《無機(jī)化學(xué)》電子教案

1、第 1 章 原子結(jié)構(gòu)與元素周期系 教學(xué)要求1 掌握近代理論在解決核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)問題上的重要結(jié)論：電子云概念，四個(gè)量子數(shù)的意義，s 、 p 、 d 原子軌道和電子云分布的圖象。2 了解屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)對(duì)多電子原子能級(jí)的影響，熟練掌握核外電子的排布。3 從原子結(jié)構(gòu)與元素周期系的關(guān)系，了解元素某些性質(zhì)的周期性。 教學(xué)重點(diǎn)1 量子力學(xué)對(duì)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述。2 基態(tài)原子電子組態(tài)的構(gòu)造原理。3 元素的位置、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)之間的關(guān)系。 教學(xué)難點(diǎn)1 核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。2 元素原子的價(jià)電子構(gòu)型。 教學(xué)時(shí)數(shù) 8 學(xué)時(shí) 教學(xué)內(nèi)容1 核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性：核外電子運(yùn)動(dòng)的量子化特征（氫原子光譜和玻爾理論）。核外電

2、子運(yùn)動(dòng)的波粒二象性（德布羅衣的預(yù)言，電子的衍射試驗(yàn)，測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系）。2 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述：波函數(shù)、電子云及其圖象表示（徑向與角度分布圖）。波函數(shù)、原子軌道和電子云的區(qū)別與聯(lián)系。四個(gè)量子數(shù)（主量子數(shù)n ，角量子數(shù)l ，磁量子數(shù)m ，自旋量子數(shù)ms ）。3 核外電子排布和元素周期表；多電子原子的能級(jí)（屏蔽效應(yīng)，鉆穿效應(yīng)，近似能級(jí)圖，原子能級(jí)與原子序數(shù)關(guān)系圖）。 核外電子排布原理和電子排布（能量最低原理，保里原理，洪特規(guī)則）原子結(jié)構(gòu)與元素周期性的關(guān)系（元素性質(zhì)呈周期性的原因，電子層結(jié)構(gòu)和周期的劃分，電子層結(jié)構(gòu)和族的劃分，電子層結(jié)構(gòu)和元素的分區(qū)）。4 元素某些性質(zhì)的周期性，原子半徑，電離勢(shì)，電子親

3、和勢(shì)，電負(fù)性。1-1 道爾頓原子論古代自然哲學(xué)家對(duì)物質(zhì)之源的臆測(cè)：本原論（元素論）和微粒論（原子論）古希臘哲學(xué)家德謨克利特（Democritus, 約 460 370 B C ）：宇宙由虛空和原子構(gòu)成，每一種物質(zhì)由一種原子構(gòu)成。波意耳：第一次給出了化學(xué)元素的操作性定義 化學(xué)元素是用物理方法不能再分解的最基本的物質(zhì)組分，化學(xué)相互作用是通過最小微粒進(jìn)行的，一切元素都是由這樣的最小微粒組成的。1732 年，尤拉（Leonhard Euler, 1707 1783 ）：自然界存在多少種原子，就存在多少種元素。1785 年，法國(guó)化學(xué)家拉瓦錫（Antoine L. Lavoisier 1743 1794

4、）：提出了質(zhì)量守衡定律：化學(xué)反應(yīng)發(fā)生了物質(zhì)組成的變化，但反應(yīng)前后物質(zhì)的總質(zhì)量不變。1797 年，里希特（J. B. Richter 1762 1807 ）：發(fā)現(xiàn)了當(dāng)量定律。1799 年，法國(guó)化學(xué)家普魯斯特（Joseph L. Proust 1754 1826 ）：發(fā)現(xiàn)定比定律：來源不同的同一種物質(zhì)中元素的組成是不變的。1805 年，英國(guó)科學(xué)家道爾頓（John Dalton 1766 1844 ）：把元素和原子兩個(gè)概念真正聯(lián)系在一起，創(chuàng)立了化學(xué)原子論：每一種化學(xué)元素有一種原子；同種原子質(zhì)量相同，不同種原子質(zhì)量不同；原子不可再分；一種不會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子；化學(xué)反應(yīng)只是改變了原子的結(jié)合方式，使反應(yīng)前

5、的物質(zhì)變成反應(yīng)后的物質(zhì)。倍比定律：若兩種元素化合得到不止一種化合物，這些化合物中的元素的質(zhì)量比存在整數(shù)倍的比例關(guān)系。瑞典化學(xué)家貝采里烏斯(J. J. Berzelius 1779 1848 )：確定了當(dāng)時(shí)已知元素的原子量，發(fā)明了元素符號(hào)。1-2 相對(duì)原子質(zhì)量(原子量)1-2-1 元素、原子序數(shù)和元素符號(hào)化學(xué)中元素的概念經(jīng)過兩次重大發(fā)展，從古代元素概念到近代化學(xué)的元素概念。再到現(xiàn)代化學(xué)的包括同位素的元素概念，這些進(jìn)展對(duì)化學(xué)這門重要基礎(chǔ)科學(xué)確有革命性意義。古代元素的本來意義是物質(zhì)的基元單位，是世界萬物的組成部分，如我國(guó)的五行學(xué)說；古希臘的四元素說，但這些僅僅是一種天才的猜測(cè)。正如恩格斯指出的那樣“

6、古代人的天才的自然哲學(xué)的直覺” 。不是近代的科學(xué)概念僅是人類深入物質(zhì)層次的認(rèn)識(shí)水平的暫時(shí)性界限。如四元素說認(rèn)為物質(zhì)本原是幾種抽象的性質(zhì)，由這些原始性質(zhì)組合成元素，再由元素產(chǎn)生萬物，這種把本來不存在的脫離物質(zhì)的抽象性質(zhì)當(dāng)做第一性東西，是錯(cuò)誤的，唯心的。以此為指導(dǎo)思想，自然會(huì)產(chǎn)生 “ 哲人石 ” 的思想。十七世紀(jì)下半葉英國(guó)波義耳(Boyle. R. 1627 1691) 批判了上述元素的錯(cuò)誤慨念，于 1661 年在其名著懷疑派的化學(xué)家一書中提出了新的元素慨念。“ 元素是組成復(fù)雜物體和分解復(fù)雜物體時(shí)最后所得的那種最簡(jiǎn)單的物體” ，是用一般化學(xué)方法不能再分解為更簡(jiǎn)單的某些實(shí)物 ”“ 化學(xué)的目的是認(rèn)識(shí)物

7、體的結(jié)構(gòu)。而認(rèn)識(shí)的方法是分析，即把物體分解為元素” 。波義耳第一次把物質(zhì)的最終組成歸結(jié)為化學(xué)元素。他的元素概念是實(shí)在的基元物質(zhì)。波義耳確實(shí)為人們研究萬物的組成指明了方向，因此， 這是化學(xué)發(fā)展中的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，對(duì)此恩格斯給予了高度的評(píng)價(jià)，認(rèn)為“ 波義耳把化學(xué)確立為科學(xué)” 。但這個(gè)概念在很大程度上有主觀因素。確認(rèn)什么是元素往往有個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)時(shí)化學(xué)方法的局限性問題。當(dāng)時(shí)無法分解的東西不一定是元素。如波義耳本人就認(rèn)為火是元素。發(fā)現(xiàn)氧的英國(guó)普列斯特里(Priestley J 1733 1804) 和瑞典的舍勒(K W Scheele ，1742 一 l786) 都還相信“ 燃素 ” 是元素。正是“ 這種本

