普通化学原子结构和元素周期律省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第七章 原子结构和元素 周期系第一节 核外电子运动状态第二节 核外电子排布和周期系第三节元素性质周期性第1页l要要求求:(1)1)了了解解核核外外电电子子运运动动特特殊殊性性,了了解解波波函函数数和和电电子子云云图图形形.(2).(2)能能利利用用轨轨道道填填充充次次序序图图,按按照照核核外外电电子子排排布布原原理理,写写出出若若干干常常见见元元素素电电子子组组态态.(3).(3)掌掌握握各各类类元元素素电电子子构构型型特特征征.(4).(4)了了解解电电离离势势、电电负负性性等等概概念念意意义义和和它它们们与与原原子子结结构构关关系系。(5)(5)了了解解元元素周期表和核外电子排布关系素周期表和核外电子排布关系第2页第一节第一节 核外电子运动状态核外电子运动状态7.1.1 氢原子光谱和氢原子光谱和 Bohr 理论理论 19世纪，物理学家世纪，物理学家 Crookes 等人在研究稀薄等人在研究稀薄气体放电现象时发觉了电子。气体放电现象时发觉了电子。1897年，年，Thomson 测定出电子荷质比测定出电子荷质比(e/me)为为 1.761011 Ckg-1。试试验表明，电子荷质比是一个常数，它与电极材料验表明，电子荷质比是一个常数，它与电极材料或放电管中气体性质无关。或放电管中气体性质无关。第3页l 19，Rutherford用一束高速运动粒子（He2）流轰击一块106107 m 厚金箔。发觉绝大多数粒子几乎不受阻拦地直线经过，约万分之一粒子运动方向发生偏转，极个别粒子甚至被反弹回来。l 原子像一个行星系，其中心有一个体积很小却几乎集中了原子全部质量带正电荷原子核，而带负电荷电子在核外空间绕核高速运动，就像行星围绕着太阳运动一样。第4页一、一、氢原子光谱氢原子光谱 当一束白光经过石英棱镜时，形成带状光谱称当一束白光经过石英棱镜时，形成带状光谱称为为连续光谱连续光谱。气态原子被火花、电弧或其它方法激发产生光，气态原子被火花、电弧或其它方法激发产生光，经棱镜分光后，得到不连续线状光谱，这种线状光经棱镜分光后，得到不连续线状光谱，这种线状光谱称为谱称为原子光谱原子光谱。氢原子光谱是最简单原子光谱。在抽成真空光氢原子光谱是最简单原子光谱。在抽成真空光电管中充入稀薄纯氢气，并经过高压放电所放出光电管中充入稀薄纯氢气，并经过高压放电所放出光经棱镜分光后形成按波长次序排列不连续线状光谱。经棱镜分光后形成按波长次序排列不连续线状光谱。氢原子光谱在可见光区有氢原子光谱在可见光区有4 4条比较显著谱线，分别用条比较显著谱线，分别用 H，H，H，H表示。表示。第5页 在某一瞬间一个氢原子只能产生一条谱线，试在某一瞬间一个氢原子只能产生一条谱线，试验中之所以能同时观察到全部谱线，是因为很多个验中之所以能同时观察到全部谱线，是因为很多个氢原子受到激发，跃迁到高能级后又返回低能级结氢原子受到激发，跃迁到高能级后又返回低能级结果。果。二、二、Bohr 理论理论 1913 年，丹麦青年物理学家年，丹麦青年物理学家 Bohr 提出了新原提出了新原子结构模型。其关键点以下：子结构模型。其关键点以下：第6页 （1）电子只能在一些特定圆形轨道上绕核运动，电子只能在一些特定圆形轨道上绕核运动，在这些轨道上运动电子既不放出能量，也不吸收在这些轨道上运动电子既不放出能量，也不吸收能量。能量。（2 2）电子在不一样轨道上运动时，其能量是不一）电子在不一样轨道上运动时，其能量是不一样。在离核越远轨道上，能量越高；在离核越近样。在离核越远轨道上，能量越高；在离核越近轨道上，能量越低。轨道这些不一样能量状态称轨道上，能量越低。轨道这些不一样能量状态称为为能级能级，其中能量最低状态称为，其中能量最低状态称为基态基态，其余能量其余能量高于基态状态称为高于基态状态称为激发态激发态。原子轨道能量是量子。原子轨道能量是量子化，氢原子轨道能量为：化，氢原子轨道能量为：第7页 （3 3）只有当电子在能量不一样轨道之间跃迁）只有当电子在能量不一样轨道之间跃迁时，原子才会吸收或放出能量。当电子从能量较时，原子才会吸收或放出能量。当电子从能量较高轨道高轨道 (E2)跃迁到能量较低轨道跃迁到能量较低轨道(E1)时，原子以时，原子以光子形式释放出能量，释放出光频率与轨道能量光子形式释放出能量，释放出光频率与轨道能量关系为：关系为：E=E2-E1=h第8页7.1.2核外电子运动特征核外电子运动特征 一、一、电子波粒二象性电子波粒二象性 1924 年，法国青年物理学家年，法国青年物理学家 de Broglie大大胆地提出电子也含有波粒二象性假说。