普通化學(xué)第九章 原子結(jié)構(gòu)和元素周期律

1、 第九章 原子結(jié)構(gòu)和元素周期律第一節(jié) 微觀粒子的運(yùn)動(dòng)特征第二節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)第三節(jié) 基態(tài)原子核外電子排布第四節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與元素周期律 2022/6/271原子的構(gòu)成、原子核的構(gòu)成是怎樣的? 物質(zhì)性質(zhì) 物質(zhì)結(jié)構(gòu) 分子結(jié)構(gòu) 原子結(jié)構(gòu) 物質(zhì)是由分子組成，分子是由原子組成，原子是由原子核和核外電子組成，原子核在化學(xué)變化中不發(fā)生變化，而核外的電子發(fā)生變化，因此要想搞清楚物質(zhì)結(jié)構(gòu)，必須搞清楚原子核外的電子排布。2022/6/2729-1-1 氫原子光譜和玻爾理論 一、氫原子光譜 太陽光、白熾燈光都是連續(xù)光譜。發(fā)光二極管等發(fā)出的光是不連續(xù)的光，呈線狀，又稱線狀光譜。 第一節(jié) 微觀粒子的運(yùn)動(dòng)特征The e

2、lectromagnetic spectrum 2022/6/273氫原子受激發(fā)而發(fā)出的光譜是線狀光譜，并且是最簡(jiǎn)單的一種原子光譜氫原子光譜特征:不連續(xù)的,線狀的. 有規(guī)律第一節(jié) 微觀粒子的運(yùn)動(dòng)特征2022/6/274 1913年，瑞典物理學(xué)家里德堡(JRRydberg)在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了概括譜線波長(zhǎng)之間關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式： = R( ) Rydberg方程11n12n22 里德堡方程計(jì)算出的氫原子光譜波長(zhǎng)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常一致，但里德堡不能解釋公式所用數(shù)值的意義。 二、玻爾理論 1913年由丹麥物理學(xué)家玻爾(MBohr)提出玻爾原子結(jié)構(gòu)理論： 1、原子中電子只能在一定的軌道上繞核運(yùn)動(dòng)，這種以核

3、為圓心的軌道是不連續(xù)的，軌道的角動(dòng)量必須是 h/2 的整數(shù)倍。電子在固定軌道上運(yùn)動(dòng)不吸收能量也不輻射能量。 2、電子在不同的定態(tài)軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子具有的能量是不同的，能量最低的叫基態(tài)，其他皆為激發(fā)態(tài)。第一節(jié) 微觀粒子的運(yùn)動(dòng)特征2022/6/275 En = 2.181018(Z2/n2) (J) rn = 52.9 (n2/Z) (pm) 式中Z為原子序數(shù)，n =1, 2, 3 的正整數(shù)。 n越大，電子能量越高它離核也就越遠(yuǎn)。 3、電子在軌道之間的運(yùn)動(dòng)是跳躍的，也稱為躍遷。原子中的電子從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)時(shí)，能量就以光子的形式放出，形成不連續(xù)光譜。 = E/h = (E2 E1)/h h =

4、6.6261034 Js (Plank常數(shù)） 玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜，并提出了原子能級(jí)和主量子數(shù)等概念，在精密分光鏡下發(fā)現(xiàn)每一條譜線均分裂為幾條靠得很近的譜線。在磁場(chǎng)內(nèi)，各譜線還可以分裂為幾條譜線譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)。波爾理論無法解釋。第一節(jié) 微觀粒子的運(yùn)動(dòng)特征2022/6/276最高能量軌道電子在這些定態(tài)軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，既不吸收能量又不放出能量。吸收能量，躍遷。放出能量，回到基態(tài)。第一節(jié) 微觀粒子的運(yùn)動(dòng)特征2022/6/277三 電子的波粒二象性 1、實(shí)物粒子的波粒二象性 9.1 實(shí)物粒子的運(yùn)動(dòng)特征 1924 年，法國(guó)年輕的物理學(xué)家 L. de Broglie ( 1892 1987 )指出