8、來可以推翻全部燃素說觀點(diǎn)，并使化學(xué)發(fā)生革命的元素在他們手中沒能結(jié)出果實(shí)來。十九世紀(jì)原子分子論建立后，人們認(rèn)識(shí)到一切物質(zhì)都是由原子通過不同的方式結(jié)合而構(gòu)成的。在氧氣、氧化鎂、水、二氧化硫、碳酸鈣等性質(zhì)各不相同的物質(zhì)中都合有相同的氧原子，于是元素的概念被定義為：“ 同種的原于叫元素” 。 元素是在原子水平上表示物質(zhì)組分的化學(xué)分類名稱。原子核組成的奧秘被揭開以后，人們通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：同種元素的原子核里所含的質(zhì)子數(shù)目是一樣的，但中子數(shù)卻可以不同。如自然界中氧元素的原子有99.759% 是由 8 個(gè)質(zhì)子和8個(gè)中于組成的168O) ， 有 0.037 是由 8 個(gè)質(zhì)子和9 個(gè)中子組成的( 178O) ，

9、 0.204% 是由 8個(gè)質(zhì)子和10 個(gè)中子組成的( 188O) 。因?yàn)橹杏跀?shù)不同，所以同一元素可以有原子質(zhì)量不同的幾種原子， 但決定元素化學(xué)性質(zhì)的主要因素不是原于質(zhì)量而是核外電子數(shù)，核外電子數(shù)又決定于核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)即核電荷數(shù)，所以質(zhì)子數(shù)相同的一類原子，共化學(xué)性質(zhì)基本是相同的。根據(jù)現(xiàn)代化學(xué)的觀念，元素是原子核里質(zhì)子數(shù)(即核電荷數(shù))相同的一類原子的總稱。這樣，人們就進(jìn)一步了解了元素的本質(zhì)，元素就是以核電荷為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)原子進(jìn)行分類的，也就是說，原子的核電荷是決定元素內(nèi)在聯(lián)系的關(guān)鍵。迄今為止，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的化學(xué)元素有109 種 ( 但第 108 號(hào)元素尚待最后認(rèn)定) ，它們組成了目前已知的大約五百萬種不

10、同物質(zhì)。宇宙萬物都是由這些元素的原子構(gòu)成的。由同種元素組成的物質(zhì)稱單質(zhì)，如氧氣、鐵、金剛石等。單質(zhì)相當(dāng)于同一元素表現(xiàn)為實(shí)物時(shí)的存在狀態(tài)。由不同種元素組成的物質(zhì)稱化合物，如氧化鎂、硫酸、氫氧化鈉、食鹽、水等。最后，必須注意的是，我們不要把元素、單質(zhì)、原子三個(gè)概念彼此混淆。元素和單質(zhì)是宏觀的概念。單質(zhì)是元素存在的一種形式( 自由態(tài)或稱游離態(tài)) 。某些元素可以形成幾種單質(zhì)，譬如碳的同素異性體有金剛石、石墨兩種；硫的同素異性體有正交硫、單斜硫、無定形硫和彈性硫等。元素只能存在于具體的物質(zhì)( 單質(zhì)或化合物) 中，脫離具體的物質(zhì)，抽象的元素是不存在的。從這個(gè)角度看，元素和單質(zhì)既有聯(lián)系又有區(qū)別。原子是微觀的

11、概念，而元素是一定種類的原子的總稱。元素符號(hào)既表示一種元素也表示該元素的一個(gè)原子。在討論物質(zhì)的結(jié)構(gòu)時(shí)，原子這個(gè)概念又有量的涵義。如氧原子可以論個(gè)數(shù)，也可以論質(zhì)量。但元素沒有這樣的涵義，它指的是同一種類的原子。譬如：水是由氫氧兩種元素組成的，水分子中含有兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子，而絕不能說成水分子中含有兩個(gè)氫元素和一個(gè)氧元素。1913 年英國(guó)科學(xué)家莫斯萊(Moseley ， Henry 1887 1915) 從 X 射線 ( 或稱倫琴射線)的研究入手，發(fā)現(xiàn)以不同單質(zhì)作為產(chǎn)生X 射線的靶子，所產(chǎn)生的特征X 射線的波長(zhǎng)不同。他將各元素按所產(chǎn)生的特征X 射線的波長(zhǎng)排列后( 圖 1 1) ，就發(fā)現(xiàn)排列次序

12、與其在周期表中的次序是一致的。他把這個(gè)次序名為原子序數(shù)。莫斯萊總結(jié)的公式為：即特征x射線波長(zhǎng)(入)的倒數(shù)的平方根與原子序數(shù)(z)呈直線關(guān)系(圖1 2)。式中a、b對(duì)同組譜線來說為常數(shù)。這就是莫斯萊定律。原子序數(shù)不僅代表元素在周期系中的位置，而且還有一定的物理意義，它代表著原子的某種特征。盧瑟福在完成他的利用a質(zhì)點(diǎn)散射測(cè)定核電荷的實(shí)驗(yàn)工作后，便結(jié)合莫斯萊的結(jié)果做出普遍的結(jié)論：原子核的電荷在數(shù)值上等于元素的原子序數(shù)。1920 年英國(guó)科學(xué)家查德威克(Chadwick , James . 1891 1974)進(jìn)一步做了不同元素的風(fēng)質(zhì)點(diǎn)散射實(shí)驗(yàn)。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表 1 1 。證明了上述推論的正確，也可以說用

13、實(shí)驗(yàn)證明了原子序數(shù)是原子的基本參數(shù)。1-2-2 核素、同位素和同位素豐度具有一定數(shù)目的質(zhì)子和一定數(shù)目的中子的一種原子稱為核素。例如原子核里有6 個(gè)質(zhì)子和6 個(gè)中子的碳原子，它們的質(zhì)量數(shù)是12 ， 稱碳 12 核素或?qū)憺?2C 核素。原于核里有6 個(gè)質(zhì)子和7 個(gè)中子的碳原子質(zhì)量數(shù)為13 ，稱 13C 核素。氧元素有三種核素：16O 、17O 、18O 核素。具有多種核素的元素稱多核素元素。氧元素等都是多核素元素，天然存在的鈉元素，只有質(zhì)子數(shù)為 11 ，中于數(shù)為12 的一種鈉原子2311Na ，即鈉元素只有23Na 一種核素，這樣的元素稱單一核素元素。同位素的發(fā)現(xiàn)和核化學(xué)的發(fā)展是二十世紀(jì)的事，然而