并预言：胆地提出电子也含有波粒二象性假说。并预言：对于质量为对于质量为me，运动速率为，运动速率为e电子，其对应波电子，其对应波长长e可由下式给出：可由下式给出：第9页 1927年年，美美国国物物理理学学家家Davisson和和Germer用用电电子子束束代代替替X射射线线做做晶晶体体衍衍射射试试验验，得得到到了了与与X射射线线衍衍射射图图象象相相同同衍衍射射环环纹纹图图，确确认认了了电电子子含含有有波波动动性。性。（a）X射线衍射图（b）电子衍射图第10页二、测二、测不准原理不准原理 对于含有波粒二象性电子，能否同时准确地对于含有波粒二象性电子，能否同时准确地测定电子位置和动量呢测定电子位置和动量呢？1927年，德国物理学家年，德国物理学家Heisenberg 对此做出了否定回答。对此做出了否定回答。Heisenberg 认为：不可能同时准确地测定电认为：不可能同时准确地测定电子位置和动量。这就是子位置和动量。这就是测不准原理测不准原理，它数学表示，它数学表示式为：式为：第11页一一 方程方程 1926年，奥地利著名物理学家年，奥地利著名物理学家 首先提出描述了电子运动状态波动方程，称为首先提出描述了电子运动状态波动方程，称为 方程方程：方程每一个解方程每一个解，就表示电子一个运动状态，就表示电子一个运动状态，与与对应对应E 就是电子在这一运动状态下能量。就是电子在这一运动状态下能量。7.1.37.1.3核外电子运动状态描述核外电子运动状态描述第12页二、波函数二、波函数 从从 方程解出来波函数方程解出来波函数，是包，是包含含n，l，m三个量子数电子在原子核外空间运动三个量子数电子在原子核外空间运动状态，每一个状态，每一个就表示电子一个运动状态，通常就表示电子一个运动状态，通常把波函数称为把波函数称为原子轨道原子轨道。三、四个量子数三、四个量子数（一）（一）主量子数主量子数n(principal quantum number)主主量量子子数数 n 决决定定电电子子出出现现概概率率最最大大区区域域距距原原子核平均距离，子核平均距离，n 取值为取值为1，2，3第13页主量子数主量子数n也是决定电子能量高低主要原因，也是决定电子能量高低主要原因，n 越大越大，电子能量越高。在一个原子中，常称，电子能量越高。在一个原子中，常称 n 相同电子相同电子为为一个电子层一个电子层。当。当 n1，2，3，4，5，6，7 时，时，分别称为分别称为第一，二，三，四，五，六，七电子层第一，二，三，四，五，六，七电子层，对应地用符号对应地用符号 K，L，M，N，O，P，Q 表示。表示。在在氢氢原原子子或或类类氢氢离离子子中中，电电子子能能量量完完全全由由主主量量子数子数 n 决定。决定。第14页（二）（二）角量子数角量子数l(azimuthal quantum number)角角量量子子数数l决决定定原原子子轨轨道道角角动动量量，确确定定原原子子轨轨道道形形状状，它它反反应应了了电电子子在在空空间间不不一一样样角角度度分分布布情情况况。l取取值值受受n 制制约约，l=0，1，2.n1。当当l0，1，2，3 时时，分别称为分别称为s，p，d，f 亚层亚层。n1 时，时，l0，K层只有层只有s亚层；亚层；n2 时，时，l0，1，L层有层有s，p亚层；亚层；n3 时，时，l0，1，2，M层有层有s，p，d亚层；亚层；n4 时，时，l0，1，2，3，N层有层有s，p，d，f亚层。亚层。第15页n=1,只有一个亚层只有一个亚层,l只能为只能为0,轨道符号为轨道符号为1sn=3,有三个亚层有三个亚层,当当l=0时时,轨道符号为轨道符号为3s,l=2时时,轨道符号为轨道符号为3d,轨道记号为轨道记号为 nlcxc是直角坐标是直角坐标 在多电子原子中，在多电子原子中，n 和和l共同决定了电共同决定了电子能量。当子能量。当 n 相同时，随相同时，随l增大，亚层能增大，亚层能量增大。量增大。