第7講-元素周期表

原子結(jié)構(gòu)1803,英國的道爾頓的原子學說1811,意大利的阿佛加德羅的分子假說德謨克里特一、認識原子結(jié)構(gòu)的歷史1.湯姆遜的原子模型1897發(fā)現(xiàn)電子2.1911年盧瑟福的原子模型－行星式原子的模型原子是由帶正電的連續(xù)體和在其內(nèi)部運動的負電子構(gòu)成α散射實驗：帶正電的連續(xù)體其實是一個非常小的核，而核外電子受這個核的吸引在核的外圍運動與經(jīng)典電磁理論、原子的穩(wěn)定性和線狀光譜發(fā)生矛盾焰火－熱致發(fā)光霓虹燈－電致發(fā)光1672年牛頓創(chuàng)造了光譜一詞（spectrum）1859年德國的基爾霍夫和本生發(fā)明了光譜儀，奠定了光譜學的基礎(chǔ)。使光譜分析成為認識和鑒定元素的重要手段，如銫、銣、氦、鎵、銦等等到20世紀初，人們只知道物質(zhì)在高溫或電作用下會發(fā)光，卻不知道發(fā)光機理：即知道每種元素有特定的光譜，卻不知道為什么不同元素有不同的光譜氫原子的光譜問題一只裝有氫氣的放電管，通過高壓電流，氫原子被激發(fā)后所發(fā)出的光經(jīng)過分光鏡，就得到氫原子的光譜，其特征是（1）不連續(xù)的線狀光譜（2）從長波到短波，譜線間的距離越來越小，表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。這是所有元素的光譜中最簡單的光譜1883年，巴爾麥經(jīng)猜想與嘗試，得出可見光區(qū)的經(jīng)驗方程里德堡改寫了巴爾麥的經(jīng)驗方程不久人們發(fā)現(xiàn)，氫的紅外光譜和紫外光譜的譜線同樣符合里德堡方程巴爾麥系，n1=2，可見光譜帕邢系，n1=3，紅外光譜萊曼系，n1=1，紫外光譜只有氫光譜及類氫原子光譜滿足1905年愛因斯坦的光子學說普朗克的量子化條件電子的波粒二象性1924年德布羅意3.玻爾的原子模型1927年海森堡的測不準原理Δx?ΔP≥h/4π=5.273×10－35kg?m2?s-1玻爾理論的四個要點1.行星模型2.定態(tài)假設(shè)：基態(tài)、激發(fā)態(tài)3.量子化條件L=nh/2πn=1,2,3,…躍遷規(guī)則E=-13.6/n2n=1,2,3,…原子的組成：1、核組成符號：的含義。XZAA=Z+NN=A-Z二、原子結(jié)構(gòu)：原子結(jié)構(gòu)原子的組成：1、核組成符號：的含義。XZA2、結(jié)構(gòu)示意圖(原子、離子)：①要標明核電荷數(shù)。②注意原子與離子結(jié)構(gòu)示意圖的不同。原子結(jié)構(gòu)原子的組成：1、核組成符號：的含義。XZA2、結(jié)構(gòu)示意圖(原子、離子)：3、同位素質(zhì)子數(shù)相同____化學性質(zhì)基本相同。中子數(shù)不同____有些物理性質(zhì)、核反應中的性質(zhì)、用途可能不同。同位素質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的不同原子的互稱。原子質(zhì)子數(shù)相同!中子數(shù)不同，即質(zhì)量數(shù)不同!核素：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。?同位素：同一元素的不同核素之間的互稱。即質(zhì)子數(shù)相同中子數(shù)不同的一類原子的互稱。怎樣區(qū)別？三、相對原子質(zhì)量與相對分子質(zhì)量同位素（核素）的相對原子質(zhì)量：指同位素（核素）的一個原子質(zhì)量與一個12C原子質(zhì)量的1/12的相對比值。