14、關(guān)于同位素的預(yù)言則在上一世紀(jì)就己提出。 人們測(cè)量一些元素原子量后，發(fā)現(xiàn)測(cè)得越精確，就越證明各元素的原子量并不是氫原子量的整數(shù)倍。又如門捷列夫排周期表時(shí)，把碲(127.61) 排在碘 (126.91) 前，還有氬(39.95)排在鉀 (39.09) 前，鈷 (58.93) 排在銀 (58.69) 前，都說明同一元素的原子量并不是“ 單一的 ” 數(shù)值，好象是許多數(shù)值的平均結(jié)果，不然無法說明門捷列夫的排法，正好符合性質(zhì)的周期性變化。英國(guó)科學(xué)家克魯克斯(Crookes ， w 1832 1919) ，俄國(guó)科學(xué)家布特列洛夫(1828 1886 ) 為解釋上述矛盾先后提出過同一元素的原子可具有不同的原子量

15、，而且可用化學(xué)分餾法將它們分開，實(shí)際上他已從自發(fā)的唯物主義立場(chǎng)提出了同位素的思想。但是在科學(xué)上自發(fā)的唯物主義思想并不能抵抗唯心主義的襲擊。他們二入先后屈服于降神術(shù)。正如恩格斯指出的那樣 “ 許許多多自然科學(xué)家已經(jīng)給我們證明了，他們?cè)谒麄冏约耗情T科學(xué)的范圍內(nèi)是堅(jiān)定的唯物主義者，但是在這以外絕不僅是唯心主義者，而且甚至是虔誠的正教徒” 。以后隨著天然放射性元素的發(fā)現(xiàn)一些元素的蛻變半衰期不同，而于1910 年由英國(guó)科學(xué)家索迪 (SoddyJ Frederickl877 1956) 提出同位素的慨念。質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的不同原子互稱同位素。即多核素元素中的不同核素互稱同位素。同種元素的不

16、同核素，質(zhì)子數(shù)相同，在周期表中占同一位置，這就是同位素的原意。同位素有的是穩(wěn)定的，稱穩(wěn)定同位素；有的具有放射性，稱放射性同位素。目前已知的天然元素中約有20 種 ( 氟、鈉、鋁、磷、金等) 僅有單一的穩(wěn)定同位素，但都有放射性同位素?？梢哉f，大多數(shù)天然元素都是由幾種同位素組成的混合物。到1976 年為止，已發(fā)現(xiàn)的107 種元素中，穩(wěn)定同位素約300 多種，而放射性同位素達(dá)1500 種以上，但多數(shù)是人工制備的。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)氫有三種同位素，在自然界有兩種穩(wěn)定同位素：11H（ 氕 ） 和 21H（ 氘 ） ，另有一種31H （ 氚 ） 為人造氫的同位素。氯在自然界中有兩種穩(wěn)定同位索：3517C1 和

17、3717 C1 。碳有三種同位索：126C 、136C 為穩(wěn)定同位素，146C 為放射性同位素。同一元素的各種同位素的原于核雖有差別，但是他們的核外電子數(shù)和化學(xué)性質(zhì)基本相同。因此同一元素的各種同位素均勻地混合在一起存在于自然界的各種礦物資源中。在化工冶煉過程中，發(fā)生同樣的化學(xué)反應(yīng)最后均勻混合，共存于該元素所生成的各種物質(zhì)中。我們所接觸到的就是各種穩(wěn)定同位素的混合物。此外，人們也發(fā)現(xiàn)存在著質(zhì)量相同而性質(zhì)不同的原于，例如3616S 和 3618Ar ，質(zhì)量數(shù)都是36 ，由于它們的質(zhì)子數(shù)不同，分屬于不同元素 硫和氬。同樣的,6529Cu 和 6530 Zn ，質(zhì)量數(shù)都是 65 ，由于它們的質(zhì)子數(shù)不同

18、，也分屬于不同元素 銅和鋅。這種質(zhì)量數(shù)相同，質(zhì)子數(shù)不同，分屬于不同元素的幾種原子，互稱同量素。同量素的存在，也說明了以核電荷（ 質(zhì)子數(shù) ） 作為劃分元素的標(biāo)準(zhǔn)是符合客觀規(guī)律的，抓住了事物的本質(zhì)。1-2-3 原子的質(zhì)量同位素發(fā)現(xiàn)以后，人們認(rèn)識(shí)到每種元素都有一定數(shù)目（ 一種或一種以上） 的核素。某核素一個(gè)原子的質(zhì)量稱為該核素的原子質(zhì)量，簡(jiǎn)稱原子質(zhì)量。1973 年國(guó)際計(jì)量局公布了原子質(zhì)量的單位，規(guī)定一個(gè)12 C 核素原子質(zhì)量的1 12 為 “ 統(tǒng)一的原子質(zhì)量單位”，用“u”表示。（有的資料中寫為“amU ,mu）。因此，12 C的原子質(zhì)量等于12u 。通過質(zhì)譜儀可以測(cè)定各核素的原子質(zhì)量及其在自然界的

19、豐度，據(jù)此就可以計(jì)算出元素的平均原子質(zhì)量。如汞的平均原子質(zhì)量為200.6u 。根據(jù)相對(duì)原子質(zhì)量的定義，某元素一個(gè)原子的平均質(zhì)量（ 即平均原子質(zhì)量） 對(duì) 12 C 原子質(zhì)量的1 12 之比，即為該元素的相對(duì)原子質(zhì)量：可見，相對(duì)原子質(zhì)量和平均原于質(zhì)量是兩個(gè)有區(qū)別的概念，同一元素的相對(duì)原子質(zhì)量和平均原子質(zhì)量的數(shù)值相同，但平均原子質(zhì)量有單位（u） ，相對(duì)原子質(zhì)量則是一個(gè)沒有單位的物理量。根據(jù)數(shù)學(xué)上“ 比 ” 的道理，同量綱的量比只有比值而沒有單位，它僅僅表示對(duì)某一基準(zhǔn)的倍數(shù)。如汞元素的相對(duì)原于質(zhì)量A r（Hg） = 200.6表示汞元素平均原子質(zhì)量是12 C核素原子質(zhì)量112 的 200.6 倍。相對(duì)

20、原子質(zhì)量與平均原子質(zhì)量的關(guān)系和相對(duì)密度與密度的關(guān)系很相近。必須指出，元素的“ 相對(duì)原子質(zhì)量” 和核素的“ 原子質(zhì)量” ，雖然都是以12 C 為基準(zhǔn)，但是它們是兩個(gè)不同的概念?，F(xiàn)將它們的區(qū)別比較如下：1 相對(duì)原子質(zhì)量是某元素一個(gè)原于的平均質(zhì)量對(duì)12C 核素一個(gè)原子的質(zhì)量的1 12 之比， 而原子質(zhì)量是某核素一個(gè)原子的質(zhì)量，前者是討論某元素天然存在的所有核素原子的平均質(zhì)量，后者只討論某元素一種核素原子的質(zhì)量。2 從數(shù)值看，一種元素只有一個(gè)原子量；除單一核素元素外，同種元素各核素原子質(zhì)量不同。3 相對(duì)原子質(zhì)量沒有單位，而原子質(zhì)量有單位（ 常用 u 表示 ） 。因比對(duì)單一核素元素來說， 它的相對(duì)原子質(zhì)

