《無機(jī)及分析化學(xué)》教材配套PPT課件

無機(jī)及分析化學(xué)教材配套PPT課件,無機(jī)及分析化學(xué),無機(jī),分析化學(xué),教材,配套,PPT,課件 3 3.1.1 原子核外電子的運(yùn)動狀態(tài)原子核外電子的運(yùn)動狀態(tài)3 3.2.2 原子原子核外電子排布與元素周期律核外電子排布與元素周期律3 3.3.3 元素性質(zhì)的周期性元素性質(zhì)的周期性第三章第三章 原子結(jié)構(gòu)和元素周期表原子結(jié)構(gòu)和元素周期表1學(xué)習(xí)要求1理解原子核外電子運(yùn)動的特性；了解波函數(shù)表達(dá)的意義；2.掌握四個(gè)量子數(shù)的符號和表示的意義及其取值規(guī)律；理解原子軌道和電子云的角度分布圖。3掌握核外電子排布原則及方法；掌握常見元素的電子結(jié)構(gòu)式；4.理解核外電子排布和元素周期系之間的關(guān)系；了解有效核電荷、電離能、電子親合能、電負(fù)性、原子半徑的概念。2物質(zhì)的各種性質(zhì)都與其結(jié)構(gòu)相關(guān)物質(zhì)的各種性質(zhì)都與其結(jié)構(gòu)相關(guān)世界是物質(zhì)的，是由種類繁多、性質(zhì)各異的物質(zhì)組成的。上一章已從宏觀宏觀角度討論了化學(xué)變化中質(zhì)量、能量變化的關(guān)系。而從微觀微觀的角度上看，化學(xué)變化的實(shí)質(zhì)是物質(zhì)的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。在化學(xué)變化中，原子核并不發(fā)生變化原子核并不發(fā)生變化，只是核外電子運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生了改變。因此有必要了解原子結(jié)構(gòu)，特別是原子的電子層結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識。33.1 原子核外電子的運(yùn)動狀態(tài) 3.1.1原子的組成自然界中萬物皆由化學(xué)元素組成。上個(gè)世紀(jì)40年代，人們已發(fā)現(xiàn)了自然界存在的全部92種化學(xué)元素，加上用粒子加速器人工制造的化學(xué)元素，到二十世紀(jì)末總數(shù)已達(dá)112種。物質(zhì)由分子組成，分子由原子組成，原子還可以進(jìn)一步分割。人們對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，也證明了物質(zhì)是無限可分的辯證唯物主義觀點(diǎn)。41911年盧瑟福通過粒子的散射實(shí)驗(yàn)提出了含核原子模型（稱盧瑟福模型）：原原子子是是由由帶帶負(fù)負(fù)電電荷荷的的電電子子與與帶帶正正電電荷荷的的原原子子核核組組成成。原子是電中性的。原子核也具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，它由帶正電荷的質(zhì)子和不帶電荷的中子組成。Rutherford核原子模型5電電子子、質(zhì)質(zhì)子子、中中子子等等稱稱為為基基本本粒粒子子。原原子子很很小小，基基本本粒粒子子更更小小，但但是是它它們都有確定的質(zhì)量與電荷。們都有確定的質(zhì)量與電荷。6 在在化化學(xué)學(xué)變變化化中中，原原子子核核并并不不發(fā)發(fā)生生變變化化，而而只只是是核核外外電電子子運(yùn)運(yùn)動動狀狀態(tài)態(tài)發(fā)發(fā)生生了了改改變變。因因此此要要深深入入理理解解化化學(xué)學(xué)反反應(yīng)應(yīng)的的本本質(zhì)質(zhì)，了了解解物物質(zhì)質(zhì)的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)與與性性質(zhì)質(zhì)的的關(guān)關(guān)系系，預(yù)預(yù)測測新新物物質(zhì)質(zhì)的的合合成成等等，首首先先必必須須了了解解原原子子結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，特特別別是是原原子子的的電電子子層層結(jié)構(gòu)的知識。結(jié)構(gòu)的知識。7核核素素:具具有有一一定定數(shù)數(shù)目目的的質(zhì)質(zhì)子子和和中中子子的的原原子子(即即具具有有一定的原子核的元素一定的原子核的元素)。