第1章-原子結(jié)構(gòu)與元素周期律

第1章-原子結(jié)構(gòu)與元素周期律第一頁，共96頁。早在古希臘哲學(xué)家德謨克利特時(shí)代(460~370BC)，就開始了對(duì)“atom”的認(rèn)識(shí)(源于希臘，意為不可再分);到了十九世紀(jì)初，電子、x射線、放射性的發(fā)現(xiàn)，拉開了探索原子、分子內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的序幕。第二頁，共96頁。道爾頓原子論1805年,英國中學(xué)教師道爾頓明確地提出了他的原子論，提出了原子量的概念，發(fā)明了用來表示原子的符號(hào)(最早的元素符號(hào)),并用實(shí)驗(yàn)測定了一些元素的原子量。第三頁，共96頁。在1826年,瑞典化學(xué)家貝采里烏斯(C-L.Berzelius1779-1848)通過大量實(shí)驗(yàn)確定了當(dāng)時(shí)已知元素原子量，糾正了道爾頓原子量的誤值。元素道爾頓(1810)貝采里烏斯(1826）IUPAC(1997)O716.02615.9994Cl35.47035.4527F18.73 18.9984032N514.18614.00674S13.032.23932.066P931.43630.973761C5.412.2512.0107H111.00794As4275.32974.92160Pt100194.753195.078此外，貝采里烏斯用拉丁字母表達(dá)元素符號(hào)的方法,沿用至今。那么，元素的原子量是如何測量的呢？第四頁，共96頁。1-2相對(duì)原子質(zhì)量(原子量)元素、核素、同位素同位素豐度原子質(zhì)量、元素的相對(duì)原子質(zhì)量（原子量）第五頁，共96頁。元素、核素和同位素核素——具有一定質(zhì)子數(shù)和一定中子數(shù)的原子(的總稱)；已知的穩(wěn)定核素約280種；放射性核素中天然約30種，人工約1500種。核素符號(hào)——

左下角的數(shù)字是核素的質(zhì)子數(shù)，左上角為核素的質(zhì)量數(shù),如168O。

同位素元素——具有一定核電荷數(shù)(等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù))的原子(總稱)；單核素元素——在自然界中只有一種穩(wěn)定核素的元素，如199F；多核素元素——在自然界中有多種穩(wěn)定核素的元素,如11H（氕）、21H（氘）、31H（氚）質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同的原子第六頁，共96頁。同位素豐度某元素的各種天然同位素的分?jǐn)?shù)組成稱為同位素豐度(f)例如，多核素元素，如氧的同位素豐度為：f(16O)=99.76%,f(17O)=0.04%,f(18O)=0.20%單核素元素，如氟，同位素豐度為f(19F)=100%。第七頁，共96頁。原子質(zhì)量、元素的相對(duì)原子質(zhì)量（原子量）核素12C的原子質(zhì)量的1/12等于1u。1u=1.660566(9)×10-24g第八頁，共96頁。多核素元素的相對(duì)原子質(zhì)量（原子量）用Ar代表多核素元素的相對(duì)原子質(zhì)量，則：Ar=ΣfiMr,ifi——同位素豐度；Mr,i——同位素相對(duì)原子質(zhì)量

如Re有185Re（184.952977,37.298%）和187Re（186.955765,62.602%）兩種天然同位素，

由此得到的Re的相對(duì)原子質(zhì)量為：184.952977×0.37298%+186.955765×62.602%=186.02第九頁，共96頁。1-3原子的起源和演化(選讀)1.宇宙之初2.氫燃燒、氦燃燒、碳燃燒3.α過程、e過程4.重元素的誕生5.宇宙大爆炸理論的是非理論基礎(chǔ)存在爭議。第十頁，共96頁。1-4原子結(jié)構(gòu)的玻爾行星模型1-4-1氫原子光譜1859年，光譜儀在德國海德堡大學(xué)問世，從此，光譜分析成為認(rèn)識(shí)物質(zhì)和鑒定元素的重要手段。第十一頁，共96頁。普通光源的光譜氫原子光譜儀示意圖第十二頁，共96頁。2.氫原子光譜的特點(diǎn)編號(hào)(n)…

6543（1）譜圖為不連續(xù)的線狀光譜（2）從長波到短波，譜線的距離越來越?。?）譜線波長(λ)與編號(hào)(n)之間存在某種關(guān)系第十三頁，共96頁。兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式編號(hào)(n)…

6543A、巴爾麥(J.Balmer)經(jīng)驗(yàn)公式第十四頁，共96頁。ＲH為里德堡常數(shù)，其數(shù)值為1.09677×107m-1。其中n2>n1。當(dāng)ｎ1=2時(shí),所得到的是可見光譜的譜線,稱為巴爾麥系,當(dāng)n1=3,得到氫的紅外光譜,稱為帕遜系,當(dāng)n1=1,得到的是氫的紫外光譜,稱為拉曼系。只有氫光譜（類氫）有這種簡單的數(shù)學(xué)關(guān)系。B、里德堡公式(J.R.Rydberg1854-1919)第十五頁，共96頁。

氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)盧瑟福的原子模型普朗克的量子化學(xué)說愛因斯坦的光子學(xué)說根據(jù)經(jīng)典的物理學(xué)原理，原子光譜應(yīng)該是連續(xù)的，實(shí)驗(yàn)與理論的矛盾引起了物理學(xué)家、化學(xué)家們的濃厚興趣。的基礎(chǔ)上，建立了Bohr理論。1-4-2玻爾理論1913年，28歲的丹麥物理學(xué)家Bohr在第十六頁，共96頁。第十七頁，共96頁。玻爾理論的要點(diǎn)如下：1、行星模型

氫原子核外電子是處在一定的線性軌道上繞核運(yùn)行的，正如太陽系的行星繞太陽運(yùn)行一樣。2、定態(tài)假設(shè)假定氫原子的核外電子在軌道上運(yùn)行時(shí)具有一定的、不變的能量,不會(huì)釋放能量,這種狀態(tài)被稱為定態(tài)。能量最低的定態(tài)叫做基態(tài)；能量高于基態(tài)的定態(tài)叫做激發(fā)態(tài)?；鶓B(tài)激發(fā)態(tài)第十八頁，共96頁。3、量子化條件

玻爾假定，氫原子核外電子的軌道是不連續(xù)的，并且根據(jù)經(jīng)典力學(xué)原理推導(dǎo)出，在軌道上運(yùn)行的電子的角動(dòng)量為：這一要點(diǎn)稱為量子化條件n稱為量子數(shù)第十九頁，共96頁。4、躍遷規(guī)則

電子吸收光子就會(huì)躍遷到能量較高的激發(fā)態(tài)，反過來，激發(fā)態(tài)的電子會(huì)放出光子，返回基態(tài)或能量較低的激發(fā)態(tài)；光子的能量為躍遷前后兩個(gè)能級(jí)的能量之差，這就是躍遷規(guī)則。

hνhν電子的能量電子躍遷時(shí)釋放出的光的波長第二十頁，共96頁。玻爾理論的優(yōu)缺點(diǎn)缺陷：行星軌道和行星模型是玻爾未徹底拋棄經(jīng)典物理學(xué)的結(jié)果，用玻爾方法計(jì)算比氫原子稍復(fù)雜的氦原子的光譜便有非常大的誤差,因此它只能用來解釋氫原子光譜。學(xué)習(xí)任何理論模型的方法：要點(diǎn)，適用范圍；解決問題，缺陷。成功之處：核外電子處于定態(tài)時(shí)有確定的能量；原子光譜源自核外電子的能量變化。第二十一頁，共96頁。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—了解、初步理解1-5-1波粒二象性1-5-2德布羅意關(guān)系式1-5-3海森堡不確定原理1-5-4氫原子的量子力學(xué)模型第二十二頁，共96頁。物體只能按hν的整數(shù)倍一份一份地吸收或釋出光能,而不能是0.5,1.6,2.3等非整數(shù)倍。1900年普朗克提出了光的能量(E)與頻率(ν)的關(guān)系：E=hν(Plank公式，能量量子化概念)h=6.626×10-34J·s，普朗克常量；光的粒子性——普朗克能量量子化概念1-5-1光的波粒二象性第二十三頁，共96頁。地面吸收太陽能地面接收降水以一個(gè)個(gè)光子hu

完成,不能是非整數(shù)個(gè)光由不同頻率的光組成，hu值有大有小

黃光hu

值大，能量大紅光hu

值大，能量大以一個(gè)個(gè)雨滴(不是半個(gè)雨滴完成)“雨滴”有大有小大“雨滴”，落至地面時(shí)的動(dòng)能較大小“雨滴”，落至地面時(shí)的動(dòng)能較小類比第二十四頁，共96頁。光的粒子性—光電效應(yīng)及愛因斯坦的光子學(xué)說

每種金屬都有特征的臨界頻率,低于這一頻率不論其強(qiáng)度多大和照射時(shí)間多長,都不能導(dǎo)致光電效應(yīng)。按波動(dòng)理論，如果入射光弱，照射時(shí)間加長，電子也可以積累足夠的能量，飛出金屬表面。第二十五頁，共96頁。普郎克常數(shù)h將光的波粒二象性聯(lián)系在一起愛因斯坦用以下兩式表示光的波粒二象性:(P=mc，E=mc2)P=mc=E/c=h/c=h/

1905年,愛因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋：入射光本身的能量也按普朗克方程量子化,一束光線就是一束光子流.頻率一定的光子能量都相同,光的強(qiáng)度與每個(gè)光子的能量無關(guān)，只表明光子的數(shù)目大。

第二十六頁，共96頁。另一面誰來翻開？波的微粒性討論波的微粒性的學(xué)科量子力學(xué)幣錢幣的一面已被翻開！Einstein的光子學(xué)說Plank的量子論第二十七頁，共96頁。

1924年年輕的法國博士生德布羅意(LouisdeBroglie)在光的波粒二象性的啟發(fā)下,提出：一切實(shí)物微粒都具有波粒二象性，并導(dǎo)出公式:λ為波長m為實(shí)物粒子質(zhì)量v為實(shí)物粒子速度p為實(shí)物粒子動(dòng)量h為普朗克常量微粒波動(dòng)性的證據(jù)