21、量和原子質(zhì)量數(shù)值相等但是前者無單位，后者有單位。如鈉元素的相對(duì)原子質(zhì)量等于22.98977 ，23 Na 核素的原子質(zhì)量等于22.98977u 。4 某些元素的相對(duì)原于質(zhì)量與核素的豐度有關(guān)；原于質(zhì)量與核素的豐度無關(guān)。最后指出：原子質(zhì)量和質(zhì)量數(shù)也是兩個(gè)不同的概念，前者表示某核素原子的質(zhì)量，后者表示某核素原子核中質(zhì)子數(shù)與中于數(shù)之和，雖然質(zhì)子和中子的質(zhì)量接近于1u ，但不等于1 ，再加上靜質(zhì)量虧損的原因，除12 C 核素的原子質(zhì)量是整數(shù)，其數(shù)值恰好等于質(zhì)量數(shù)之外，其余核素的原子質(zhì)量都有小數(shù)，質(zhì)量數(shù)則全是整數(shù)。1-2-4 元素的相對(duì)原子質(zhì)量國(guó)際原子量與同位素豐度委員會(huì)給原子量下的最新定義（1979 年

22、 ） 是： 一種元素的相對(duì)原子質(zhì)量是該元素1 摩爾質(zhì)量對(duì)核素12 C 的 1 摩爾質(zhì)量1 12 的比值 。由于 1mol 任何元素都含有相同的原子數(shù)，因此，相對(duì)原子質(zhì)量也就是一種元素的一個(gè)原于的平均質(zhì)量對(duì)12 C 核素一個(gè)原子的質(zhì)量的1 12 之比。 所謂一個(gè)原子的平均質(zhì)量，是對(duì)一種元素含有多種天然同位素說的，平均質(zhì)量可由這些同位素的原子質(zhì)量和豐度來計(jì)算。相對(duì)原子質(zhì)量用符號(hào)A r（E） 表示， A 代表原子質(zhì)量，下標(biāo)r 表示相對(duì)，E 代表某元素。如氯元素的相對(duì)原子質(zhì)量等于35.453 ， 可表示為A r（Cl）=35.453 ， 它表示 1mol 氯原子的質(zhì)量是核素 12 C 的 1 摩爾質(zhì)量

23、1 12 的 35.453 倍。亦即1 個(gè)氯原子的平均質(zhì)量是12 C 原子質(zhì)量1/12 的 35.453 倍?？梢娤鄬?duì)原子質(zhì)量?jī)H是一種相對(duì)比值，它沒有單位。自 1803 年道爾頓發(fā)表原子論以來，人們自然要考慮這樣的問題，一個(gè)原子有多重？從那時(shí)起，就有人開始致力于原子量的研究工作。由于原子很小，質(zhì)量很輕（最輕的原子約重1.6 M0-24 g ，而最重的原子也不夠此重的250 倍 ） 。一般情況下，又不能獨(dú)立存在，因比人們不僅無法取出單個(gè)的原子，更沒有這樣精密的天平能夠稱出原子的真實(shí)質(zhì)量。但是，我們可以稱取1mol 某元素的原子，用摩爾質(zhì)量除以阿佛加德羅數(shù)從而得到以克為單位的某元素原子的質(zhì)量。以克

24、為單位的原子質(zhì)量，數(shù)字極小，使用極不方便，只好選取某元素的原子質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)，令其它元素的原子質(zhì)量與之比較，這樣求得元素的相對(duì)原子質(zhì)量。道爾頓首先提出以最輕的氫元素H = 1為相對(duì)原子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（當(dāng)時(shí)尚未發(fā)現(xiàn)同位素，因而認(rèn)為同種元素的原子具有相同的質(zhì)量） 。某元素一個(gè)原子比氫原子重幾倍，則原子量就是幾。后來由于很多種元素都能與氧化合生成氧化物，它們的化合量可與氧直接比較，1826 年改用 O=100為標(biāo)準(zhǔn)。1860年又改 O = 16作標(biāo)準(zhǔn)，這樣可使相對(duì)原子質(zhì)量數(shù)值小些，同時(shí)保持氫元素原子量約等于1 。而所有元素原子量都大于1 。到 1929 年發(fā)現(xiàn)了氧的同位素。隨后人們通過實(shí)驗(yàn)證明氧的同位素豐度在

25、自然界的分布是不均勻的， 因而認(rèn)識(shí)到用天然氧作相對(duì)原子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不夠妥當(dāng)。物理學(xué)界隨即采用16 O 等于 16 作為相對(duì)原于質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，但是化學(xué)界仍然保持了天然氧相對(duì)原子質(zhì)量等于16 的標(biāo)準(zhǔn)。 從這時(shí)起就有了所謂化學(xué)相對(duì)原子質(zhì)量和物理相對(duì)原子質(zhì)量并行的兩種標(biāo)度。這兩種標(biāo)度之間的差別約為萬分之三。1940 年國(guó)際原于量與同位素豐度委員會(huì)確定以1.000275 為兩種標(biāo)度的換算因數(shù)：物理相對(duì)原子質(zhì)量=1.000275訛學(xué)相對(duì)原子質(zhì)量實(shí)際上，由于天然氧的豐度是略有變化的，規(guī)定換算因數(shù)也不是一種妥善辦法，由于兩種相對(duì)原子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)并存所引起的矛盾，自然就促進(jìn)了統(tǒng)一“ 原子量標(biāo)淮的要求。在化學(xué)工作中使用相對(duì)原

26、于質(zhì)量的地方很多，因此， 化學(xué)界希望選擇一個(gè)新標(biāo)度，并希望這個(gè)新標(biāo)度對(duì)原有的相對(duì)原子質(zhì)量數(shù)值改變?cè)叫≡胶?。?jīng)過反復(fù)的討論1 H 、4 He 、19 F 、12 C 、16 O 等均曾被考慮過作為新的相對(duì)原子質(zhì)量標(biāo)堆，最后認(rèn)定以12C 作標(biāo)準(zhǔn)有許多好處：12 C 在碳的天然同位素中所占的相對(duì)百分?jǐn)?shù)比較固定，受地點(diǎn)影響不大，而且對(duì)12 C 的質(zhì)量測(cè)定比較精確，最重要的是，采用12 C 作為相對(duì)原子質(zhì)量的新標(biāo)準(zhǔn)，各元素的相對(duì)原子質(zhì)量變動(dòng)不大，僅比過去降低了 0.0043% ， 對(duì)大多數(shù)元素來說變動(dòng)不大。實(shí)際上， 除氧之外，只有五種元素（Ag 、 C1 、 Br 、K 、 Ar） 的相對(duì)原子質(zhì)量稍有變