第16页（三）（三）磁量子数磁量子数(magnetic quantum number)磁量子数磁量子数m确定原子轨道在空间伸展方向确定原子轨道在空间伸展方向.m 取取值受值受l 制约，磁量子取值制约，磁量子取值m=0,1,2,l，在一个亚在一个亚层内轨道数为层内轨道数为2l+1个个 当当l0 时，时，m只能取只能取0，s 亚层只有亚层只有1个轨道个轨道,叫叫1s1s轨道轨道,s轨道轨道(l=0=0，m=0=0）无伸展方向无伸展方向，呈球形对称呈球形对称 当当l1 时，时，m可取可取1，0，1，p 亚层有亚层有3 3 个轨个轨道道,叫叫p轨道轨道.在空间在空间有三个相互垂直伸展方向有三个相互垂直伸展方向,即即px、py、pz轨道轨道,呈哑铃形对称呈哑铃形对称.同理，同理，d 亚层有亚层有5 个轨道，个轨道，f 亚层有亚层有7 个轨道。个轨道。n 和和l相同，但相同，但m不一样各原子轨道能量相同，称不一样各原子轨道能量相同，称为为简并轨道简并轨道或或等价轨道等价轨道。第17页 n电电子子层层l电电子子亚层亚层m轨轨道数道数 1 K 0 1s 0 1 2 L 0 1 2s 2p 0 -1,0,+1 3 M 0 1 2 3s 3p 3d 0 4 N 0 1 2 3 4s 4p 4d 4f 0 电子层、电子亚层、原子轨道与量子数之间关系电子层、电子亚层、原子轨道与量子数之间关系电子层、电子亚层、原子轨道与量子数之间关系电子层、电子亚层、原子轨道与量子数之间关系每层中有轨道每层中有轨道每层中有轨道每层中有轨道n n2 2第18页（四）（四）自旋量子数自旋量子数ms 自旋量子数自旋量子数ms用于描述电子自旋运动状态。用于描述电子自旋运动状态。取值为取值为+1/2 和和-1/2，惯用箭号，惯用箭号和和表示电子两种表示电子两种自旋方式。不能从求解自旋方式。不能从求解 方程得到方程得到 总而言之，总而言之，n，l ，m三个量子数能够确定一个三个量子数能够确定一个原子轨道原子轨道，而，而n，l ，m，ms四个量子数能够确定四个量子数能够确定电子运动状态。电子运动状态。四、波函数图形四、波函数图形 波函数波函数是描述核外电子在空间运动状态数学函是描述核外电子在空间运动状态数学函数式数式,没有明确直观物理意义没有明确直观物理意义.第19页 但粒子运动在某一时间某一点但粒子运动在某一时间某一点2却有物理意义却有物理意义,2代表在单位体积内发觉一个电子几率代表在单位体积内发觉一个电子几率,叫叫几率密度几率密度.用用电子云电子云形象地表示电子在核外空间出现几率密度形象地表示电子在核外空间出现几率密度,电子出现几率大地方电子出现几率大地方,电子云浓密些电子云浓密些.氢原子氢原子 s s，p p，d d 轨道角度分布图形轨道角度分布图形第20页氢原子电子云示意图氢原子电子云示意图 第21页 电子云图 电子云界面图 假如画一个封闭曲面,在这个曲面内电子出现概率占90以上,所得到图形称为电子云界面图。通常将界面图中小黑点略去。第22页波函数波函数,原子轨道原子轨道,电子云关系电子云关系.一定波函数描述电子一定运动状态一定波函数描述电子一定运动状态,如如1s,2p2p等等,量子力学中借助经典力学中量子力学中借助经典力学中“轨轨道道”一词一词,称原子中一个电子可能空间运动称原子中一个电子可能空间运动状态为原子轨道状态为原子轨道,这些原子轨道各由一个波这些原子轨道各由一个波函数来描述函数来描述,1s1s,2p2p分别叫分别叫1s1s、2p2p轨道，轨道，氢原子氢原子1s1s轨道空间图形是轨道空间图形是球形球形，其电子在空，其电子在空间出现几率密度分布是间出现几率密度分布是球形对称球形对称，界面图是，界面图是球面球面，平面图为，平面图为圆圆。图形不一样。电子云图没有正负，且图形不一样。电子云图没有正负，且“瘦瘦”第23页第二节 核外电子排布和周期系7.2.1 氢原子轨道能氢原子轨道能轨道能轨道能：解薛定谔方程时，所得每个波函数：解薛定谔方程时，所得每个波函数都都对应着一个能量对应着一个能量E，叫，叫轨道能轨道能。轨道能包含平均势能和电子动能，电子离核轨道能包含平均势能和电子动能，电子离核无限远处势能为零，电子向核靠拢时，其势能低无限远处势能为零，电子向核靠拢时，其势能低于零而为负值。于零而为负值。氢原子轨道能氢原子轨道能第24页氢原子轨道能氢原子轨道能只只取决于主量子数取决于主量子数n，E2 2s=E2p2pE3s3s=E3p3p=E3d3d，它们属于同一能级它们属于同一能级对于类氢离子（对于类氢离子（H-like ion），即核外只有），即核外只有一个电子时，如一个电子时，如He+，Li2+，Be3+轨道能为轨道能为如如Li2+中，电子由中，电子由2s2s跃迁到跃迁到2p2p时，时，E=0=0第25页 7.2.2多电子原子能级多电子原子能级（一）（一）屏蔽效应屏蔽效应屏屏蔽蔽作作用用：在在多多电电子子原原子子中中，每每个个电电子子不不但但受受到到原原子子核核吸吸引引，而而且且还还受受到到其其它它电电子子排排斥斥。