,通過閱讀文學(xué)作品，我們能提高文學(xué)鑒賞水平，,培育文學(xué)情趣；,通過閱讀報(bào)刊，我們能增長(zhǎng)見識(shí)，擴(kuò)大自己的學(xué)問面。,有很多書籍還能培育我們的道德情操，,給我們巨大的精神力氣，,鼓舞我們前進(jìn)。,