27、動(dòng)。于是在1960 年和 1961 年，國(guó)際物理學(xué)會(huì)和國(guó)際化學(xué)會(huì)先后正式采用以12 C的原子質(zhì)量=12作為相對(duì)原子質(zhì)量的新標(biāo)準(zhǔn)。從此，相對(duì)原子質(zhì)量有了統(tǒng)一的新標(biāo)準(zhǔn)，不再存在所謂化學(xué)相對(duì)原子質(zhì)量和物理相對(duì)原子質(zhì)量的區(qū)別，而統(tǒng)一改稱為國(guó)際原子量了。1-3 原子的起源和演化公元前約四百年，哲學(xué)家對(duì)萬物之原作了種種推測(cè)。希臘最卓越的唯物論者德?？死兀?公元前 460370 年 ） 提出了萬物由“ 原子 ”產(chǎn)生的思想。其后世界各國(guó)的哲學(xué)家，包括中國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期莊子一書中，均對(duì)物質(zhì)可分與否爭(zhēng)論不休，延續(xù)時(shí)間很久。1741 年俄國(guó)的羅蒙諾索夫（17111763） 曾提出了物質(zhì)構(gòu)造的粒子學(xué)說，但由于實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)不夠

28、，未曾被世人重視。人類對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)由臆測(cè)發(fā)展到科學(xué)，主要是依據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。到了十八世紀(jì)末，歐洲已進(jìn)入資本主義上升時(shí)期，生產(chǎn)的迅速發(fā)展推動(dòng)了科學(xué)的進(jìn)展。在實(shí)驗(yàn)室里開始有了較精密的天平，使化學(xué)科學(xué)從對(duì)物質(zhì)變化的簡(jiǎn)單定性研究進(jìn)入到定量研究，從而陸續(xù)發(fā)現(xiàn)一些元素互相化合時(shí)質(zhì)量關(guān)系的基本定律，為化學(xué)新理論的誕生打下了基礎(chǔ)。這些定律是：1 質(zhì)量守恒定律：1756 年，羅蒙諾索夫經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出第一個(gè)關(guān)于化學(xué)反應(yīng)的質(zhì)量定律， 即 質(zhì)量守衡定律 參加化學(xué)反應(yīng)的全部物質(zhì)的質(zhì)量，等于反應(yīng)后的全部產(chǎn)物的質(zhì)量。2 定組成定律：1779 年法國(guó)化學(xué)家普勞斯特（l7541826） 證明 一種純凈的化合物不論來

29、源如何，各組分元素的質(zhì)量間都有一定的比例，這個(gè)結(jié)論稱為定比定律。3 倍比定律：1803 年英國(guó)的中學(xué)教師道爾頓發(fā)現(xiàn)，當(dāng)甲乙兩種元素互相化合生成兩種以上化合物時(shí)， 則在這些化合物中，與同一質(zhì)量甲元素化合的乙元素的質(zhì)量間互成簡(jiǎn)單的整數(shù)比。這個(gè)結(jié)論稱為倍比定律。例如氫和氧互相化合生成水和過氧化氫兩種化合物：在這兩種化合物中，氫和氧的質(zhì)量比分別是1 ：7.94 和 1 ：15.88 ，即與 1 份質(zhì)量的氫相化合的氧的質(zhì)量比為7.9:15.88 = 1:2。這些基本定律都是經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，是在對(duì)大量實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行分析和歸納的基礎(chǔ)上得出的結(jié)論。究竟是什么原因形成了這些質(zhì)量關(guān)系的規(guī)律? 這樣的新問題擺在化學(xué)家面前，

30、迫使他們必須進(jìn)一步探求新的理論，從而用統(tǒng)一的觀點(diǎn)去闡明各個(gè)規(guī)律的本質(zhì)。1787 年， 年輕的道爾頓首先開始對(duì)大氣的物理性質(zhì)進(jìn)行了研究，從中逐漸形成了他的化學(xué)原子論思想。當(dāng)時(shí)， 他繼承了古代希臘的原子論，認(rèn)為大氣中的氧氣和氮?dú)庵阅芑ハ鄶U(kuò)散并均勻混合，原因就在于它們都是由微粒狀的原子構(gòu)成的，不連續(xù)而有空隙，因此， 才能相互滲透而擴(kuò)散。 19 世紀(jì)初，為了解釋元素互相化合的質(zhì)量關(guān)系的各個(gè)規(guī)律道爾頓把他的原子論思想引進(jìn)了化學(xué)，他認(rèn)為物質(zhì)都是由原子組成的，不同元素的化合就是不同原子間的結(jié)合。例如碳的兩種氧化物碳和氧的質(zhì)量比分別是3 ：4 和 3 ：8 ， 和一定質(zhì)量的碳相化合的氧的質(zhì)量比恰好是 1

31、：2 。這不正是原子個(gè)數(shù)比的一種表現(xiàn)嗎? 這使他確信物質(zhì)都是由原子結(jié)合而成，不同元素的原子不同，因而相互結(jié)合后就產(chǎn)生出不同物質(zhì)。為了充分證明他的觀點(diǎn)精確區(qū)分出不同元素的原子，他認(rèn)為關(guān)鍵是區(qū)分出不同原子的相對(duì)質(zhì)量，即相對(duì)原子質(zhì)量，于是他著手進(jìn)行測(cè)定相對(duì)原子質(zhì)量的工作。他把氫的相對(duì)原子質(zhì)量定為1 ，并假定了元素化合時(shí)需要的不同原子數(shù)目。依照當(dāng)量定律和定組成定律提供的大量數(shù)據(jù)，初步測(cè)出了氫、氧、氮、硫、磷、碳等元素的原子量，為他的原子論提供了依據(jù)并形成了完整的理論體系。道爾頓原子論的主要內(nèi)容有三點(diǎn)1 一切物質(zhì)都是由不可見的、不可再分割的原子組成。原子不能自生自滅。2 同種類的原子在質(zhì)量、形狀和性質(zhì)上

32、都完全相同，不同種類的原子則不同。3 每一種物質(zhì)都是由它自己的原子組成。單質(zhì)是由簡(jiǎn)單原子組成的，化合物是由復(fù)雜原子組成的， 而復(fù)雜原子又是由為數(shù)不多的簡(jiǎn)單原子所組成。復(fù)雜原子的質(zhì)量等于組成它的簡(jiǎn)單原子的質(zhì)量的總和。他還第一次列出了一些元素的原子量。道爾頓的原子論合理地解釋了當(dāng)時(shí)的各個(gè)化學(xué)基本定律。根據(jù)原子論的論點(diǎn)，原子是物質(zhì)參加化學(xué)反應(yīng)的最小單位物質(zhì)在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)原子的種類和總數(shù)并沒有變化，各原子又有自己確定的質(zhì)量，因而反應(yīng)前后質(zhì)量不變（ 質(zhì)量守恒定律） ?；衔锏膹?fù)雜原子是由為數(shù)不多的簡(jiǎn)單原子組成。在復(fù)雜原子中所含不同的簡(jiǎn)單原子的數(shù)目和質(zhì)量都是確定不變的，故復(fù)雜原子的質(zhì)量組成一定（ 定組成