元素的相對原子質(zhì)量：

指某元素各天然同位素的相對原子質(zhì)量與該同位素原子所占的原子個數(shù)百分比（豐度）的乘積之和。Ar1×n1%+Ar2×n2%+……元素的近似相對原子質(zhì)量：

指某元素各天然同位素的質(zhì)量數(shù)與該同位素原子所占的原子個數(shù)百分比（豐度）的乘積之和。A1×n1%+A2×n2%+……⑴34.969________________⑵35_______⑶24.23%_______________⑷35.453_________________⑸35.485_____________________例1.據(jù)文獻記載，氯元素的相對原子質(zhì)量有關(guān)數(shù)據(jù)如下表，分析其中數(shù)據(jù)含義。35.485平均35.453平均24.23%3737Cl24.23%36.96637Cl75.77%3535Cl75.77%34.96935Cl原子相對原子質(zhì)量質(zhì)量數(shù)原子個數(shù)百分比元素近似相對原子質(zhì)量元素相對原子質(zhì)量C例2.

銻元素的相對原子質(zhì)量為121.760已知銻有與兩種天然同位素，下列說法正確的是（）A.121.760是一個銻原子的質(zhì)量與一個12C原子質(zhì)量的1/12的比值B.121.760是按銻的兩種天然同位素的質(zhì)量數(shù)與它們的原子百分比算出來的平均值C.天然存在的銻元素與的原子個數(shù)比約為31∶19D.的原子質(zhì)量與12C的原子質(zhì)量的比值是123∶1例3

研究證明，在活的生物體中C的放射性同位素，14C的含量保持不變，當此生物體死去后，14C會在其體內(nèi)不斷衰變而減少。因此，考古人員可通過測定古生物化石中14C的含量而確定古生物生活的年代。下列有關(guān)14C的敘述中正確的是()

（A）與C60為同素異形體（B）與12C互為同位素（C）與14N含的中子數(shù)相同 （D）與12C化學性質(zhì)不同B例4正電子、負質(zhì)子等都屬于反粒子，它們跟普通電子、質(zhì)子的質(zhì)量相等、電性相反?？茖W家設(shè)想在宇宙中可能存在完全由反粒子構(gòu)成的物質(zhì)即反物質(zhì)。你推測下列說法正確的是()(A)反氫原子由一個帶負電荷的質(zhì)子和一個帶正電荷的電子構(gòu)成(B)反氫原子可表示為H－(C)反氫原子是新發(fā)現(xiàn)的氫元素的一種同位素(D)若由兩個反氫原子形成的分子其相對質(zhì)量與重氫原子形成的D2分子相對質(zhì)量相等。(E)反物質(zhì)酸堿中和反應的通式的是

H－+OH＋=H2OAE1.1926年的薛定諤方程四、核外電子的運動狀態(tài)波函數(shù)1926年薛定諤根據(jù)波粒二象性的概念提出了一個描述微觀粒子運動的基本方程——薛定諤波動方程，它是一個二階偏微分方程。式中：Y叫波函數(shù)，E為體系的總能量，V為微粒勢能，h為普朗克常數(shù)，m為微粒的質(zhì)量，x、y、z為空間直角坐標。對氫原子體系來說，Y是描述氫原子核外電子運動狀態(tài)的數(shù)學表示式，是空間直角坐標(x.y.z)的函數(shù)。Y=f(x.y.z)；E為氫原子H的總能量；V為電子的勢能（即核對電子的吸引能）；m為電子質(zhì)量。

可見，量子力學是用波函數(shù)和與其對應的能量來描述微粒粒子運動狀態(tài)的。原子中既然是描述電子運動狀態(tài)的數(shù)學表示式，而且又是空間坐標的函數(shù)，Y=f(x.y.z)可以用其作圖，其空間圖象可以形象地理解為電子運動的空間范圍——俗稱“原子軌道（又稱原子軌函）”。波函數(shù)的空間圖像就是原子軌道，原子軌道的數(shù)學表示式是波函數(shù)，故波函數(shù)和原子軌道常作同義語使用。對氫原子，2、原子軌道角度分布圖Y