其其余余电电子子对对某某个个指指定定电电子子排排斥斥作作用用相相当当于于降降低低了了原原子子查查对对指指定定电电子子吸吸引引作作用用。称为称为屏蔽作用屏蔽作用。其它电子屏蔽作用对选定电子产生效果叫其它电子屏蔽作用对选定电子产生效果叫屏蔽效应。屏蔽效应。在在多多电电子子原原子子中中，对对所所选选定定任任何何一一个个电电子子所所受受作作用用，能能够够看看作作是是来来自自一一个个核核电电荷荷为为Z-单单中中心心势势场场，Z-叫叫有效核电荷数有效核电荷数，用用Z*表示：表示：叫屏蔽常数叫屏蔽常数第26页在多电子原子中，主要来自内层电子对外层电子在多电子原子中，主要来自内层电子对外层电子屏蔽和同层电子间屏蔽。屏蔽和同层电子间屏蔽。多电子原子轨道能多电子原子轨道能当电子离核较近时，电子势能比在远处低，当电子离核较近时，电子势能比在远处低，E3s E2s E1s第27页（二）（二）钻穿效应钻穿效应 在多电子原子中，每个原子轨道电子，现在多电子原子中，每个原子轨道电子，现有屏蔽它外面电子作用，又有内层电子对它屏有屏蔽它外面电子作用，又有内层电子对它屏蔽，为了躲避内层电子屏蔽，它常会向更靠近蔽，为了躲避内层电子屏蔽，它常会向更靠近核地方钻进去，钻得越深，轨道平均势能越低，核地方钻进去，钻得越深，轨道平均势能越低，就能够很好地防止其它电子对它屏蔽，这种现就能够很好地防止其它电子对它屏蔽，这种现象称为象称为钻穿效应钻穿效应。当当n相同时，相同时，l越小钻穿能力越强。同一电子越小钻穿能力越强。同一电子层中各亚层能量高低次序为：层中各亚层能量高低次序为：E E(n ns)s)E E(n np)p)E E(n nd)d)E E(n nf)f)第28页 比较多电子原子比较多电子原子3d 和和4s轨道能，轨道能，3d 因为因为因为因为角量子数升高对轨道能能升高作用超出了角量子数升高对轨道能能升高作用超出了4s主量主量子数大对轨道能量升高作用，所以子数大对轨道能量升高作用，所以3d 轨道能量高轨道能量高于于 4s轨道。轨道。普通来说普通来说，n3，End E(n+1)s n4，Enf E(n+2)s多电子原子中，多电子原子中，l相同，相同，n越大，能量越高，越大，能量越高，n 相相同，同，l越大，能量越高，所以会出现能级交叉现越大，能量越高，所以会出现能级交叉现象。象。第29页 我国化学家我国化学家徐光宪徐光宪提出了多电子原子原子轨提出了多电子原子原子轨道能级分组近似规则道能级分组近似规则,将（将（n0.7l）整数相同整数相同轨道划分为一个能级组。轨道划分为一个能级组。第30页表表 原子轨道能级组划分原子轨道能级组划分原子轨道原子轨道 n+0.7l 能级组能级组 1s1.02s2p2.02.73s3p3.03.74s3d4p4.04.44.75s4d5p5.05.45.76s4f5d6p6.06.16.46.77s5f6d7p7.07.17.47.7第31页Pauling 原子轨道近似能级图原子轨道近似能级图第32页7.2.3基态原子核外电子排布规则基态原子核外电子排布规则 基态原子核外电子排布恪守基态原子核外电子排布恪守Pauli不相容不相容原理、能量最低原理和原理、能量最低原理和 Hund 规则。规则。（1 1）Pauli不相容原理：在一个原子中，不相容原理：在一个原子中，不不可能存在四个量子数完全相同两个电子。由可能存在四个量子数完全相同两个电子。由Pauli不相容原理，可知一个原子轨道最多只不相容原理，可知一个原子轨道最多只能容纳能容纳两个两个电子，而且这两个电子自旋方式必电子，而且这两个电子自旋方式必须须相反相反。第33页 （2）能量最低原理：在不违反能量最低原理：在不违反Pauli不相不相容原理前提下，核外电子总是尽先排布在能容原理前提下，核外电子总是尽先排布在能量最低轨道上，依次排布在能量较高轨道上。量最低轨道上，依次排布在能量较高轨道上。（3）Hund规则：电子在简并轨道（即规则：电子在简并轨道（即n，l 相同轨道）上排布时，总是以相同轨道）上排布时，总是以自旋平行自旋平行方式方式分占尽可能多轨道。作为分占尽可能多轨道。作为 Hund 规则特例，规则特例，简并轨道在全充满（简并轨道在全充满（s2,p6，d10，f14）、半充）、半充满（满（s1,p3，d5，f7）和全空（）和全空（p0，s0,d0，f0）时是比较稳定。