33、定律） 。如果甲元素的一個(gè)原子能與乙元素的一個(gè)、兩個(gè)或幾個(gè)原子化合形成多種化合物，乙元素原子量都相同，則與相同質(zhì)量甲元素化合的乙元素質(zhì)量之比必成簡(jiǎn)單整數(shù)比 （ 倍比定律） 等等。由于道爾頓的原子論簡(jiǎn)明而深刻地說明了上述化學(xué)定律，一經(jīng)提出就得到科學(xué)界的承認(rèn)和重視。由上面的說明可見，元素互相化合的質(zhì)量關(guān)系是原子學(xué)說的感性基礎(chǔ)，而原子論則是上述各定律推理的必然結(jié)果。原子論闡明了各質(zhì)量定律的內(nèi)在聯(lián)系，從微觀的物質(zhì)結(jié)構(gòu)角度揭示了宏觀化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)，總結(jié)了這個(gè)階段的化學(xué)知識(shí)。同時(shí)，原子論引入了原子量的概念，開創(chuàng)了研究原子量的測(cè)定工作。原子量的測(cè)定又為元素周期律的發(fā)現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。但是道爾頓的原子論是很不完善

34、的。隨著化學(xué)實(shí)驗(yàn)工作的不斷發(fā)展，在許多新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象面前原子論碰到的矛盾越來越多。19世紀(jì)初，法國(guó)化學(xué)家蓋呂薩克(17781850)開始了對(duì)氣體反應(yīng)體積的研究。他通過各種不同氣體反應(yīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，參加反應(yīng)的氣體和反應(yīng)后產(chǎn)生的氣體的體積都有簡(jiǎn)單整數(shù)比關(guān)系。例如一體積氮?dú)夂鸵惑w積氫氣化合生成成兩體積氯化氫：一體積氯氣和兩體積氫化合生成兩體積水蒸氣：1-4 原子結(jié)構(gòu)的玻爾行星模型1-4-1 氫原子光譜1. 連續(xù)光譜(continuous spectrum)2. 線狀光譜( 原子光譜)(line spectrum)3. 氫原子可見光譜4 巴爾麥( J. Balmer) 經(jīng)驗(yàn)公式(1885): 譜線波長(zhǎng)的倒數(shù)

35、, 波數(shù)(cm -1).n :大于 2的正整數(shù) ，R H :常數(shù)，1.09677576107 m -1n = 3, 4 , 5, 6 分別對(duì)應(yīng)氫光譜Balmer 系中 H a 、 H b 、 H g 、 H d 、里得堡 (Rydberg) 瑞典 1913n 2 :大于n 1的正整數(shù)，：譜線的頻率 (s -1 ), R :里得堡(Rydberg)常數(shù)3.289 10 15 s-11-4-2 玻爾理論(1)行星模型(2)定態(tài)假設(shè)(3)量子化條件(4)躍遷規(guī)則1-5 氫原子結(jié)構(gòu)(核外電子運(yùn)動(dòng))的量子力學(xué)模型1-5-1 波粒二象性1. 光的波粒二象性對(duì)于光：P = mc = h n / c = h

36、/ l對(duì)于微觀粒子：l = h / P = h /m u2. 微粒的波粒二象性(Louis de Broglie,1924)1-5-2 德布羅意關(guān)系式P = h / l = h / m u1-5-3 海森堡不確定原理微觀粒子，不能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量其位置和動(dòng)量測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系式：A x-粒子的位置不確定量A u-粒子的運(yùn)動(dòng)速度不確定量1-5-4 氫原子的量子力學(xué)模型1 電子云2 電子的自旋3 核外電子的可能運(yùn)動(dòng)狀態(tài)4 4 個(gè)量子數(shù)(1)主量子數(shù) n , n = 1, 2, 3 正整數(shù)，它決定電子離核的遠(yuǎn)近和能級(jí)。 角量子數(shù)l , l = 0, 1,2, 3n- -1 ,以s , p , d , f對(duì)應(yīng)的能

37、級(jí)表示亞層，它決定了原子軌道或電子云的形狀(3) 磁量子數(shù)m ， 原子軌道在空間的不同取向，m = 0, 1,2, 3. l, 一種取向相當(dāng)于一個(gè)軌道，共可取2 l + 1 個(gè)數(shù)值。m 值反應(yīng)了波函數(shù)( 原子軌道) 或電子云在空間的伸展方向(4) 自旋量子數(shù)m s ， m s = 1/2, 表示同一軌道中電子的二種自旋狀態(tài)5 描述核外電子空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的波函數(shù)及其圖象1-6 基態(tài)原子電子組態(tài)(電子排布)1-6-1 構(gòu)造原理(1 )泡利原理每個(gè)原子軌道至多只能容納兩個(gè)電子；而且，這兩個(gè)電子自旋方向必須相反。或者是說，在同一個(gè)原于中，不可能有兩個(gè)電子處于完全相同的狀態(tài)，即原子中兩個(gè)電子所處狀態(tài)的四個(gè)

38、量子數(shù)不可能完全相同。(2 )洪特規(guī)則在 n 和 l 相同的簡(jiǎn)并軌道上分布的電子，將盡可能分占不同的軌道，且自旋平行。(3 )能量最低原理就是電子在原子軌道上的分布，要盡可能的使電子的能量為最低。1-6-2 基態(tài)原子電子組態(tài)1-7 元素周期系門捷列夫Mendeleev (1834-1907) ， 俄羅斯化學(xué)家。1834 年 2 月 8 日 生于西伯里亞的托波爾斯克城，1858 年從彼得堡的中央師范學(xué)院畢業(yè)，獲得碩士學(xué)位。1859 年被派往法國(guó)巴黎和德國(guó)海德爾堡大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究工作。1865 年，彼得堡大學(xué)授予他科學(xué)博士學(xué)位。1869 年發(fā)現(xiàn)化學(xué)元素周期律。1907 年 2 月 2 日 逝

39、世。1 元素周期表概述門捷列夫元素周期律：化學(xué)元素的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)隨著元素原子量的遞增呈現(xiàn)周期性的變化。元素周期表是化學(xué)元素周期律的具體表現(xiàn)，是化學(xué)元素性質(zhì)的總結(jié)。元素周期表中的三角關(guān)系：門捷列夫預(yù)言：(1) 鎵、鈧、鍺、釙、鐳、錒、鏷、錸、锝、鈁、砹和稀有氣體等多種元素的存在。(2) 有機(jī)硅化合物的性質(zhì)。元素周期表的應(yīng)用：2 元素周期律理論的發(fā)展過程(1) 1869 年門捷列夫提出元素周期律，并預(yù)言了鈧、鎵、鍺的存在。(2) 1894-1898 年稀有氣體的發(fā)現(xiàn)，使元素周期律理論經(jīng)受了一次考驗(yàn)。(3) 1913 年莫斯萊的敘述：“化學(xué)元素的性質(zhì)是它們?cè)有驍?shù)(而不再是原子量)的周期性函數(shù)

40、”(4) 20 世紀(jì)初期，認(rèn)識(shí)到了元素周期律的本質(zhì)原因：“化學(xué)元素性質(zhì)的周期性來源于原子電子層結(jié)構(gòu)的周期性”。19401974年提出并證實(shí)了第二個(gè)稀土族一舸系元素的存在。(6) 人類對(duì)元素周期律理論的認(rèn)識(shí)到目前并未完結(jié)，客觀世界是不可窮盡的，人類的認(rèn)識(shí)也是不可窮盡的。3. 元素在周期表中的位置與元素原子電子層結(jié)構(gòu)的關(guān)系3.1 元素的分區(qū)與原子的電子層結(jié)構(gòu)根據(jù)原子的電子層結(jié)構(gòu)的特征，可以把周期表中的元素所在的位置分為五個(gè)區(qū)。(1) s 區(qū)元素，最外電子層結(jié)構(gòu)是ns 1 和 ns 2 ，包括 IA 、 IIA 族元素。p區(qū)元素，最外電子層結(jié)構(gòu)是ns 2 np 1-6 ,從第mA族到第0族元素。d區(qū)