5、，對(duì)于光的本質(zhì)的研究，人們長(zhǎng)期以來注重其波動(dòng)性而忽略其粒子性；與其相反，對(duì)于實(shí)物粒子的研究中，人們過分重視其粒子性而忽略了其波動(dòng)性。 L. de Broglie 從 Einstein 的質(zhì)能聯(lián)系公式 E = m c 2 和光子的能量公式 E = h 的聯(lián)立出發(fā)，進(jìn)行推理：l=l=n=hmcchmchmc22 用 P 表示動(dòng)量，則 P = mc ，故有公式2022/6/278 式子的左側(cè)動(dòng)量 P 是表示粒子性的物理量，而右側(cè)波長(zhǎng) 是表示波動(dòng)性的物理量。二者通過公式聯(lián)系起來。 de Broglie 認(rèn)為具有動(dòng)量 P 的微觀粒子，其物質(zhì)波的波長(zhǎng)為 ， 1927 年， de Broglie 的預(yù)言被電

6、子衍射實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，這種物 質(zhì)波稱為 de Broglie 波。 l=hP 研究微觀粒子的運(yùn)動(dòng)時(shí)，不能忽略其波動(dòng)性 。 微觀粒子具有波粒二象性。9.1 實(shí)物粒子的運(yùn)動(dòng)特征2022/6/279感光屏幕薄晶體片衍射環(huán)紋電子槍電子束 電子衍射實(shí)驗(yàn)示意圖用電子槍發(fā)射高速電子通過薄晶體片射擊感光熒屏，得到明暗相間的環(huán)紋，類似于光波的衍射環(huán)紋。9.1 實(shí)物粒子的運(yùn)動(dòng)特征2022/6/27109-1-3 、測(cè)不準(zhǔn)原理 海森堡的測(cè)不準(zhǔn)原理 （Heisenberg uncertainty principle ） 如果我們能設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確測(cè)定微粒的位置, 那就不能準(zhǔn)確測(cè)定其動(dòng)量, 反之亦然.如果我們精確地知道微粒

7、在哪里, 就不能精確地知道它從哪里來, 會(huì)到哪里去;如果我們精確地知道微粒在怎樣運(yùn)動(dòng), 就不能精確地知道它此刻在哪里.x p h/(4) 具有波粒二象性的電子，已不再遵守經(jīng)典力學(xué)規(guī)律，它們的運(yùn)動(dòng)沒有確定的軌道，只有一定的空間幾率分布，即電子的波動(dòng)性與其微粒行為的統(tǒng)計(jì)性規(guī)律相聯(lián)系. 因此, 實(shí)物的微粒波是概率波, 性質(zhì)上不同于光波的一種波. 波動(dòng)力學(xué)的軌道概念與電子在核外空間出現(xiàn)機(jī)會(huì)最多的區(qū)域相聯(lián)系. 但是，測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系不是限制人們的認(rèn)識(shí)限度，而是限制經(jīng)典力學(xué)的適用范圍，說明微觀體系的運(yùn)動(dòng)有更深刻的規(guī)律在起作用，這就是量子力學(xué)所反應(yīng)的規(guī)律.即不可能同時(shí)測(cè)得電子的精確位置和精確動(dòng)量 ！第一節(jié) 微觀粒

8、子的運(yùn)動(dòng)特征2022/6/2711 一、 波函數(shù)和量子數(shù) 為了描述電子在核外的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，1926年薛定諤(ESchrodinger)提出了粒子的波動(dòng)方程即薛定諤方程。但求解方程非常復(fù)雜。第二節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 波函數(shù)是描述原子核外空間電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)函數(shù)式。量子力學(xué)常借用經(jīng)典力學(xué)中描述宏觀物體運(yùn)動(dòng)的“軌道”概念，把波函數(shù)叫做原子軌道波函數(shù) = 薛定鍔方程的合理解 = 原子軌道 2022/6/2712( r，) = R( r ) Y(、)量子力學(xué)中描述核外電子 在空間運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)函數(shù)式，即原子軌道 E軌道能量（動(dòng)能與勢(shì)能總和 ）m微粒質(zhì)量，h普朗克常數(shù)x,y, z 為微粒的空間坐標(biāo)(x,y,z

9、) 波函數(shù)第二節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 對(duì)于由3個(gè)變量決定的波函數(shù)，在空間難以畫出其圖形，可以從角度部分和徑向部分來分別討論。2022/6/2713球坐標(biāo)：x = r sin cosy = y sin sinz = r cos(=0180, = 0360)徑向波函數(shù)R n, l (r) y n, l, m ( r, q, f ) =Y l,m ( q, f )角度波函數(shù)為了更方便求解波函數(shù)，常把直角坐標(biāo)方程換成球極坐標(biāo)方程。而( r，)又可分為隨( r )變化的徑向部分和隨角度 (，)變化的角度部分。第二節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2022/6/2714Schodinger方程是一個(gè)二階偏微分方程，可以