时是比较稳定。第34页将电子按照将电子按照Pauli不相容原理、能量最低不相容原理、能量最低原理和原理和Hund 规则填充在各个轨道规则填充在各个轨道,这种这种电子排布叫电子组态电子排布叫电子组态(构型构型)1H 1s12He 1s23Li 1s22s14Be 1s22s25B 1s22s22p16C 1s22s22p27N 1s22s22p3第35页8O 1s22s22p49F 1s22s22p510Ne 1s22s22p66C两个两个2p电子自旋平行地分占不一样轨道电子自旋平行地分占不一样轨道,7N两个两个3p电子自旋平行地分占不一样轨道电子自旋平行地分占不一样轨道较温定较温定,所以难失电子所以难失电子.当原子、分子、离子中有单个电子时，当原子、分子、离子中有单个电子时，为顺磁性，且顺磁性大小与该物质中单为顺磁性，且顺磁性大小与该物质中单个电子数相关。当物质中电子都成对时，个电子数相关。当物质中电子都成对时，含有反磁性。含有反磁性。第36页l1、在多电子原子中含有以下量子数电子，按其、在多电子原子中含有以下量子数电子，按其能量高低排列先后次序能量高低排列先后次序l（2，1，1，-1/2）（2，1，0，-1/2）l（3，1，1，-1/2）（3，2，-2，-1/2）l2、指出以下各套量子数中所描绘电子亚层最多、指出以下各套量子数中所描绘电子亚层最多容纳几个电子容纳几个电子ln=5，l=0ln=5，l=3ln=4，l=3 ln=3，l=2 ln=2，l=1 第37页3、以下各种外电子层结构中，哪一个对应、以下各种外电子层结构中，哪一个对应于原子激发态，哪种处于基态，哪种是错于原子激发态，哪种处于基态，哪种是错误误 1s22s1 1s22s22d1 1s22s12p2 1s22s22p43d1 1s22s42p2 1s22s22p63d1第38页 7.2.4 原子基态电子组态原子基态电子组态 原子基态电子组态原子基态电子组态 按按Pauli不相容原理、能量最低原理和不相容原理、能量最低原理和 Hund 规则能够将电子逐一填在轨道中规则能够将电子逐一填在轨道中,即即组成了原子组成了原子基态电子组态基态电子组态1H 1s12He 1s23Li 1s22s14Be 1s22s25B 1s22s22p16C 1s22s22p27N 1s22s22p3第39页 8O 1s22s22p4 9F 1s22s22p510Ne 1s22s22p6 11Na 1s22s22p63s1 12Mg 1s22s22p63s2 13Al 1s22s22p63s23p1 14Si 1s22s22p63s23p2 15P 1s22s22p63s23p3 16S 1s22s22p63s23p4 17Cl 1s22s22p63s23p5 18Ar 1s22s22p63s23p6第40页（1）电子排布式电子排布式。（2）轨道表示式。轨道表示式。（3）量子数表示法。量子数表示是用一套量子数表示法。量子数表示是用一套量子数量子数（n，l，m，ms）定义电子运动状定义电子运动状态。如态。如3s2 电子用量子数能够表示为：电子用量子数能够表示为：（3，0，0，1/2）。（4）“原子实原子实+价层组态价层组态”表示法。表示法。第41页 充满稀有气体电子层结构内层电子充满稀有气体电子层结构内层电子(称为称为原原子实子实或叫或叫核实核实)；另一部分是原子实以外外层电；另一部分是原子实以外外层电子，称之为子，称之为价层电子价层电子。原子实部分可用。原子实部分可用“稀有稀有气体元素气体元素”来表示，而价层电子我们惯用价层来表示，而价层电子我们惯用价层电子结构或电子结构或价层组态价层组态来表示。来表示。如如1111Na Ne3sNa Ne3s1 1 2020Ca Ar4sCa Ar4s2 2 第42页l写出写出29Cu、24Cr、30Zn、26Fe基态原子电子基态原子电子组态组态1s22s22p63s23p63d104s11s22s22p63s23p63d54s11s22s22p63s23p63d104s21s22s22p63s23p63d64s2第43页7.2.5、原子电子层结构和周期系、原子电子层结构和周期系一、原子电子层结构和周期系一、原子电子层结构和周期系1.1.元素周期表共有七个横行，每一横行为一元素周期表共有七个横行，每一横行为一个周期，共有七个周期。元素在周期表中所个周期，共有七个周期。