《无机化学》2原子结构与元素周期律.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,武汉理工大学出版社,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,武汉理工大学出版社,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,武汉理工大学出版社,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,武汉理工大学出版社,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,武汉理工大学出版社,LOREM IPSUM DOLOR,LOREM IPSUM DOLOR,无机化学,第二章 原子结构与元素周期律,无机化学,本章主要内容,第一节 核外电子运动状态,第二节 核外电子的排布,第三节 元素周期表,第四节 元素周期律,无机化学,本章教学目标,【,知识目标,】,1.,初步了解原子核外电子运动的概念；,2.,掌握四个量子数的物理意义及取值范围；,3.,掌握原子核外电子排布的一般规则；,4.,理解元素性质的周期性变化规律与原子结构的关系。,【,能力目标,】,1.,能熟练写出元素的原子和简单离子的核外电子排布式；,2.,能判断主族元素及常见副族元素在周期表中的位置；,3.,会从原子的电子层结构分析元素的性质。,迄今为止，人类已发现了一百多种元素，而这些元素形成了数以百万计的物质，组成了丰富多彩的物质世界。要了解这些物质的性质和变化规律，就必须要认识其结构，从原子、分子水平上研究物质结构、性质及其变化规律之间的关系。,第二章 原子结构与元素周期律,第一节 核外电子运动状态,研究原子结构的主要实验方法是原子光谱。每种原子都有它自己的特征光谱。,1913,年，玻尔在氢原子光谱和普朗克量子理论的基础上提出了如下理论。,(1),定态轨道,(2),轨道能级,(3),从激发态回到基态释放光能,一、氢原子光谱和玻尔理论,第二章 原子结构与元素周期律,光在传播过程中的干涉、衍射等现象说明光具有波动性；而光电效应、原子光谱等现象又说明光具有粒子性。所以光既有波动性又具有粒子性，称为光的波粒二象性。,二、波粒二象性,第二章 原子结构与元素周期律,三、波函数,量子力学借用经典力学描述宏观物体运动的轨道概念，把波函数,称为原子轨道函数或简称原子轨函，甚至就叫原子轨道。它反映了核外电子运动状态表现出的波动性和统计规律。,波函数,没有明确的、直观的物理意义，而 有明确的物理意义，它表示电子在原子核外空间某点附近微体积内出现的概率。如果用小黑点的疏密程度表示电子在原子中的概率密度分布情况，就会发现，电子仿佛是分散在核周围空间的云雾一样，所以形象地将这种概率分布称为电子云。,四、概率密度与电子云,第二章 原子结构与元素周期律,为了描述电子的运动状态，,1926,年薛定谔把电子运动和光的波动理论联系起来，提出了一种波动方程，该方程称为薛定谔方程。,五、薛定谔方程和四个量子数,第二章 原子结构与元素周期律,为了得到电子运动状态合理的解，必须引用三个参数，主量子数,n,、角量子数,l,和磁量子数,m,，它们的取值是相互制约的。此外，还有用来描述电子自旋运动的自旋量子数,ms,。,主量子数表示电子离核的平均距离，,n,越大，电子离核平均距离越远，,n,相同的电子离核平均距离比较接近，即所谓电子处于同一电子层。,电子层能量高低顺序：,KLMNOP,。,（一）主量子数,n,第二章 原子结构与元素周期律,光谱实验证明，同一个电子层还可以分为若干个能量稍有差别、原子轨道形状不同的亚层。