元素元素:具有相同質(zhì)子數(shù)的同一類原子。具有相同質(zhì)子數(shù)的同一類原子。同位素同位素:同一元素的不同核素。同一元素的不同核素。例例如如氫氫元元素素有有11H(氕氕)、12H(氘氘)、13H(氚氚)3種種同同位位素，氘、氚是制造氫彈的材料。素，氘、氚是制造氫彈的材料。元素鈾元素鈾(U)有有 、三種同位素，其中三種同位素，其中是制造原子彈的材料和核反應(yīng)堆的燃料。是制造原子彈的材料和核反應(yīng)堆的燃料。8原原子子質(zhì)質(zhì)量量數(shù)數(shù)，用用符符號號A表表示示，中中子子數(shù)數(shù)用用符符號號N表表示，質(zhì)子數(shù)用符號示，質(zhì)子數(shù)用符號Z表示，則：表示，則：質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù)(A)=質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù)(Z)+中子數(shù)中子數(shù)(N)核電荷數(shù)由質(zhì)子數(shù)決定：核電荷數(shù)由質(zhì)子數(shù)決定：核電荷數(shù)核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)核外電子數(shù)歸歸納納起起來來，用用符符號號 表表示示一一個(gè)個(gè)質(zhì)質(zhì)量量數(shù)數(shù)為為A，質(zhì)質(zhì)子子數(shù)數(shù)為為Z的的原原子子，那那么么構(gòu)構(gòu)成成原原子子的的粒粒子子間間的的關(guān)系為：關(guān)系為：93.1.2 微觀粒子微觀粒子(電子電子)的運(yùn)動特征的運(yùn)動特征 與與宏宏觀觀物物體體相相比比，分分子子、原原子子、電電子子等等物物質(zhì)質(zhì)稱稱為微觀粒子。為微觀粒子。運(yùn)運(yùn)動動規(guī)規(guī)律律有有別別于于宏宏觀觀物物體體，有有其其自自身身特特有有的的運(yùn)運(yùn)動動特特征征和和規(guī)規(guī)律律，即即波波粒粒二二象象性性，體體現(xiàn)現(xiàn)在在量量子子化化及統(tǒng)計(jì)性。及統(tǒng)計(jì)性。101微觀粒子的波粒二象性微觀粒子的波粒二象性 光的波粒二象性光的波粒二象性 1718世紀(jì)一直在爭論光的本質(zhì)是波是波還是微粒還是微粒的問題。v光的干涉、衍射現(xiàn)象表現(xiàn)出光的波動性波動性v光壓、光電效應(yīng)則表現(xiàn)出光的粒子性粒子性說明光既具有波的性質(zhì)又具有微粒的性質(zhì)，稱為光的波粒二象性(wave-particle dualism)。11根據(jù)愛因斯坦提出的質(zhì)能聯(lián)系定律：E=mc2 (3-1)c=2.998108ms1，光速。光子的能量與光波的頻率 成正比：E=h (3-2)h=6.626 1034Js，普朗克(M.Planck)常量12借助(3-1)、(3-2)兩式，將兩種性質(zhì)合二為一：c=(3-3)光的波粒二象性可表示為：mc=E/c=h/c p=h/(3-4)p為光子的動量。13德布羅依波德布羅依波 法國物理學(xué)家德布羅依在光的波粒二象性啟發(fā)下，于1924年大膽假設(shè)微觀離子的波粒二象性是一種具有普遍意義的現(xiàn)象。認(rèn)為不僅光具有波粒二象性，所有微觀離子，如電子、原子等實(shí)物粒子也具有波粒二象性。141927年，德布羅依的假設(shè)為戴維遜(Davisson C J)和蓋革(Geiger H)的電子衍射實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。電子等實(shí)物粒子也具有波粒二象性電子等實(shí)物粒子也具有波粒二象性。15進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證明，不僅電子，其他如質(zhì)子、中子、原子等一切微觀離子均具有波動性。由此可見，波粒二象性是微觀離子運(yùn)動的特征。因而描述微觀粒子的運(yùn)動不能用經(jīng)典的牛頓力學(xué)，而必須用描述微觀世界的量子力學(xué)。162.量子化量子化太陽發(fā)出的白光，通過三角棱鏡的分光作用，可分出紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等波長的光譜，這種光譜叫連續(xù)光譜連續(xù)光譜。