原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

1、原子構(gòu)造參數(shù)分為兩類：一類與氣態(tài)自由原子的性質(zhì)關(guān)聯(lián)，如I、Y、原子光譜線波長(zhǎng)等，與別的原子無(wú)關(guān)，數(shù)值單一；另一類是用來表征化合物中原子性質(zhì)的參數(shù)，如原子半徑，因原子并沒有明顯的邊界，原子半徑在化合物中才有意義，且隨化合物中原子所處環(huán)境不同而變。原子半徑的數(shù)值具有統(tǒng)計(jì)平均的含義，原子半徑包括：共價(jià)半徑(單鍵、雙鍵、三鍵)、離子半徑、金屬半徑和范德華半徑等等。3. 原子的電離能 衡量一個(gè)原子(或離子)喪失電子的難易程度，非常明顯地反映出元素性質(zhì)的周期性。 由圖可明顯反映出各族元素的化學(xué)性質(zhì)：(1)稀有氣體的I1總是處于極大值(完滿電子層)，堿金屬的I1處于極小值(原子實(shí)外僅一個(gè)電子)，易形成一價(jià)正

2、離子；堿土金屬的I1比堿金屬稍大，I2仍較小，所以易形成二價(jià)正離子。(2)除過渡金屬外，同一周期元素的I1根本隨Z增加而增大(半徑減小)；同一族中隨Z增加I1減?。灰虼酥芷诒碜笙陆墙饘傩宰顝?qiáng)，右上角元素最穩(wěn)定。(3)過渡金屬的I1不規(guī)那么地隨Z增加，同一周期中，最外層ns2一樣，核電荷加一，(n1)d軌道加一電子，所加電子大局部在ns以內(nèi)，有效核電荷增加不多，易失去最外層的s電子。I1和I2與Z的關(guān)系logI/eV習(xí)題P106：13,146. 相對(duì)論效應(yīng)對(duì)元素周期性質(zhì)的影響相對(duì)論效應(yīng)：光速的有限值與把光速看作無(wú)窮大時(shí)互相比較所產(chǎn)生的差異。 物質(zhì)的質(zhì)量隨運(yùn)動(dòng)速度而變： 相對(duì)論的穩(wěn)定效應(yīng)：重原子由

3、于運(yùn)動(dòng)速度快，質(zhì)量增大，軌道半徑收縮而使能量降低的效應(yīng)。 按Bohr模型，H原子1s電子：mv2/r=e2/40r2，mvr=nh/2，那么，mv=nh/2r v= e2/40r2r/nhe2/20hn，n=1，用原子單位，v=1au=2.187106m/s 只有光速的1/137，此時(shí)m為m0的1.00003倍，差異不大。 對(duì)于原子序數(shù)為Z的原子，1s電子的平均速度為v=Z/n=Zau，速度增大Z倍。如Hg原子，Z=80，m=1.23m0，由于r=n2h20 / me2Z，m增大，r收縮。 由于正交性，2s，3s，4s，5s，6s等軌道也必將產(chǎn)生大小相當(dāng)?shù)能壍朗湛s和相應(yīng)的能量降低效應(yīng)。第6周期

4、元素的許多性質(zhì)可用6s軌道上的電子具有特別大的相對(duì)論穩(wěn)定效應(yīng)來解釋。v6=Z6/6。(1)基態(tài)電子組態(tài)：第6周期d區(qū)元素價(jià)層電子由第5周期的4dn5s1變?yōu)?dn16s2 。(2)6s2惰性電子對(duì)效應(yīng)：Tl(6s26p1)、Pb(6s26p2)、Bi(6s26p3)在化合物中呈低價(jià)態(tài)， Tl比同族的In+半徑大，但兩個(gè)6s電子卻比In+更難電離。(3)Au和Hg的性質(zhì)差異：二者價(jià)電子構(gòu)造相似：Au4f145d106s1，Hg4f145d106s2，由于6s軌道收縮，能級(jí)顯著下降，與5d軌道一起形成最外層價(jià)軌道。因此Au具有類似鹵素的性質(zhì)(差一個(gè)電子即為滿殼層)，如在氣相中形成Au2,可生成Rb

5、Au和CsAu；Hg具有類似于稀有氣體的性質(zhì)，如氣態(tài)汞為單原子分子，I1Z曲線上處于極大值，金屬汞中原子間結(jié)合力一局部是范德華引力。與金相比：汞的密度為13.53，金的密度為19.32；汞的熔點(diǎn)為39，金的熔點(diǎn)高達(dá)1064；汞的熔化熱為2.30 kJ/mol，金的熔化熱為12.8 kJ/mol；汞的電導(dǎo)為10.4 kS/m，金的電導(dǎo)達(dá)426 kS/m；汞可存在Hg22+離子，此時(shí)與Au2是等電子體。(4)金屬的熔點(diǎn)由圖可見，從Cs到Hg，熔點(diǎn)先穩(wěn)定上升，到W到達(dá)最大，隨后下降。這是因?yàn)椋?s軌道能量的降低，使5個(gè)5d軌道和1個(gè)6s軌道一起組成價(jià)軌道。平均而言，每個(gè)原子的6個(gè)價(jià)軌道與周圍原子形成3個(gè)成鍵3個(gè)反鍵軌道。價(jià)電子數(shù)少于6時(shí)，全填在成鍵軌道上，隨價(jià)電子數(shù)增加，能量降低增多，結(jié)合力增強(qiáng)，熔點(diǎn)穩(wěn)步上升，到價(jià)電子數(shù)為6的W，3個(gè)成鍵軌道全滿，熔點(diǎn)最高；多于6個(gè)價(jià)電子時(shí)，填在反鍵軌道上，結(jié)合力隨電子數(shù)增加而減弱，熔點(diǎn)下降，至Hg，12