角量子数,l,就是用来描述不同亚层的量子数，每个,l,值代表一个亚层。,亚层用光谱符号,s,，,p,，,d,，,f,等表示。,（二）角量子数,l,第二章 原子结构与元素周期律,光谱线在磁场中会发生分裂的现象说明原子轨道不仅有一定的形状，而且还有不同的空间伸展方向。磁量子数,m,表示原子轨道在空间的伸展方向。,m,的取值为：,m=0,，,1,，,2,，,，,l,，共有（,2l+1),个。,（三）磁量子数,m,第二章 原子结构与元素周期律,精密观察强磁场存在下的原子光谱，发现大多数谱线是由靠得很近的两条谱线组成的。这是因为电子除绕核运动外，本身还作两种相反方向的自旋运动。描述电子自旋运动的量子数称为自旋量子数,ms,。取值为,+1/2,和,-1/2,（四）自旋量子数,ms,第二章 原子结构与元素周期律,表,2-4 n,、,l,、,m,的关系,用图形把原子轨道能级高低顺序表示出来，就是原子轨道能级图。,六、多电子原子轨道的能级,第二章 原子结构与元素周期律,第二节 核外电子的排布,多电子原子中，电子不仅受核的吸引，而且还存在电子间的相互排斥，这些都影响到原子核外电子的排布，而核外电子的排布又直接决定着元素的性质。因此，核外电子排布是多电子原子结构中的一个重要问题。,人们根据光谱实验结果，并结合对元素周期律的分析，归纳、总结出基态原子核外电子排布的三个基本原理。,第二章 原子结构与元素周期律,泡利提出：同一轨道上最多只能容纳,2,个电子，而且，这两个电子的自旋方向要相反。或者是说，在同一原子中不可能有两个电子的运动状态完全相同，即描述电子运动状态的四个量子数,(n,、,l,、,m,、,ms),不可能完全相同。,一、泡利不相容原理,第二章 原子结构与元素周期律,自然界任何体系总是能量越低，所处状态越稳定，这个规律称为能量最低原理。原子核外电子的排布也遵循这个原理。所以，在不违背泡利不相容原理的前提下，随着原子序数的递增，电子总是优先进入能量最低的轨道，基本上可依鲍林近似能级图逐级填入。,二、能量最低原理,第二章 原子结构与元素周期律,洪德根据大量光谱实验数据提出：在同一亚层的等价轨道上，电子将尽可能占据不同的轨道，且自旋方向相同（这样排布时总能量最低）。,此外，光谱实验结果还表明：当等价轨道中的电子处于全充满、半充满或全空的状态时，能量较低，因而是较稳定的状态比较稳定的。,三、洪德规则,第二章 原子结构与元素周期律,第三节 元素周期表,按原子序数递增的顺序将元素依次排列，原子的最外层电子呈现出周期性变化。除第一横行外，最外层电子总是从,ns1,开始至,ns2np6,为止的周期性变化。核外电子排布的周期性变化，引起元素性质的周期性变化。这种性质的周期性变化称为元素周期律。元素周期律的图表形式称为元素周期表。,第二章 原子结构与元素周期律,第二章 原子结构与元素周期律,周期表共有七个横行，每一横行是一个周期。其中，第一周期有,2,种元素，称为特短周期；第二、三周期各有,8,种元素，称为短周期；第四、五周期各有,18,种元素，称为长周期；第六周期有,32,种元素，称为特长周期；第七周期尚未填满，称为不完全周期。,一、周期与能级组,第二章 原子结构与元素周期律,第二章 原子结构与元素周期律,元素划分为周期的本质在于能级组的划分。元素性质周期性的变化，是原子核外的电子排布周期性变化的反映。,周期表中共有十八个纵行，分为八个主,(A),族和八个副,(B),族。,二、族与价层电子构型,第二章 原子结构与元素周期律,（一）主族元素,在各族号罗马字旁加,A,表示主族。周期表中共有,8,个主族，即,IA,A,。凡原子核外最后一个电子填入,ns,或,np,亚层上的元素，都是主族元素。同主族元素价层电子构型相同，性质相似。