氣體原子（離子）受激發(fā)后則產(chǎn)生不同種類的光線，這種光經(jīng)過三角棱鏡分光后，得到分立的、彼此間隔的線狀光譜線狀光譜，原子光譜為不連續(xù)光譜不連續(xù)光譜。任何原子被激發(fā)后都能產(chǎn)生原子光譜，光譜中每條譜線表征光的相應(yīng)波長和頻率。17原子中電子的能量狀態(tài)不是任意的，而是有一定條件的，它具有微小而分立的能量單位量子(h)。換言之換言之：物質(zhì)吸收或放出能量就象物質(zhì)微粒物質(zhì)吸收或放出能量就象物質(zhì)微粒一樣，只能以單個(gè)的、一定分量的能量，一樣，只能以單個(gè)的、一定分量的能量，一份一份地按照這一基本分量一份一份地按照這一基本分量(h)的倍數(shù)的倍數(shù)吸收或放出能量吸收或放出能量，即能量是量子化的能量是量子化的。183.統(tǒng)計(jì)性統(tǒng)計(jì)性測不準(zhǔn)原理測不準(zhǔn)原理 在經(jīng)典力學(xué)中，宏觀物體在任一瞬間的位置和動量都可以用牛頓定律正確測定。如太空中的衛(wèi)星，換言之，它的運(yùn)動軌道是可測知的，即可以描繪出物體的運(yùn)動軌跡(軌道)。而對具有波波粒粒二二象象性性的的微微粒粒，它它們們的的運(yùn)運(yùn)動動并并不不服服從從牛牛頓頓定定律律，不不能能同同時(shí)時(shí)準(zhǔn)準(zhǔn)確確測測定定它們的速度和位置它們的速度和位置。19 1927年，海森堡(Heisenberg W)經(jīng)嚴(yán)格推導(dǎo)提出了測不準(zhǔn)原理：電子在核外空間所處的位置(以原子核為坐標(biāo)原點(diǎn))與電子運(yùn)動的動量兩者不能同時(shí)準(zhǔn)確地測定。因此，也就無法描繪出電子運(yùn)動的軌跡來。20 微觀粒子的運(yùn)動規(guī)律可以用量子力學(xué)中的統(tǒng)計(jì)方法來描述。如以原子核為坐標(biāo)原點(diǎn)，電子在核外定態(tài)軌道上運(yùn)動，雖然我們無法確定電子在某一時(shí)刻會在哪一處出現(xiàn)，但是電子在核外某處出現(xiàn)的概率大小卻不隨時(shí)間改變而變化，電子云就是形象地用來描述概率的一種圖示方法。21圖為氫原子處于能量最低的狀態(tài)時(shí)的電子云，圖中黑點(diǎn)的疏密程度表示概率密度的相對大小。由圖可知：離核愈近，離核愈近，概率密度愈大概率密度愈大；反之，離核愈遠(yuǎn)，概率密度愈小。22綜上所述，微觀粒子運(yùn)動的主要特征是具有波粒二象性，具體體現(xiàn)在量子化量子化和統(tǒng)計(jì)性統(tǒng)計(jì)性上。233.1.3核外電子運(yùn)動狀態(tài)描述核外電子運(yùn)動狀態(tài)描述 因?yàn)槲⒂^粒子的運(yùn)動具有波粒二象性的特征，所以核外電子的運(yùn)動狀態(tài)不能用經(jīng)典的牛頓力學(xué)來描述，而要用量子力學(xué)來描述，以電子在核外出現(xiàn)的概率密度、概率分布來描述電子運(yùn)動的規(guī)律。241.1.薛定諤方程薛定諤方程1926年，奧地利物理學(xué)家薛定諤(E.Schrodinger)根據(jù)電子具有波粒二象性的概念，提出了微觀粒子運(yùn)動的波動方程：波函數(shù) h：普朗克常數(shù) m：粒子質(zhì)量E：總能量 V：體系的勢能 x、y、z：空間坐標(biāo)252.2.波函數(shù)波函數(shù)()與電子云與電子云(2)為了有利于薛定諤方程的求解和原子軌道的表示，把直角坐標(biāo)(x,y,z)變換成球極坐標(biāo)(r,)，其變換關(guān)系見圖3-1。圖圖3 3-1 1直直角角坐坐標(biāo)標(biāo)與與球球極極坐坐標(biāo)標(biāo)的的關(guān)關(guān)系系 26 解薛定諤方程得到的波函數(shù)不是一個(gè)數(shù)值，而是用來描述波的數(shù)學(xué)函數(shù)式(r,)，函數(shù)式中含有電子在核外空間位置的坐標(biāo)r,的變量。處于每一定態(tài)(即能量狀態(tài)一定)的電子就有相應(yīng)的波函數(shù)式。27本身沒有明確的物理意義。只能說 是描述核是描述核外電子運(yùn)動狀態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)式外電子運(yùn)動狀態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，電子運(yùn)動的規(guī)律受它控制。