10、有無窮多的解 。需要引進(jìn)三個(gè)參量（量子數(shù)），才能解出確定的有意義的解（E和 ）。為了求出能真正代表電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的合理解，必須引入量子化條件，即三個(gè)量子數(shù), 是解薛定諤方程所引入的量子化條件. 主量子數(shù)（n） 角量子數(shù)（l） 磁量子數(shù)（m） 三個(gè)量子數(shù)是互相制約的，一組特定的 n、l、m 就可以解出一個(gè)相應(yīng)的波函數(shù) n,l,m , 也就得到一個(gè)相應(yīng)的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。第二節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2022/6/2715（1）主量子數(shù) n (principal quantum number)二、 描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的四個(gè)量子數(shù) 決定電子能量，對(duì)于氫原子及類氫離子的單電子體系，電子能量唯一決定于n 確定電子出

11、現(xiàn)幾率最大處離核的遠(yuǎn)近 不同的n 值，對(duì)應(yīng)于不同的電子殼層主量子數(shù)： 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7 電子層符號(hào)： K、L、M、N、O、P、Q 第二節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2022/6/2716 與角動(dòng)量有關(guān)，對(duì)于多電子原子, l 也與E 有關(guān) l 的取值 0，1，2，3n-1(亞層） s, p, d, f. l 決定了的角度函數(shù)的形狀（2） 角量子數(shù)l (angular momentum quantum umber) The allowed values for angular momentum quantum number, lnl1234亞層符號(hào)0000s111p22d3fs 軌道

12、球形p 軌道啞鈴形d軌道有兩種形狀第二節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2022/6/2717 與角動(dòng)量的取向有關(guān)，取向是量子化的 m可取 0，1, 2l 值決定了角度函數(shù)的空間取向 m 值相同的軌道互為等價(jià)（簡(jiǎn)并）軌道（3） 磁量子數(shù)m ( magnetic quantum number)The allowed values for magnetic quantum number, mLm軌道個(gè)數(shù) 0(s) 1(p) 2(d) 3(f) 0 1 0 1 2 1 0 1 2 3 2 1 0 1 2 31357簡(jiǎn)并度=2m+1第二節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2022/6/2718 p 軌道(l = 1, m =

13、+1, 0, -1) m 三種取值, 三種取向, 三條等價(jià)(簡(jiǎn)并) p 軌道.s 軌道(l = 0, m = 0 ) : m 一種取值, 空間一種取向, 一條 s 軌道.第二節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2022/6/2719d 軌道(l = 2, m = +2, +1, 0, -1, -2) : m 五種取值, 空間五種取向, 五條等價(jià)(簡(jiǎn)并) d 軌道.第二節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2022/6/2720 f 軌道 ( l = 3, m = +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3 ) : m 七種取值, 空間七種取向, 七條等價(jià)(簡(jiǎn)并) f 軌道.第二節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2022/6/2

14、721（4） 自旋量子數(shù) ms (spin quantum number) 描述電子繞自軸旋轉(zhuǎn)的狀態(tài) 自旋運(yùn)動(dòng)使電子具有類似于微磁體的行為 ms 取值+1/2和-1/2，分別用和表示 想象中的電子自旋 兩種可能的自旋方向: 正向(+1/2)和反向(-1/2) 產(chǎn)生方向相反的磁場(chǎng) 相反自旋的一對(duì)電子, 磁場(chǎng)相互抵消. Electron spin visualized第二節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2022/6/2722由上面的討論知道 n, l, m 一定, 軌道也確定例如: n =2, l =0, m =0, 2s n =3, l =1, m =0, 3pz n =3, l =2, m =0, 3d