元素在周期表中所属属周期数周期数等于该元素基态原子等于该元素基态原子电子层数电子层数，也，也等于元素原子等于元素原子最外电子层主量子数。最外电子层主量子数。2.2.各周期所包含元素数目，等于对应能级组各周期所包含元素数目，等于对应能级组中中原子轨道所能容纳电子总数。原子轨道所能容纳电子总数。第44页 各周期中元素数目与对应能级组原子轨道关系各周期中元素数目与对应能级组原子轨道关系 周期周期能能级组级组能能级组级组内原子内原子轨轨道道 元素数目元素数目电电子最大容量子最大容量 1 1s 2 2 2 2s 2p 8 8 3 3s 3p 8 8 4 4s 3d 4p 18 18 5 5s 4d 5p 18 18 6 6s 4f 5d 6p 32 32 7 7s 5f 6d (未完未完)23(未完未完)未未满满第45页 3.为何每七天期元素原子最外层电子数为何每七天期元素原子最外层电子数不超出不超出8 8个个,次外层电子数不超出次外层电子数不超出1818个个,而不而不都是各个电子层电子最大容纳数都是各个电子层电子最大容纳数2n2？二、原子电子结构和族 主族元素主族元素在周期表中族次等于元素基态在周期表中族次等于元素基态原子原子最外电子层电子数最外电子层电子数，等于主族元素，等于主族元素最高最高氧化数氧化数;在同一主族内，最外电子层上电子在同一主族内，最外电子层上电子数都是相同。数都是相同。第46页 元素周期表共有元素周期表共有18 个纵行，除第八，九，个纵行，除第八，九，十十3 3个纵行为第个纵行为第族外，其余族外，其余15 个纵行，每一个个纵行，每一个纵行为一个族。纵行为一个族。元素周期表共有元素周期表共有 16 个族，除了稀有气体个族，除了稀有气体（0族）和族）和族外，还有七个族外，还有七个A(主主)族和七个族和七个B(副副)族。族。A族由长周期元素和短周期元素组成，族由长周期元素和短周期元素组成，叫叫主族主族；B族只由长周期元素组成，叫族只由长周期元素组成，叫副族副族。第47页 第一主族第一主族(IA)碱金属，它们价层电子构型为碱金属，它们价层电子构型为ns1。第二主族第二主族(IIA)为碱土金属，价层电子构型为为碱土金属，价层电子构型为ns2。IIIA为硼族，价层电子构型为为硼族，价层电子构型为ns2np1。IVA为碳族，价电子构型为为碳族，价电子构型为ns2np2.VA族为氮族，价电子构型为族为氮族，价电子构型为ns2np3，p轨道上电子轨道上电子排布为半充满排布为半充满.VIA族为氧族，价电子构型为族为氧族，价电子构型为ns2np4.第48页VIIA族为卤素，价电子构型为族为卤素，价电子构型为 ns2np5。0族是稀有气体元素（以前也称作惰性气体），族是稀有气体元素（以前也称作惰性气体），包含包含He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn六种元素。六种元素。除除He为为1s2，其余价电子构型均为其余价电子构型均为ns2np6 副族元素基态原子最外电子层有副族元素基态原子最外电子层有1个个或或2个电子，次外层上有个电子，次外层上有918个电子。个电子。第49页 IIIB族至族至VIIB族族数等于最外层族族数等于最外层s电子电子与次与次外层外层d电子电子总数，即等于其总数，即等于其价层电子数价层电子数.VIII族为族为ns和和(n-1)d电子总数等于电子总数等于8、9、10元素元素 IB族与族与IIB族族数为最外层族族数为最外层s电子数目，且电子数目，且(n-1)d电子数目为电子数目为10。第50页三、原子外层电子构型和元素分区镧系 f锕系s第51页 （1）s 区元素：包含区元素：包含IA族元素和族元素和A族元素，族元素，外层电子构型为外层电子构型为 。（2）p 区元素：包含区元素：包含AA族元素和族元素和0族元族元 素，除素，除He元素外，外层电子构型为元素外，外层电子构型为 。（3）d 区元素：区元素：d区元素又称过渡元素，包含区元素又称过渡元素，包含 BB 族元素和族元素和 族元素，外层电子构型族元素，外层电子构型为为 （4）ds 区元素：包含区元素：包含B和和B族元素，外层族元素，外层 电子构型为电子构型为 。（5）f 区元素：包含镧系和锕系元素，外层电区元素：包含镧系和锕系元素，外层电 子构型为子构型为 。