波函數(shù)波函數(shù) 絕對值的平方卻有明確的物理意義絕對值的平方卻有明確的物理意義。它代表核外空間某點(diǎn)電子出現(xiàn)的概率密度代表核外空間某點(diǎn)電子出現(xiàn)的概率密度。量子力學(xué)原理指出：在核外空間某點(diǎn)p(r,)附近微體積d 內(nèi)電子出現(xiàn)的概率dp為dp=2d (3-11)所以 2表示電子在核外空間某點(diǎn)附近單位微體積內(nèi)出現(xiàn)的概率，即概率密度概率密度。283.量子數(shù)量子數(shù)在求解薛定鍔方程時(shí)，為使求得波函數(shù)(r,)和能量E具有一定的物理意義，引入“量子數(shù)量子數(shù)”這個(gè)概念。量量子子數(shù)數(shù)：表示原子內(nèi)部電子活動的能量、角動量、等的一組正數(shù)或半整數(shù)。量子數(shù)分為主量子數(shù)n、角量子數(shù)l、磁量子數(shù)m和自旋量子數(shù)ms。29(1)主量子數(shù)主量子數(shù)(n)在同一原子內(nèi)，具有相同主量子數(shù)的電子，可看作構(gòu)成一個(gè)核外電子“層”。n可取的數(shù)為1，2，3，4，目前只到7，分別表示為K,L,M,N,O,P,Qn值愈大，電子離核愈遠(yuǎn)，能量愈高。由于n只能取正整數(shù)，所以電子的能量是量子化的。30(2)軌道軌道角動量量子數(shù)角動量量子數(shù)(l)具有相同l值的可視為處于同一“亞層亞層”。l可取的數(shù)為0，1，2，(n 1)，共可取n個(gè)，在光譜學(xué)中分別用符號s，p，d，f，表示，相應(yīng)為s亞層和p亞層、s電子和p電子之稱。l反映電子在核外出現(xiàn)的概率密度(電子云)分布隨角度(,)變化的情況，即決定電決定電子云的形狀子云的形狀。在多電子原子中，當(dāng)n相同時(shí)，不同的角量子數(shù)l（即不同的電子云形狀）也影響電子的能量大小也影響電子的能量大小。31(3)磁量子數(shù)磁量子數(shù)(m)m值反映電子云在空間的伸展方向。m可取的數(shù)值為0，1，2，3，l，共可取2l+1個(gè)值。例：當(dāng)l=0時(shí)，按量子化條件m只能取0，即s電子云在空間只有球狀對稱的一種取向，表明s亞層只有一個(gè)軌道；當(dāng)l=1時(shí)，m依次可取1，0，+1三個(gè)值，表示p電子云在空間有互成直角的三個(gè)伸展方向，分別以px、py、pz表示，即p亞層有三個(gè)軌道。d、f電子云分別有5、7個(gè)取向，有5、7個(gè)軌道。32同一亞層內(nèi)的原子軌道其能量是相同的，稱等等價(jià)價(jià)軌軌道道或簡簡并并軌軌道道。但在磁場作用下，能量會有微小的差異，因而其線狀光譜在磁場中會發(fā)生分裂。當(dāng)一組合理的量子數(shù)n、l、m確定后，電子運(yùn)動的波函數(shù) 也隨之確定，該電子的能量、核外的概率分布也確定了。通常將原子中單電子波函數(shù)稱為原子軌道原子軌道。33(4)(4)自旋量子數(shù)自旋量子數(shù)(ms)用高分辨率的光譜儀在無外磁場的情況下,可觀察到氫原子光譜有分裂現(xiàn)象，說明電子運(yùn)動應(yīng)該有兩種不同的狀態(tài)。為了解釋這一現(xiàn)象而提出第四個(gè)量子數(shù)自旋量子數(shù)：ms。原原因因：電子除繞核運(yùn)動外，自身還做自旋運(yùn)動。用自旋量子數(shù)ms=+1/2或ms=1/2分別表示電子的兩種不同的自旋運(yùn)動狀態(tài)。通常圖示用箭頭、符號表示。34總結(jié)總結(jié):主量子數(shù)n和角量子數(shù)l決定核外電子的能量核外電子的能量；角動量子數(shù)l還決定電子云的形狀電子云的形狀；磁量子數(shù)m決定電子云的空間取向電子云的空間取向；自旋量子數(shù)ms決定電子運(yùn)動的自旋狀態(tài)電子運(yùn)動的自旋狀態(tài)。根據(jù)四個(gè)量子數(shù)可以確定核外電子的運(yùn)動狀態(tài)。353.1.4 原子軌道和電子云的圖像原子軌道和電子云的圖像波函數(shù) n,l,m(r,)通過變量分離可表示為n,l,m=Rn,l(r)l,m(,)(3-12)波函數(shù) n,l,m即所謂的原子軌道原子軌道的徑向部分Rn,l(r):只與離核半徑有關(guān)。原子軌道的角度部分l,m(,):只與角度有關(guān)。361.1.原子軌道的角度分布圖原子軌道的角度分布圖原子軌道角度分布圖表示波函數(shù)的角度部分l,m(,)隨 和 變化的圖象。