41、元素，電子層結(jié)構(gòu)是(n -1) d 1-9 ns 1-2 ,從第mB族到第皿類元素。(4) ds 區(qū)元素，電子層結(jié)構(gòu)是( n -1) d 10 ns 1 和 ( n -1) d 10 ns 2 ，包括第IB 、 IIB 族。(5) f 區(qū)元素，電子層結(jié)構(gòu)是( n -2) f 0-14 ( n -1) d 0-2 ns 2 ，包括鑭系和錒系元素。3.2 周期與原子的電子層結(jié)構(gòu)表 1 周期與能級(jí)組的關(guān)系周期 能級(jí)組能級(jí)組內(nèi)各原子軌道能級(jí)組內(nèi)軌道所能容納的電子數(shù)各周期中元素1一1 s222二2 s 2 p883三3 s 3 p884四4 s 3 d 4 p18185五5 s 4 d 5 p18186

42、六6 s 4 f 5 d 6 p32327七7 s 5 f 6 d 7 p3232(1)周期數(shù)= 電子層數(shù)= 最外電子層的主量子數(shù)n 。(2)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)。3.3族與原子的電子層結(jié)構(gòu)元素周期表中共有16 個(gè)族： 7 個(gè) A 族（主族）和7 個(gè) B 族（副族），還有1 個(gè)零族和1個(gè)第叩族?，F(xiàn)在國(guó)外把元素周期表劃分為18個(gè)族，不區(qū)分主族或副族，按長(zhǎng)周期表從左向右依次排列。各區(qū)內(nèi)所屬元素的族數(shù)與原子核外電子分布的關(guān)系見表2 。表 2 各區(qū)內(nèi)所屬元素的族數(shù)與原子核外電子分布的關(guān)系元素區(qū)域s 、 p 、 ds 區(qū)元素d區(qū)元素（其中第叩族只適用于Fe、Os ）f

43、 區(qū)元素元素族數(shù)等于最外電子層的電子數(shù)（ ns + np ）Ru 和 等于最外層電子數(shù)與次外層d 電子數(shù)之和 （ n -1） d + ns均為第m B族元素4. 現(xiàn)代各式元素周期表4.1 短式周期表4.2 寶塔式周期表4.3 環(huán)形和扇形周期表4.4 長(zhǎng)式周期表5. 未來的元素周期表表 3 具有雙幻數(shù)的核素核素名稱符號(hào)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)核素質(zhì)量氦-4He224氧-6O8816鈣-40Ca202040鉛-208Pb82126208類鉛-298EKPb114184298超鉛-482SpPb164318482表 4 周期與相對(duì)應(yīng)的核外電子排布的關(guān)系周期電子充填狀態(tài)電子數(shù)目元素種類數(shù)目11 s2222 s 2

44、 p8833 s 3 p8844 s 3 d 4 p181855 s 4 d 5 p181866 s 4 f 5 d 6 p323277 s 5 f 6 d 7 p323288 s 5 g 6 f 7 d 8 p505099 s 6 g 7 f 8 d 9 p50501-8 元素周期性1-8-1 原子半徑原子的大小以原子半徑來表示，在討論原子半徑的變化規(guī)律時(shí)，我們采用的是原子的共價(jià)半徑，但稀有氣體的原子半徑只能用范德華半徑代替。短周期內(nèi)原子半徑的變化（1、 2、 3周期）在短周期中，從左到右隨著原子序數(shù)的增加，核電荷數(shù)在增大，原子半徑在逐漸縮小。但最后到稀有氣體時(shí)，原子半徑突然變大，這主要是因

45、為稀有氣體的原子半徑不是共價(jià)半徑，而是范德華半徑。長(zhǎng)周期內(nèi)原子半徑的變化（4、 5周期）在長(zhǎng)周期中，從左向右，主族元素原子半徑變化的趨勢(shì)與短周期基本一致，原子半徑逐漸縮??；副族中的 d區(qū)過渡元素，自左向右，由于新增加的電子填入了次外層的（n1 ） d軌道上，對(duì)于決定原子半徑大小的最外電子層上的電子來說，次外層的d 電子部分地抵消了核電荷對(duì)外層ns 電子的引力，使有效核電荷增大得比較緩慢。因此，d 區(qū)過渡元素從左向右，原子半徑只是略有減小，縮小程度不大；到了 ds區(qū)元素，由于次外層的（n-1 ） d軌道已經(jīng)全充滿，d電子對(duì)核電荷的抵消作用較大，超過了核電荷數(shù)增加的影響，造成原子半徑反而有所增大。

46、同短周期一樣，末尾稀有氣體的原子半徑又突然增大。特長(zhǎng)周期內(nèi)原子半徑的變化（6、 7周期）在特長(zhǎng)周期中，不僅包含有d 區(qū)過渡元素，還包含有f 區(qū)內(nèi)過渡元素（鑭系元素、錒系元素），由于新增加的電子填入外數(shù)第三層的（n2 ） f軌道上，對(duì)核電荷的抵消作用比填入次外層的（n 1 ）d 軌道更大，有效核電荷的變化更小。因此f 區(qū)元素從左向右原子半徑減小的幅度更小。這就是鑭系收縮。由于鑭系收縮的影響，使鑭系后面的各過渡元素的原子半徑都相應(yīng)縮小，致使同一副族的第5 、6 周期過渡元素的原子半徑非常接近。這就決定了Zr 與 Hf 、 Nb 與 Ta 、 Mo 與 W 等在性質(zhì)上極為相似，難以分離。在特長(zhǎng)周期中

47、，主族元素、d 區(qū)元素、ds 區(qū)元素的原子半徑的變化規(guī)律同長(zhǎng)周期的類似。同族元素原子半徑的變化在主族元素區(qū)內(nèi)，從上往下，盡管核電荷數(shù)增多，但由于電子層數(shù)增多的因素起主導(dǎo)作用，因此原子半徑顯著增大。副族元素區(qū)內(nèi)，從上到下，原子半徑一般只是稍有增大。其中第5 與第 6 周期的同族元素之間原子半徑非常接近，這主要是鑭系收縮所造成的結(jié)果。1-8-2 電離能元素的第一電離勢(shì)越小，表示它越容易失去電子，即該元素的金屬性越強(qiáng)。因此，元素的第一電離勢(shì)是該元素金屬活潑性的一種衡量尺度。電離勢(shì)的大小，主要取決于原子核電荷、原子半徑和原子的電子層結(jié)構(gòu)。由上圖可見元素第一電離勢(shì)的周期性變化。在每一周期中，在曲線各最高