15、z2核外電子運(yùn)動(dòng)軌道運(yùn)動(dòng)自旋運(yùn)動(dòng)與一套量子數(shù)相對(duì)應(yīng)（自然也有1個(gè)能量Ei)n lm ms第二節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2022/6/2723例：寫出與軌道量子數(shù) n = 4, l = 2, m = 0 的原子軌道名稱. 原子軌道是由 n, l, m 三個(gè)量子數(shù)決定的. 與 l = 2 對(duì)應(yīng)的軌道是 d 軌道. 因?yàn)?n = 4, 該軌道的名稱應(yīng)該是 4d. 磁量子數(shù) m = 0 在軌道名稱中得不到反映, 但根據(jù)我們迄今學(xué)過的知識(shí), m = 0 表示該 4d 軌道是不同伸展方向的 5 條 4d 軌道之一. Representations of the five d orbitals第二節(jié) 核外電子運(yùn)

16、動(dòng)狀態(tài) 2022/6/2724三、原子軌道和電子云空間圖象1、概率密度和電子云 （1）概率密度 波函數(shù)沒有明確直觀的物理意義，它是表示電子在核外空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)函數(shù)式。電子在某一瞬間會(huì)在何處出現(xiàn)，這是無法指定的，更是無法確定的。運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法是可以較直觀地看出電子在核外出現(xiàn)的機(jī)會(huì)的。 概率：電子在核外某空間區(qū)域出現(xiàn)機(jī)會(huì)的多少。 概率密度：電子在單位體積內(nèi)出現(xiàn)的幾率 (dN/dV)。 統(tǒng)計(jì)學(xué)有，概率密度 (dN/dV) 大小正比于電子波的波強(qiáng)大小| |2。 dN = | |2 dV 這樣幾率密度等同于電子波函數(shù)的波強(qiáng)，即幾率密度可用 | |2 來表示。第二節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2022/6/27

17、25（2）電子云 電子云：幾率密度 | |2 的大小可形象地用小黑點(diǎn)（表示電子出現(xiàn)的位置（假想）的疏密程度來表示。 | |2 大，對(duì)應(yīng)的點(diǎn)就多； | |2 小，對(duì)應(yīng)的點(diǎn)就少，這種由小黑點(diǎn)組成的圍繞核周圍的疏密有致的圖形就形象化地稱為電子云。第二節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2022/6/27262、原子軌道和電子云角度分布圖象 前面提到，波函數(shù)可以分解成徑向函數(shù) R( r ) 和角度函數(shù)Y(、) 部分，討論空間圖象時(shí)也只能分開討論。 （1）波函數(shù)的角度分布圖(與n無關(guān)，由m和l決定)zx+zx+zx+yx+ns 軌道npy 軌道npx 軌道npz 軌道 波函數(shù)的角度分布圖看出：所有的 s (l = 0

18、, m = 0)軌道形狀均為球形； p (l = 1; m = 0, 1) 軌道為雙球形組合，但有三個(gè)空間取向（m 有三個(gè)值）；d (l = 2; m = 0, 1, 2) 軌道的形狀為四個(gè)對(duì)頂橢圓球，有五個(gè)空間取向（m 有五個(gè)值）。第二節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2022/6/2727 （2）電子云的角度分布圖 由于 ( r，) = R( r ) Y(、)則 2( r，) = R2(r) Y2(、)以 Y2(、) 、 作圖即為電子云角度分布圖。zxzxzxyxY 2sY 2pyY 2pxY 2pz比較與說明原子軌道角度分布圖 電子云角度分布圖 Y(、) 、 作圖 Y2(、) 、 作圖 有正、負(fù)之分

19、 無正、負(fù)之分 比較“胖” 比較“瘦”第二節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2022/6/2728 （二）幾率徑向分布圖 幾率密度反映出空間各點(diǎn)附近單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)幾率的大小。 dN = | |2 dV 幾率 幾率密度 單位體積上式看出，幾率密度大，幾率不一定大。 對(duì)ns態(tài)來說，電子在空間出現(xiàn)的幾率圖形是球形。 dN = |ns |2 dV = 4r2 |ns |2 dr =D(r) dr D(r) = 4r2|ns |2 D(r) 的意義為：以核為中心，電子在離核半徑為 r，厚度為 dr 的薄球殼內(nèi)出現(xiàn)的幾率。第二節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2022/6/2729 D(r) ：徑向分布函數(shù) D(r) r 作