第52页d 区元素和区元素和ds 区元素又叫区元素又叫过渡元素过渡元素例例:推测推测4949号元素在周期表中位置号元素在周期表中位置 2 22 2 8 10 8 10 8 18 8 18 18 36 18 36 18 54 18 54 32 86 32 86第53页一、原子半径 原子半径原子半径，是指分子或晶体中相邻同种原子核间，是指分子或晶体中相邻同种原子核间距离二分之一。稀有气体原子在低温下能够认为是距离二分之一。稀有气体原子在低温下能够认为是依靠范德华力形成单原子分子，相邻两个稀有气体依靠范德华力形成单原子分子，相邻两个稀有气体原子间核间距二分之一称为分子接触半径原子间核间距二分之一称为分子接触半径(范德华半范德华半径径)第54页A 0 H32 He 93 Li123 Be 89 B82 C77 N70 O66 F64 Ne112 Na154Mg136 Al118 Si117 P110 S104 Cl99 Ar154 K203 Ca174 Sc144 Ti132 V122 Cr118Mn117 Fe117 Co116 Ni115 Cu117 Zn125 Ga126 Ge122 As121 Se117 Br114 Kr169 Rb216 Sr191 Y162 Zr145 Nb134 Mo130 Tc127 Ru125 Rh125 Pd128 Ag134 Cd148 In144 Sn140 Sb141 Te137 I133 Xe190 Cs235 Ba198 La169 Hf144 Ta134 W130 Re128 Os126 Ir127 Pt130 Au134 Hg144 Tl148 Pb147 Bi146 Po146 At145 Rn222原子半径ABBB B BB BA A A A A共价半径金属半径范德华半径第55页 原子半径在周期表中改变规律原子半径在周期表中改变规律:（1）同同一一周周期期主主族族元元素素，从从左左到到右右，原原子子半半径径显显著著减减小小.每每增增加加一一个个电电子子,核核内内也也增增加加一一个个正正电电荷荷,同同层层电电子子之之间间屏屏蔽蔽作作用用不不大大,有有效效核核电电荷荷数数显显著著增增加加，原原子子查查对对外外层层电电子子引力逐步增强。引力逐步增强。（2）同同一一周周期期副副族族元元素素，从从左左到到右右，半半径径略略有有减减小小,当当次次外外层层d 轨轨道道全全部部充充满满形形成成18电子构型时，原子半径突然电子构型时，原子半径突然增大增大。第56页l 因为每增加一个电子因为每增加一个电子,是填在次外层是填在次外层d 轨道轨道,对对外层电子屏蔽作用外层电子屏蔽作用不太显著不太显著,使得有效核电荷数使得有效核电荷数增加不多，原子半径减小比较迟缓。但增加不多，原子半径减小比较迟缓。但(n-1)d轨道全充满轨道全充满后对外层电子屏蔽作用较后对外层电子屏蔽作用较大大，使得有，使得有效核电荷数减小而引发。效核电荷数减小而引发。La系收缩系收缩是指是指La系元素随核电荷数增大，原系元素随核电荷数增大，原子半径迟缓减小现象。第五周期和第六周期非常子半径迟缓减小现象。第五周期和第六周期非常靠近，这主要是靠近，这主要是La系收缩所致。系收缩所致。如如(Hf,Zr),(),(Nb,Ta),(),(Mo,W)第57页 （3）同一族同一族主族主族元素，从元素，从上到下上到下，原，原子半径子半径显著增大显著增大。因为电子层数增加。因为电子层数增加.从从上到下上到下,有效核电荷数增加不多有效核电荷数增加不多.同一族同一族副族副族元素，原子半径改变趋势元素，原子半径改变趋势与主族元素相同，但原子半径增大幅度较与主族元素相同，但原子半径增大幅度较小。小。第58页二、元素电离能（势）基基态态气气态态原原子子失失去去1个个电电子子成成为为+1价价阳阳离离子子所所需需最最低低能能量量称称为为元元素素第第一一电电离离能能I I1 1；由由+1+1价价气气态态阳阳离离子子失失去去 1 1 个个电电子子成成为为+2+2价价气气态态阳阳离离子子所所需需能能量量称称为为元素第二电离能元素第二电离能I I2 2 。伴伴随随原原子子失失去去电电子子增增多多，所所形形成成阳阳离离子子正正电电荷荷越越来来越越多多，对对电电子子吸吸引引力力增增强强，使使电电子子极极难难失失去去。所所以以，同同一一元元素素各各级级电电离离能能依依次次增增大大。通通常常所所说说电电离离能是指第一电离能能是指第一电离能。其单位为。