48、點(diǎn)的是稀有氣體元素，它的原子具有穩(wěn)定的8電子結(jié)構(gòu)，所以它的電離勢(shì)最高。而在曲線各最低點(diǎn)的是堿金屬元素，它們的電離勢(shì)在同一周期中是最低的，表明它們是最活潑的金屬元素。各周期其它元素的電離勢(shì)則介于這兩者之間。在同一周期中由左至右，隨著原子序數(shù)增加、核電荷增多、原子半徑變小，原子核對(duì)外層電子的引力變大，元素的電離勢(shì)變大。元素的金屬性慢慢減弱，由活潑的金屬元素過渡到非金屬元素。在每一族中自上而下，元素電子層數(shù)不同，但最外層電子數(shù)相同，隨著原子半徑增大，電離勢(shì)變小，金屬性增強(qiáng)。在I A族中最下方的葩有最小的第一電離勢(shì)，它是周期系中最活潑的金屬元素。而稀有氣體氦則有最大的第一電離勢(shì)。某些元素其電離勢(shì)比同周

49、期中相鄰元素的高，是由于它具有全充滿或半充滿的電子層結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性較高。例如 N 、 P 、 As （具有半充滿的軌道）， Zn 、 Cd 、 Hg （具有全充滿的（n-1）dns軌道）。1-8-3 電子親合能當(dāng)元素處于基態(tài)的氣態(tài)原子得到一個(gè)電子成為負(fù)一價(jià)陰離子時(shí)所放出的能量，稱為該元素的電子親合勢(shì)。元素的電子親合勢(shì)越大，表示它的原子越容易獲得電子，非金屬性也就越強(qiáng)?；顫姷姆墙饘僭匾话愣季哂休^高的電子親合勢(shì)。由于電子親合勢(shì)的測(cè)定比較困難，目前元素的電子親合勢(shì)數(shù)據(jù)不如電離勢(shì)數(shù)據(jù)完整，但從上面已有的數(shù)據(jù)仍不難看出，活潑的非金屬具有較高的電子親合勢(shì)，而金屬元素的電子親合勢(shì)都比較小，說明金屬在通常情況

50、下難于獲得電子形成負(fù)價(jià)陰離子。在周期中由左向右，元素的電子親合勢(shì)隨原子半徑的減小而增大，在族中自上而下隨原子半徑的增大而減小。 但由上表可知，VI A和VD A族的頭一個(gè)元素（氧和氟）的電子親合勢(shì)并非最大，而分別比第二個(gè)元素（硫和氧）的電子親合勢(shì)要小。這一反?，F(xiàn)象是由于氧、氟原子半徑最小，電子密度最大，電子間排斥力很強(qiáng)，以致當(dāng)加合一個(gè)電子形成負(fù)離子時(shí)，放出的能量減小。1-8-4 電負(fù)性元素的電離勢(shì)和電子親合勢(shì)都是只從一個(gè)方面反映了某原子得失電子的能力，只從電離勢(shì)或電子親合勢(shì)的大小來衡量金屬、非金屬的活潑性是有一定局限性的。實(shí)際上元素在形成化合物時(shí)，有的元素的原子既難于失去電子，又難于獲得電子，

51、如碳、氫元素等。因此在原子相互化合時(shí)，必須把該原子失去電子的難易程度和結(jié)合電子的難易程度統(tǒng)一起來考慮。因此把原子在分子中吸引電子的能力叫做元素的電負(fù)性。由上表可見元素的電負(fù)性呈現(xiàn)周期性變化。在同一周期中，從左到右，隨著原子序數(shù)增大，電負(fù)性遞增，元素的非金屬性逐漸增強(qiáng)。在同一主族中，從上到下電負(fù)性遞減，元素的非金屬性依次減弱。副族元素的電負(fù)性沒有明顯的變化規(guī)律。在周期表中，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)。一般來說，金屬元素的電負(fù)性在2.0 以下，非金屬元素的電負(fù)性在2.0 以上。根據(jù)元素電負(fù)性的大小，可以衡量元素的金屬性和非金屬性的強(qiáng)弱，但應(yīng)注意，元素的金屬

52、性和非金屬性之間并沒有嚴(yán)格的界限。1-8-5 氧化態(tài)元素的氧化數(shù)與原子的價(jià)層電子構(gòu)型或者說與價(jià)電子數(shù)有關(guān)。主族元素的氧化數(shù)在主族元素原子中，僅最外層的電子（即價(jià)電子）能參與成鍵，因此主族元素（氧、氟除外）的最高氧化數(shù)等于其原子的全部?jī)r(jià)電子數(shù)，還等于相應(yīng)的族數(shù)。主族元素的氧化數(shù)隨著原子核電荷數(shù)遞增而遞增。呈現(xiàn)周期性的變化。過渡元素的氧化數(shù)從HIBVDB族元素原子的價(jià)電子，包括最外層的S電子和次外層的 d電子都能參與成鍵，因此元素的最高氧化數(shù)也等于全部?jī)r(jià)電子數(shù)，亦等于族數(shù)。下面以第4周期的元素為例：從田BVDB族過渡元素的最高氧化數(shù)，隨著原子核電荷數(shù)遞增而遞增，呈現(xiàn)周期性變化。IIB族元素的最高氧

53、化數(shù)為 +2 , I B族和第叩族元素的氧化數(shù)變化不很規(guī)律。第 2 章 分子結(jié)構(gòu) 教學(xué)要求1 掌握離子鍵和共價(jià)鍵的基本特征和它們的區(qū)別。2 掌握價(jià)鍵理論，雜化軌道理論。3 掌握分子軌道理論的基本內(nèi)容。4 了解分子間作用力及氫鍵的性質(zhì)和特點(diǎn)。 教學(xué)重點(diǎn)1 VSEPR2 VB 法3 MO 法 教學(xué)難點(diǎn)MO 法 教學(xué)時(shí)數(shù) 8學(xué)時(shí) 主要內(nèi)容1 離子鍵：離子鍵的形成、離子的特征(電荷，半徑，構(gòu)型)2 .共價(jià)鍵：價(jià)鍵理論電子配對(duì)法(本質(zhì)，要點(diǎn)，飽和性，方向性，類型b鍵、冗鍵)。3 雜化軌道理論：雜化軌道理論的提出，雜化軌道理論的基本要點(diǎn)，雜化軌道的類型- sp 、 spd等各種類型及舉例。4 分子軌道理論：分子軌道理論的基本要點(diǎn)，分子軌道的能級(jí)圖，實(shí)例- 同核： H 2 、 He 、O2 、 F2 、 N2 ；異核：NO 、 HF 。5 共價(jià)鍵的屬性：鍵長(zhǎng)，鍵角，鍵能，鍵級(jí)。6 分子間的作用力和氫鍵。 教學(xué)內(nèi)容2-1 化學(xué)鍵參數(shù)和分子的性質(zhì) 分子結(jié)構(gòu)的內(nèi)容是：分子組成、分子空間結(jié)構(gòu)和分子形成時(shí)的化學(xué)鍵鍵參數(shù)：用各種不同的化學(xué)量對(duì)化學(xué)鍵的各種屬性的描述。鍵能：在101.3KPa ，298K 下，斷開1molAB 理想氣體成A 、 B 時(shí)過程的熱效應(yīng)，稱AB的鍵能，即離解能。記為H 0 298 ( AB )A