由于波函數(shù)的角度部分Yl,m(,)只與角量子數(shù)l和磁量子數(shù)m有關(guān)，因此，只要量子數(shù)l、m相同，其l,m(,)函數(shù)式就相同，就有相同的原子軌道角度分布圖。37S p d 原子軌道的角度分布382.2.電子云的角度分布圖電子云的角度分布圖電子云角度分布圖是波函數(shù)角度部分函數(shù)Y(,)的平方Y(jié) 2隨、角度變化的圖形，反映出電子在核外空間不同角度的概率密度大小。電子云的角度分布圖與相應(yīng)的原子軌道的角度分布圖是相似的，它們之間的主要區(qū)別在于：原子軌道角度分布圖中Y有正、負(fù)之分，而電子云角度分布圖中Y 2則無正、負(fù)號；由于Y 1時(shí)，Y 2一定小于Y，因而電子云角度分布圖要比原子軌道角度分布圖稍“瘦”些。39S p d 電子云的角度分布40s軌道和p軌道電子云分布41d軌道電子云分布423.2 原子核外電子排布與元素周期律原子核外電子排布與元素周期律氫原子和類氫原子核外只有一個(gè)電子，它只受到核的吸引作用，其波動方程可精確求解，其原子軌道的能量只取決于主量子數(shù)n，在主量子數(shù)n相同的同一電子層內(nèi)，各亞層的能量相等。如E2s=E2p，E3s=E3p=E3d,等等。在多電子原子中，電子不僅受核的吸引，電子與電子之間還存在相互排斥作用，相應(yīng)的波動方程就不能精確求解，電子的能量不僅取決于主量子數(shù)n，還與角量子數(shù)l有關(guān)。433.2.1 核外電子排布規(guī)則核外電子排布規(guī)則鮑林近似能級圖鮑林近似能級圖Pauling根據(jù)光譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及理論計(jì)算結(jié)果，把原子軌道能級按從低到高分為7個(gè)能級組。44l角量子數(shù)l相同時(shí)，原子軌道的能量隨著主量子數(shù)n值增大而升高：E1s E2 s E3 s l主量子數(shù)n相同，軌道能量隨著角量子數(shù)l值的增大而升高：En s En p En d En f l主量子數(shù)n和角量子數(shù)l都不同則有能級交錯(cuò)現(xiàn)象：E4 s E3d E4 pE5 s E4 d E5 p E6 s E4 f E5 d E6 p452.核外電子排布核外電子排布的一般的一般規(guī)則規(guī)則 了解核外電子的排布，有助于對元素性質(zhì)周期性變化規(guī)律的理解，以及對元素周期表結(jié)構(gòu)和元素分類本質(zhì)的認(rèn)識。在已發(fā)現(xiàn)的112種元素中，除氫以外的原子都屬于多電子原子。多電子原子核外電子的排布遵循以下原則：461.Pauli不相容原理不相容原理一個(gè)原子軌道中最多只能容納兩個(gè)自旋方向相反的電子2.能量最低原則能量最低原則在不違反Pauli原理前提下盡可能使體系能量為最低3.Hund規(guī)則規(guī)則在等價(jià)軌道上電子將盡可能以相同自旋方向分占不同的軌道4.等價(jià)軌道中電子處于全空、半空或全滿狀態(tài)時(shí)能量較低 （Hund規(guī)則特例規(guī)則特例）47泡利不相容原理泡利不相容原理1925年，PauliPauli指出：指出：在同一個(gè)原子中在同一個(gè)原子中,不允許兩個(gè)電子的四個(gè)量不允許兩個(gè)電子的四個(gè)量子數(shù)完全相同子數(shù)完全相同。即，同一個(gè)原子軌道最多只能容納兩個(gè)電子，且自旋相反。根據(jù)泡利泡利原理，原理，s軌道可容納軌道可容納2個(gè)電子，個(gè)電子，p、d、f軌道依次最多可容納軌道依次最多可容納 6、10、14個(gè)電子，個(gè)電子，每每個(gè)電子層內(nèi)允許徘布的電子數(shù)最多為個(gè)電子層內(nèi)允許徘布的電子數(shù)最多為2 2n n2 2個(gè)。個(gè)。48能量最低原理能量最低原理在在不違反不違反PauliPauli原理前提下，電子在原子軌道原理前提下，電子在原子軌道上的排布，必須使整個(gè)原子的能量最低上的排布，必須使整個(gè)原子的能量最低。多電子原子基態(tài)的核外電子排布盡量優(yōu)先占據(jù)能量最低的軌道。即從能量低的軌道開始填。49洪特規(guī)則洪特規(guī)則 當(dāng)當(dāng)電電子子在在等等價(jià)價(jià)軌軌道道（能能量量相相同同軌軌道道）上上分分布時(shí)，將盡可能分占等價(jià)軌道，且自旋相同。