其单位为kJmol-1第59页元素第一电离能与原子序数关系,第60页 在同一周期中，（在同一周期中，（1 1）从碱金属到稀有气体，电）从碱金属到稀有气体，电离能呈增大趋势，（离能呈增大趋势，（2 2）长周期过渡元素，从左到右，）长周期过渡元素，从左到右，电离能增加不显著，且没有规律，（电离能增加不显著，且没有规律，（3 3）稀有气体原）稀有气体原子含有稳定电子层结构，在同一周期中电离能最大，子含有稳定电子层结构，在同一周期中电离能最大，（4 4）即使同一周期元素电离能呈增大趋势，但）即使同一周期元素电离能呈增大趋势，但BeBe（2 2s2 2)、Mg、Zn、Cd、Hg都有全充满内层和最都有全充满内层和最外层为外层为ns2 2稳定结构稳定结构;N、P、As有半充满外层稳定结有半充满外层稳定结构，因而难失电子。构，因而难失电子。同一主族元素，从上到下，电离能减小。同一主族元素，从上到下，电离能减小。第61页三、元素电子亲合能 基基态态气气态态原原子子取取得得1个个电电子子成成为为-1价价阴阴离离子子所所放放出出能能量量称称为为原原子子电电子子亲亲合合能能，用用EA或或Y表表示示，单单位位为为kJmol-1。电电子子亲亲合合能能能能够够衡衡量量原原子子取取得得电电子子难难易易程程度度。亲亲合合能能数数值值越越大大，原原子子变变成成负负离离子子倾倾向向也也越越大大，表表明明其其非金属性越强。非金属性越强。同同一一周周期期中中自自左左向向右右，元元素素原原子子半半径径逐逐步步减减小小，EA值值逐逐步步增增大大。同同一一族族元元素素原原子子半半径径由由上上而而下下逐逐步步增增大，大，EA值则依次减小。值则依次减小。第62页 H-72.9 He+21 Li-59.8 Be+240 B-23 C-122 N+58 O-141.0 F-322 Ne+29 Na-52.9 Mg+230 Al-44 Si-120 P-74 S-200.4 Cl-348.7 Ar+35 K-48.4 Ca+156 Ga-36 Ge-116 As-77 Se-195.0 Br-324.5 Kr+39 Rb-46.9 Sr In-34 Sn-121 Sb-101 Te-190.1 I-295 Xe+40Cs-45.5Ba52Tl-50Pb-100Bi-100Po-180At-270Rn+40主族元素电子亲合能（EA/kJmol1）第63页 同同一一周周期期元元素素，从从左左到到右右，元元素素电电子子亲亲合合能能逐逐步步增增大大。同同一一主主族族元元素素，从从上上到到下下，电电子亲合能总趋势是减小。子亲合能总趋势是减小。稀稀有有气气体体元元素素外外层层电电子子组组态态是是1s2或或ns2np6；Be、Mg外外层层电电子子组组态态为为ns2；N组组态态是是ns2np3，它它们们EA值值皆皆为为正正值值。卤卤素素外外层层电电子子组组态态是是ns2np6，EA值值也也较较大大。电电子子亲亲合合能能绝绝对值最大是对值最大是C1，而不是，而不是 F。第64页四、元素电负性 元元素素电电负负性性是是指指元元素素原原子子在在分分子子中中吸吸引引电电子子能能力力，Pauling 指指定定最最活活泼泼非非金金属属元元素素F电电负负性性为为4.0，然然后后经经过过比比较较得得到到其其它它元元素素电电负负性。性。元元素素电电负负性性越越大大，非非金金属属性性也也就就越越强强；元元素电负性越小，元素金属性也就越强。素电负性越小，元素金属性也就越强。同同一一周周期期元元素素，从从左左到到右右，电电负负性性逐逐步步增增大大。同同一一主主族族元元素素，从从上上到到下下，元元素素电电负负性性逐逐步减小。副族元素电负性改变不甚规律。步减小。副族元素电负性改变不甚规律。非非金金属属元元素素电电负负性性在在2.0以以上上，金金属属元元素素电电负性在负性在2.0以下。以下。第65页 A 0H2.1AAAAAAHeLi1.0Be1.5B2.0C2.5N3.0O3.5F4.0NeNa0.9Mg1.2BBBBB BBAl1.5Si1.8P2.1S2.5Cl3.0ArK0.8Ca1.0Sc1.3Ti1.5V1.6Cr1.6Mn1.5Fe1.8Co1.9Ni1.9Cu1.9Zn1.9Ga1.6Ge1.8As2.0Se2.4Br2.8KrRb0.8Sr1.0Y1.2Zr1.4Nb1.6Mo1.8Tc1.9Ru2.2Rh2.2Pd2.2Ag1.9Cd1.7In1.7Sn1.8Sb1.9Te2.1I2.5XeCs0.7Ba0.9La1.2Hf1.3Ta1.5W1.7Re1.9Os2.2Ir2.2Pt2.2Au2.4Hg1.9