20、圖即為徑向分布函數(shù)圖。 (由n和 m決定，與l無關(guān))D(r) r 1sD(r) r 2s2pD(r) r 上圖為幾率徑向分布函數(shù)圖，此圖與幾率密度徑向分布圖完全不一樣。r 1s|ns |2r 2s|ns |2r 2p|ns |2 在D(r) r 圖中，峰數(shù)與主量子數(shù)和角量子數(shù)有關(guān)。 峰數(shù) = n - l 個(gè) 3s有3個(gè)，3p有2個(gè)，3d有1個(gè)，2p有1個(gè)。第二節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2022/6/2730D(r)r1s2s3sD(r)r3d3p3s 從上圖可以看出： （1）角量子數(shù) l 相同，主量子數(shù) n 不同時(shí)， n 增大時(shí)，電子離核的距離將增加。 （2）主量子數(shù) n 相同，角量子數(shù) l 不同

21、時(shí)， l 增大，則峰的個(gè)數(shù)就減少。 l 小時(shí)，電子在核附近出現(xiàn)的機(jī)會(huì)較多一些。圖1 l 相同， n不同時(shí)的比較圖2 n 相同， l 不同時(shí)的比較第二節(jié) 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2022/6/27319-3-1 多電子原子的能級(jí) 單電子體系：氫原子、類氫原子的離子等。 電子能量只決定于 n ，與 l 無關(guān)。即：En = 2.181018Z2n2(J)En = 13.6Z2n2或：(eV) 上式中 Z 為核電荷數(shù)，對(duì)氫原子來說，Z = 1 。 多電子體系：電子除與核有作用外，電子與電子之間也有作用。 所以，En = f ( n , l )， n 相同時(shí)， l 增大則 En 增大。第三節(jié) 基態(tài)原子核外電子

22、排布2022/6/2732 一、屏蔽效應(yīng) 在多電子原子中，各電子的能量不僅受到原子核的吸引作用而且還存在電子之間的排斥作用。我們將內(nèi)層電子對(duì)外層某個(gè)電子的排斥作用歸結(jié)為使有效核電荷降低的作用，這種使有效核電荷降低的作用稱為屏蔽效應(yīng)。En = 2.181018(Z)2n2(J) 上式中 (Z) 就是有效核電荷，這里 稱為屏蔽常數(shù)即被抵消的部分核電荷數(shù)。 屏蔽效應(yīng)的大小與電子的主量子數(shù)和角量子數(shù)有關(guān)，一般情況下，l 相同 n 不同時(shí)， n 值越大，電子離核越遠(yuǎn)，其受到的屏蔽作用也越大，能量就越高，如： E1s E2s E3s E2p E3p E4p 第三節(jié) 基態(tài)原子核外電子排布2022/6/273

23、3 多電子原子中，每個(gè)電子對(duì)其它電子起屏蔽作用，同時(shí)也被其它電子所屏蔽。 通常在原子核附近出現(xiàn)幾率較大的電子可以更好地回避其它電子的屏蔽，直接受到核的較強(qiáng)吸引，故能量較低。我們把外層電子鉆到內(nèi)層靠近原子核的能力稱為鉆穿效應(yīng)。 鉆穿效應(yīng)越大，該電子的能量越低。鉆穿效應(yīng)與原子軌道的徑向分布函數(shù)有關(guān)。相對(duì)于徑向分布函數(shù)圖來說，鉆穿效應(yīng)與其峰數(shù)有關(guān)。 3s、3p、3d 的主量子數(shù)相同，但角量子數(shù)不同， 3s 有三 個(gè)峰，其中有兩個(gè)峰靠核較近； 3p 有兩個(gè)峰，第一個(gè)峰離核稍遠(yuǎn)； 3d 只有一個(gè)峰，它比其它的第一個(gè)峰離核都遠(yuǎn)。這樣，鉆穿作用最強(qiáng)的為 3s，3p 次之， 3d 最差。它們的能量排序?yàn)?E3

24、s E3p E3d 二、鉆穿效應(yīng)第三節(jié) 基態(tài)原子核外電子排布2022/6/2734 當(dāng) n 與 l 都不相同時(shí)，有些軌道會(huì)發(fā)生能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象。 例如，在 4s 和 3d 軌道中 4s 軌道的能量就有可能比 3d 軌道能量低，即 E4s E3d 。這種能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象就是鉆穿效應(yīng)的結(jié)果。 特別要說明的是，能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象只發(fā)生在原子序數(shù)大于21以后的原子中，這是因?yàn)楫?dāng)電子填充到 4s 能級(jí)后，裝入 3d 能級(jí)的電子充當(dāng)內(nèi)層電子而屏蔽 4s (外層)的電子，使 4s電子能量升高了。 類似還有： E5s E4d E6s E4f E5d E6p 問題： l 相同，n 不同時(shí)如何說明？如： E2p E3p E4p