=f(x.y.z)，有四個量在空間不便作圖（即四維的），將直角坐標變?yōu)榍虬霃剑╮.θφ）然后利用數(shù)學中的變量分離法，將Y=f(r.θ.φ)分解為三個獨立函數(shù)方程再進行角度部分合并，即Y=R(r)·Y(θ.φ)。波函數(shù)就分成了徑向分布部分R(r)和角度分布部分（Y）。分布用的角度部分Y(θ.φ)作的圖稱為原子軌道的角度分布圖。注意圖中的“+”“－”不是正、負電，而是Y函數(shù)為正負值。3、電子云為了形象地表示核外電子運動的概率分布情況，化學上常用黑點分布的疏密來表示電子出現(xiàn)概率密度的相對大小。密——概率密度大，平均體積內(nèi)電子出現(xiàn)的機會多，用這種方法（小黑點的疏密）來描述電子在核外出現(xiàn)的概率密度分布所得的空間圖像稱電子云。由于概率密率ρ∝，若以作圖，可得到電子云的近似圖象。將的角度分布部分（）作圖，所得圖象稱為電子云角度分布圖。

要比較具體描述原子中各電子的狀態(tài)（電子所在的電子層，原子軌道能級，形狀，方向及電子自旋的方向等）則需要四個參數(shù)才行。1、主量子數(shù)（n）含義：（1）描述電子層離核的遠近；（2）描述電子層能量的高低。取值：取零以外的正整數(shù)，其中每一個數(shù)代表一個電子層。主量子數(shù)（n）：12345……電子層：第一層第二層第三層第四層第五層……電子層符號：KLMNO……n值越小，電子層離核越近，能量越低。2、副（角）量子數(shù)（l）含義：（1）在多電子原子中與n一起決定電子亞層的能量，l值越小，亞層能量越低。（2）每一個l值決定電子層中的一個亞層；（3）每一個l值代表一種電子云或原子軌道的形狀。取值：從0開始一直取到(n-1)的正整數(shù)副量子數(shù)(l):0123…（n-1）電子亞層符號:spdf…原子軌道（或亞層）：球形啞鈴形花瓣形3、磁量子數(shù)(m)含義：描述原子軌道或電子云在空間取向。4、自旋量子數(shù)（ms）含義：描述核外電子的自旋狀態(tài)(繞電子自身的軸旋轉(zhuǎn)運動）。綜合上述，對原子核外的電子運動狀態(tài)可用四個參數(shù)結(jié)合描述。

根據(jù)原子光譜實驗的結(jié)果和對元素周期系的分析、歸納，總結(jié)出核外電子分布的基本原理（兩個原理一個規(guī)則）：1、泡利（Pauli）不相容原理在同一原子中，不可能有四個量子數(shù)完全相同的電子存在。即每一個軌道內(nèi)最多只能容納兩個自旋方向相反的電子。五、核外電子的排布規(guī)律2、能量最低原理多電子原子處于基態(tài)時，核外電子的分布在不違反泡利原理前提下，總是盡先分布在能量較低的軌道，以使原子處于能量最低狀態(tài)。如N原子的電子排布式：1s22s22p33、洪特(Hund)規(guī)則原子在同一亞層的等價軌道上分布電子時，盡可能單獨分布在不同的軌道，而且自旋方向相同（或稱自旋平行）。這種分布時，原子的能量較低，體系穩(wěn)定如N原子的軌道表示式基態(tài)原子中電子的分布1、核外電子填入軌道的順序應用近似能級圖，并根據(jù)最低能量原理，可設(shè)計出核外電子填入軌道順序圖。據(jù)此順序圖，再根據(jù)“兩個原理一條規(guī)則”，可以準確無誤地寫出91種元素原子的核外電子分布式來。在110種元素中，只有19種元素原子層外電子的分布稍有例外