布時(shí)，將盡可能分占等價(jià)軌道，且自旋相同。C C原原子子的的兩兩個(gè)個(gè)電電子子在在三三個(gè)個(gè)能能量量相相同同的的2 2p p軌軌道道上分布時(shí)，分布方式為上分布時(shí)，分布方式為I I，而不是而不是IIII或或IIIIII等價(jià)軌道中電子處于全空、半空或全滿狀等價(jià)軌道中電子處于全空、半空或全滿狀態(tài)時(shí)能量較低態(tài)時(shí)能量較低50能級組中的軌道和電子能級組中的軌道和電子51核核外外電電子子排排布布規(guī)規(guī)則則523.電子排布式與電子構(gòu)電子排布式與電子構(gòu)型型7N的核外電子排布電子構(gòu)型（電子組態(tài)、電子結(jié)構(gòu)式):1s22s22p3 軌道排布式:53常把電子排布已達(dá)到稀有氣體結(jié)構(gòu)的內(nèi)層，以稀有氣體元素符號加方括號(稱原原子子實(shí)實(shí))表示。如鈉原子的電子構(gòu)型1s22s22p63s1可表示為Ne3s1。原子實(shí)以外的電子排布稱外層電子構(gòu)型外層電子構(gòu)型。必必須須注注意意，雖然原子中電子是按近似能級圖由低到高的順序填充的，但在書寫原子的電子構(gòu)型時(shí)，外層電子構(gòu)型應(yīng)按(n 2)f、(n 1)d、ns、np的順序書寫。當(dāng)原子失去電子成為陽離子時(shí)，其電子是按npns(n-1)d(n-2)f的順序失去電子的。如Fe2+的電子構(gòu)型為Ar3d64s0，而不是Ar3d44s2。5422Ti電子構(gòu)型為 Ar 3d24s2；24Cr 電子構(gòu)型為 Ar3d54s1；29Cu電子構(gòu)型為 Ar 3d104s1；64Gd電子構(gòu)型為 Xe4f75d16s2；82Pb電子構(gòu)型為 Xe 4f 145d106s26p2 55核外電子的排布實(shí)例核外電子的排布實(shí)例 A 11Na 1S22S22P63S1 19K 1S22S22P63S23P64S1 不是不是3d1 鉀和鈉具有相似性質(zhì)，填布符合元素周期鉀和鈉具有相似性質(zhì)，填布符合元素周期系的規(guī)律系的規(guī)律由于內(nèi)層填滿后都一樣，故常僅填最外層價(jià)電子，如K 4S1 (外層電子排布式外層電子排布式)56核外電子的排布實(shí)例核外電子的排布實(shí)例 B124Cr 3d54S1 而非而非 3d44S2229Cu 3d10 4S1而非而非 3d9 4S2 因?yàn)橐驗(yàn)?)全滿、全空、半滿時(shí)能量最低。全滿、全空、半滿時(shí)能量最低。2)按主量子數(shù)填寫能級順序。按主量子數(shù)填寫能級順序。(3d4s非非4s3d)3)外層電子排布式按周期表中位置填寫，且外層電子排布式按周期表中位置填寫，且填完整填完整 Cr 3d54S1 而非而非 4S1 57價(jià)電子層與未成對電子價(jià)電子層與未成對電子價(jià)電子層價(jià)電子層最外層最外層未成對電子未成對電子獨(dú)自占據(jù)一個(gè)軌道的電子獨(dú)自占據(jù)一個(gè)軌道的電子 24Cr 3d54S1 價(jià)電子層中填有6個(gè)電子,未成對電子數(shù)6 26Fe 3d64S2 價(jià)電子層中填有8個(gè)電子,未成對電子數(shù)4583.2.2 電子層結(jié)構(gòu)與元素周期律電子層結(jié)構(gòu)與元素周期律1.1.能級組與元素周期能級組與元素周期 常用的是長式周期表,它將元素分為7個(gè)周期?；鶓B(tài)原子填有電子的最高能級組序數(shù)與原子所處周期數(shù)相同，各能級組能容納的電子數(shù)等于相應(yīng)周期的元素?cái)?shù)目。59 周期 周期名稱 能級組 電子填充次序 元素 元素個(gè)數(shù) 1 特短周期 1 1s12 1H 2He 2 2 短周期 2 2s12 2p16 3Li 10Ne 8 3 短周期 3 3s12 3p16 11Na 18Ar 8 4 長周期 4 4s12 3d1104p16 19K 36Kr 18 5 長周期 5 5s12 4d1105p16 37Rb 54Xe 18 6 特長周期 6 6s12 4f 114 5d110 6p16 55Cs 86Rn 32 7 未完全周期 7 7s12 5f 114 6d17 87Fr 未完表3-6 能級組與周期的關(guān)系602.2.