25、 n相同， l 不同時(shí)又如何說明？如： E3s E3p E3d l 不同，n 也不同又如何？如： E5s 金屬半徑 共價(jià)半徑dd第四節(jié) 原子的電子層結(jié)構(gòu)與元素周期律2022/6/2748 原子半徑（共價(jià)半徑）隨元素周期變化的規(guī)律： （1）同一周期主族元素： r左 r右 原因：同一周期主族元素的電子層相同，從左到右核電荷數(shù)增加，電子只增加在同一層上，同一層上的電子對(duì)核電荷屏蔽作用小，即有效核電荷增加較大，核對(duì)外層電子的吸引增大，因而原子半徑逐漸減小。 同一副族元素 r左 稍大于 r右，這種變化較慢。 原因：電子依次增加在次外層d軌道；而次外層d 軌道電子對(duì)核電荷的屏蔽作用大，原子半徑縮小的程度不

26、大。當(dāng)電子填滿到 (n-1)d10 或 (n-2)f14 時(shí)，屏蔽作用最大，原子半徑會(huì)突然增大。 鑭系收縮效應(yīng)： 鑭系元素隨著原子序數(shù)的增加， 電子依次 填 充 在(n-2)f 上，它們離核更近，屏蔽作用更大，使鑭系元素原子半徑變化更小。整個(gè)十五個(gè)元素從鑭到镥只縮小了11pm。第四節(jié) 原子的電子層結(jié)構(gòu)與元素周期律2022/6/2749 鑭系的原子半徑的這種超常規(guī)縮小使鑭系以后的各過渡元素的原子半徑都相應(yīng)縮小，至使同一副族的第五、六周期過渡元素的原子半徑相近、性質(zhì)相似，這種現(xiàn)象稱為鑭系收縮效應(yīng)。 （2）同一族主族元素： r下 r上 原因：各族由上到下，核電荷數(shù)增加，電子層數(shù)增多，最外層電子離核距

27、離增大，原子半徑增大。 副族元素的原子半徑從一到下變化不明顯，特別是第五、六周期的元素，它們的原子半徑非常接近。 例如：rV rNb rTarCr rMo rW第四節(jié) 原子的電子層結(jié)構(gòu)與元素周期律2022/6/2750 二、元素的電離能 ( I ) 定義：從一個(gè)基態(tài)的氣態(tài)原子或離子移去一個(gè)電子所需要的能量稱為元素的電離能。 從一個(gè)氣態(tài)中性原子移去一個(gè)電子形成一個(gè)正電荷的離子時(shí)所需要的最低能量稱為此元素的第一電離能；從一正離子上再稱去一個(gè)電子成為二價(jià)正離子所需要的能量稱為第二電離能，如類推。 Mg (g) Mg+ (g) + e I1 = 742 kJmol-1 Mg+ (g) Mg2+ (g)

28、 + e I2 = 1456 kJmol-1 Mg2+ (g) Mg3+ (g) + e I3 = 7746 kJmol-1顯然， I1 I2 I3 ，這說明什么呢？ 電離能是元素的最基本和最重要的性質(zhì)之一。元素的電離能越小表示它越容易失去電子，該元素的金屬性就越強(qiáng)，反之則相反。第四節(jié) 原子的電子層結(jié)構(gòu)與元素周期律2022/6/2751 元素第一電離能隨原子序數(shù)呈周期性變化關(guān)系： （1）同一周期主族元素從左至右第一電離能明顯增大。但副族元素的第一電離能變化略有增加，不過變化規(guī)律不甚明顯。 （2）同一主族元素從上到下第一電離能減小；副族元素的變化規(guī)律不一。 （3）同一周期中第一電離能變化有曲折。在Be、N和Mg、P等處，第一電離能出現(xiàn)一個(gè)比相鄰元素要大的小尖端。這是為什么？ 三、元素的電子親合能 (Y) 定義：元素的一個(gè)基態(tài)氣態(tài)原子得到一個(gè)電子形成氣態(tài)