,在各族号罗马字旁加,B,表示副族。周期表中共有,8,个副族，即,B,B,B,。凡是原子核外最后一个电子填入,(n-l)d,或,(n-2)f,亚层上的元素，都是副族元素，也称过渡元素。,（二）副族元素,第二章 原子结构与元素周期律,根据周期、族和原子结构特征的关系，将周期表中的元素划分成五个区域。,s,区元素：包括,IA,碱金属、,A,碱土金属元素。,d,区元素：包括,B,B,族元素。,ds,区元素：包括,B,、,B,族元素。,d,区和,ds,区元素又称为过渡元素。,p,区元素：,A,A,族元素。,f,区元素：包括镧系、锕系元素。,也称为内过渡元素。,三、周期表元素分区,第二章 原子结构与元素周期律,第四节 元素周期律,原子核外电子排布的周期性变化，造成元素的基本性质，如有效核电荷、原子半径、电离能、电子亲和能、电负性等也呈现出明显的周期性。,第二章 原子结构与元素周期律,一、有效核电荷,(Z*),斯莱脱提出：内层电子和同层电子对选定电子的排斥作用，势必削弱原子核对该电子的吸引，这种作用称为屏蔽效应。屏蔽效应的结果，使该电子实际上受到的核电荷（有效核电荷,Z*,）的引力比原子序数,(Z),所表示的核电荷的引力要小。,有效核电荷随原子序数增加而增加，并呈周期性变化。,同一周期的主族元素，从左到右随原子序数的增加，,Z*,有明显增加；而副族元素,Z*,增加的幅度要小许多。造成这种差别的原因是前者为同层电子之间的屏蔽，屏蔽作用较小；而后者是内层电子对外层电子的屏蔽，屏蔽作用较大。,同族元素由上到下，虽然核电荷增加得较多，但上下相邻两元素的原子依次增加一个电子层，屏蔽作用大，故有效核电荷增加得并不多。,有效核电荷的周期性变化,第二章 原子结构与元素周期律,(1),金属半径把金属晶体看成是由金属原子紧密堆积而成。,(2),共价半径同种元素的两个原子以共价键结合时，测得它们核间距离的一半，称为该原子的共价半径。,(3),范德华半径在分子晶体中，分子间以范德华力相结合，这时相邻分子间两个非键结合的同种原子，其核间距离的一半，称为该原子的范德华半径。,二、原子半径,(r),第二章 原子结构与元素周期律,（一）原子半径,(1),同周期原子半径的变化总趋势随着原子序数的增大，原子半径自左至右减小。,第二章 原子结构与元素周期律,（二）原子半径变化规律,(2),同族元素原子半径的变化趋势同族元素原子半径自上而下增大，原因是电子层依次增加。,基态气体原子失去最外层一个电子成为气态,+1,价离子所需的最小能量叫第一电离能，再从正离子相继逐个失去电子所需的最小能量则叫第二、第三、,电离能。通常,I1I2 I3,同一主族元素从上而下有效核电荷增加不明显，但原子的电子层数相应增多，原子半径增大显著，因此，核对外层电子的引力逐渐减弱，电子移去就较为容易，故电离能逐渐减小。,三、电离能,(I),第二章 原子结构与元素周期律,电子亲和能是指在标准状态时，气态原子在基态时得到一个电子形成,-1,价气态阴离子所放出的能量。用符号,Y,表示，其,SI,的单位也为,kJ/mol,。,四、电子亲和能,(Y),第二章 原子结构与元素周期律,在形成化合物时，有些原子并没有得失电子，而只是发生电子偏移。为了综合表征原子得失电子的能力提出了电负性概念。,元素电负性是指在分子中原子吸引成键电子的能力。,五、电负性,(X),小 结,第二章 原子结构与元素周期律,一、基本概念,1.,原子光谱,2.,波函数与原子轨道,3.,电子云,二、四个量子数,1.,主量子数,n,2.,角量子数,l,3.,磁量子数,m,4.,自旋量子数,ms,三、基本规理、规律,基态原子核外电子排布三原理；能量最低原理、泡利不相容原理、洪德规则。,四、元素基本性质的变化规律,