價(jià)電子構(gòu)型與周期表中族的劃分價(jià)電子構(gòu)型與周期表中族的劃分價(jià)價(jià)電電子子構(gòu)構(gòu)型型 價(jià)電子是原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)易參與形成化學(xué)鍵的電子，價(jià)電子層的電子排布稱價(jià)電子構(gòu)型。主族元素：其價(jià)電子構(gòu)型為最外層電子構(gòu)型(nsnp)；副族元素：其價(jià)電子構(gòu)型不僅包括最外層的s電子，還包括(n1)d亞層甚至(n2)f亞層的電子。61在周期表中12列和1318列共8列為主族元素，以符號A A(A也稱零族)表示。元素的最后一個(gè)電子填入ns或np亞層上，價(jià)電子總數(shù)等于族數(shù)。如元素7N，電子結(jié)構(gòu)式為1s22s22p3，最后一個(gè)電子填入2p亞層，價(jià)電子總數(shù)為5，因而是A元素。其中A元素為稀有氣體，最外電子層均已填滿，達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。主族元素主族元素 62副族元素副族元素即BB，其中B族(也稱族)元素有3列共9個(gè)元素。副族元素也稱過渡元素。B、B副族元素的族數(shù)等于最外層s電子的數(shù)目，BB副族元素的族數(shù)等于最外層s電子和次外層(n1)d亞層的電子數(shù)之和，即價(jià)電子數(shù)。如元素22Ti，其價(jià)電子構(gòu)型為3d24s2，價(jià)電子數(shù)為4，因而是B元素。B的情況特殊，其價(jià)電子數(shù)分別為8、9或10。第六周期元素從58Ce(鈰)到71Lu(镥)共14個(gè)元素稱鑭系元素，并用符號Ln表示。633.3.價(jià)電子構(gòu)型與元素分區(qū)價(jià)電子構(gòu)型與元素分區(qū)根據(jù)元素的價(jià)電子構(gòu)型不同，可以把周期表中元素所在的位置分為s，p，d，ds，f五個(gè)區(qū)。643.3 原子性質(zhì)的周期性原子性質(zhì)的周期性1.1.有效核電荷有效核電荷(Z)屏屏蔽蔽效效應(yīng)應(yīng) 多電子原子中，電子除受到原子核的吸引外，還受到其它電子的排斥，其余電子對指定電子的排斥作用可看成是抵消部分核電荷的作用，從而削弱了核電荷對某電子的吸引力，即使作用在某電子上的有效核電荷下降。這種抵消部分核電荷的作用叫屏蔽效應(yīng)屏蔽效應(yīng)。65對主族元素，從左到右隨著核電荷的遞增有效核電荷Z*明顯增大，因?yàn)楹穗姾稍黾?，屏蔽常數(shù)只增加0.35；對過渡元素由于電子填充在(n1)層，屏蔽常數(shù)明顯增大，所以有效核電荷的遞增不如主族元素明顯；而鑭系元素電子填充在(n2)層，核電荷的遞增幾乎與屏蔽常數(shù)抵消。第三周期NaMgAlSiPSCl Z*2.202.853.504.154.805.456.10第一過渡系第一過渡系ScTiVCrMnFeCo Z*3.00 3.153.302.953.603.753.90鑭 系 LaCePrNdPmSmEuGdZ*3.003.002.852.852.852.852.8566元素有效核電荷呈現(xiàn)的周期性變化，體現(xiàn)了原子核外電子層的周期性變化，也使得元素的許多基本性質(zhì)如原子半徑、電離能、電子親和能、電負(fù)性等呈現(xiàn)周期性的變化。672.2.原子半徑原子半徑根據(jù)量子力學(xué)的觀點(diǎn)，原子中的電子在核外運(yùn)動并無固定軌跡，電子云也無明確的邊界，因此原子并不存在固定的半徑。但是，現(xiàn)實(shí)物質(zhì)中的原子總是與其它原子為鄰的，如果將原子視為球體，那么兩原子的核間距離即為兩原子球體的半徑之和。常將此球體的半徑稱為原子半徑(r)。根據(jù)原子與原子間作用力的不同，原子半徑的數(shù)據(jù)一般有三種：共價(jià)半徑、金屬半徑和范德華半徑。68共共價(jià)價(jià)半半徑徑 同種元素的兩個(gè)原子以共價(jià)鍵結(jié)合時(shí)，它們核間距的一半稱為該原子的共價(jià)半徑。例如Cl2分子，測得兩Cl原子核間距離為198pm，則其共價(jià)半徑為rCl=99pm。金金屬屬半半徑徑 金屬晶體中相鄰兩個(gè)金屬原子的核間距的一半稱為金屬半徑。范范德德華華半半徑徑 當(dāng)兩個(gè)原子只靠范德華力(分子間作用力)互相吸引時(shí)，它們核間距的一半稱為范德華半徑。如稀有氣體均為單原子分子，形成分子晶體時(shí)，分子間以范德華力相結(jié)合，同種稀有氣體的原子核間距的一半即為其范德華半徑。69原子半徑的周期性原子半徑的周期性原子半徑的大小主要取決于原子的有效核電荷和核外電子層結(jié)構(gòu)。同一主族元素原子半徑從上到下逐漸增大。副族元素的原子半徑從上到下遞變不是很明顯；第一過渡系到第二過渡系的遞變較明顯；而第二過渡系到第三過渡系基本沒變，這是由于鑭系收縮鑭系收縮的結(jié)果。70鑭系收縮鑭系收縮鑭系元素從Ce到Lu整個(gè)系列的原子半徑逐漸收縮的現(xiàn)象稱為鑭系收縮。由于鑭系收縮，鑭系以后的各元素如Hf、Ta、W等原子半徑也相應(yīng)縮小，致使它們的半徑與上一個(gè)周期的同族元素Zr、Nb、Mo非常接近，相應(yīng)的性質(zhì)也非常相似，在自然界中常共生在一起，很難分離。713.元素的電離能元素的電離能使基態(tài)的氣態(tài)原子失去一個(gè)電子形成+1氧化態(tài)氣態(tài)離子所需要的能量，叫做第一電離能，符號I1，表示式：M(g)M+(g)+e I1=E1=EM+(g)EM(g)從+1氧化態(tài)氣態(tài)離子再失去一個(gè)電子變?yōu)?氧化態(tài)離子所需要的能量叫做第二電離能，符號I2，余類推如無特別說明，電離能即第一電離能如無特別說明，電離能即第一電離能。電離能的大小反映了原子失去電子的難易程度，即元元素素的的金金屬屬性性的的強(qiáng)強(qiáng)弱弱。電離能愈小，原子愈易失去電子，元素的金屬性愈強(qiáng)。72例如鋁的電離能數(shù)據(jù)為：電離能 I1 I2 I3 I4 I5 I6In/kJmol15781817 2745 11578 14831 18378I1 I2 I3 I4 這是由于原子失電子后，其余電子受核的吸引力越大的緣故;I3 I4 I5 I6 這是因?yàn)镮1、I2、I3失去的是鋁原子最外層的價(jià)電子，即3s、3p電子，而從I4起失去的是鋁原子的內(nèi)層電子，要把這些電子電離需要更高的能量，這正是鋁常形成Al3+離子的原因。73 同同周周期期 從從左左到到右右增增大大：因元素的有效核電荷逐漸增大，原子半徑逐漸減小，電離能逐漸增大；稀有氣體由于具有8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，在同一周期中電離能最大。因過渡元素的電子加在次外層，有效核電荷增加不多，原子半徑減小緩慢，電離能增加不明顯。同同 族族 自自上上而而下下減減小?。簭纳系较?，有效核電荷增加不多，而原子半徑則明顯增大，電離能逐漸減小。744.電子親和能電子親和能(Y)處于基態(tài)的氣態(tài)原子得到一個(gè)電子形成氣態(tài)陰離子所放出的能量，為該元素原子的第一電子親和能，常用符號Y1表示，Y1為負(fù)值(表示放出能量)表示式 X(g)+e X 第二電子親和能是指 1氧化態(tài)的氣態(tài)陰離子再得到一個(gè)電子過程中系統(tǒng)需吸收能量，所以Y2是正值。例如：O(g)+e O Y1=142 kJmol1 O(g)+e O2 Y2=844 kJmol175 電子親親和和能能的大小反反映映了了原原子子得得到到電電子子的的難難易易程程度度，即元元素素的的非非金金屬屬性性的的強(qiáng)強(qiáng)弱弱。常用Y1值（習(xí)慣上用Y1值）來比較不同元素原子獲得電子的難易程度，Y1值愈大表示該原子愈容易獲得電子，其非金屬性愈強(qiáng)。76同周期 從左到右增大：氮族元素由于其價(jià)電子構(gòu)型為ns2np3，p亞層半滿，根據(jù)Hund規(guī)則較穩(wěn)定，所以電子親和能較小。又如稀有氣體，其價(jià)電子構(gòu)型為ns2np6的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以其電子親和能為正值。同同 族族 自上而下減小自上而下減小，但最大往往出現(xiàn)在第二周期（如F、O）775.5.元素的電負(fù)性元素的電負(fù)性(x)電負(fù)性是指元元素素的的原原子子在在分分子子中中吸吸引引電電子子能能力力的的相相對對大大小小，即不同元素的原子在分子中對成鍵電子吸引力的相對大小。鮑林根據(jù)熱化學(xué)數(shù)據(jù)和分子的鍵能提出了計(jì)算電負(fù)性的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，并指定氟的電負(fù)性xF=4.0，而后可依次求出其他元素的電負(fù)性。78同一周期中，從左到右電負(fù)性逐漸增大；同一主族中，從上到下電負(fù)性逐漸減小。過渡元素的電負(fù)性都比較接近，沒有明顯的變化規(guī)律。79在元素周期表中，各元素性質(zhì)的變化有其規(guī)律性：80