—電子的衍射實(shí)驗(yàn)1927年美國的戴維森和杰爾麥通過電子衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了德布羅依的假設(shè)―電子的波動(dòng)性。1-5-2德布羅意預(yù)言—實(shí)物微粒的波動(dòng)性第二十八頁，共96頁。第二十九頁，共96頁。微觀粒子電子：宏觀物體子彈：我們選一個(gè)微觀粒子和一個(gè)很小的宏觀物體進(jìn)行一項(xiàng)計(jì)算：波長與x射線數(shù)量級(jí)相近m=1.0×10-2

kg,ν=1.0×103

m

?s-1λ=6.6×10-35m波粒二象性是否只有微觀物體才有？波長極短，難以察覺；第三十頁，共96頁。實(shí)物顆粒的質(zhì)量、速度與波長的關(guān)系實(shí)物質(zhì)量m/kg速度v/(m.s-1)波長λ/pm1V電壓加速的電子9.1×10-315.9×1051200100V電壓加速的電子9.1×10-315.9×1061201000V電壓加速的電子9.1×10-311.9×1073710000V電壓加速的電子9.1×10-315.9×10712He原子（300K）6.6×10-271.4×10372Xe原子（300K）2.3×10-252.4×10212壘球2.0×10-1301.1×10-22槍彈1.0×10-21.0×1036.6×10-23第三十一頁，共96頁。Δx·Δp≥h/(4π)具有波粒二象性的電子，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，服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。海森堡認(rèn)為不可能同時(shí)準(zhǔn)確測定運(yùn)動(dòng)微粒的位置和動(dòng)量或速度。位置測得越準(zhǔn)確，其速度測得越不準(zhǔn)確，反之亦然。1-5-3海森堡不確定原理第三十二頁，共96頁。對(duì)于不能同時(shí)確定位置與時(shí)間的事物，需要用“幾率”來描述。許多宏觀事物也需要用幾率才能描述。例如，一個(gè)技術(shù)穩(wěn)定的射箭選手，我們并不能肯定他射出的第幾根箭會(huì)射中靶心，但可以給出這根箭射中靶心的幾率。我們不知他每一根箭落在哪里，但是，可以得到射箭的幾率分布圖。

電子在核外空間各點(diǎn)出現(xiàn)的幾率也用分布圖描述。第三十三頁，共96頁。4.波爾理論的基本內(nèi)容3.Bohr理論的四個(gè)理論基礎(chǔ)5.德布羅意預(yù)言公式、海森堡不確定原理公式氫原子的光譜實(shí)驗(yàn)盧瑟福的原子模型普朗克的量子化學(xué)說E=hν愛因斯坦的光子學(xué)說①行星模型~~

氫原子核外電子是處在一定的線性軌道上繞核運(yùn)行的，正如太陽系的行星繞太陽運(yùn)行一樣。②定態(tài)假設(shè)~~

假定氫原子的核外電子在軌道上運(yùn)行時(shí)具有一定的、不變的能量,不會(huì)釋放能量,這種狀態(tài)被稱為定態(tài)。能量最低的定態(tài)叫做基態(tài)；能量高于基態(tài)的定態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。③量子化條件~~玻爾假定，氫原子核外電子的軌道是不連續(xù)的，并且根據(jù)經(jīng)典力學(xué)原理推導(dǎo)出，在軌道上運(yùn)行的電子的角動(dòng)量為：④躍遷規(guī)則~~電子吸收光子就會(huì)躍遷到能量較高的激發(fā)態(tài)，反過來，激發(fā)態(tài)的電子會(huì)放出光子，返回基態(tài)或能量較低的激發(fā)態(tài)；光子的能量為躍遷前后兩個(gè)能級(jí)的能量差。Δx·Δp≥h/(4π)第三十四頁，共96頁。

量子力學(xué)：研究微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科。

量子化：微觀粒子的物理量一份一份地進(jìn)行變化。量子：變化的最小份額。1-5-4氫原子的量子力學(xué)模型(難點(diǎn)，初步理解)電子也是一種微觀粒子，電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律能不能借助量子力學(xué)理論進(jìn)行描述呢？第三十五頁，共96頁。1926年，奧地利物理學(xué)家薛定諤(Schrodinger)提出了描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的薛定諤方程。*薛定諤方程中*

y

(x，y，z)，波函數(shù)(原子軌道)，描述微觀粒子(電子)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；

m是電子的質(zhì)量；h是普朗克常量；

E是能量，等于勢能(V)和動(dòng)能(E-V)之和；

y

2,電子云,表示微觀粒子(電子)在空間某點(diǎn)出現(xiàn)的幾率密度；一個(gè)小黑點(diǎn)：電子出現(xiàn)在核外空間的一次幾率；幾率密度越大，電子云圖像中小黑點(diǎn)越密。1s電子云圖第三十六頁，共96頁。為解薜定諤方程，描述電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，引入四個(gè)量子數(shù)(n,l,m,ms)，四個(gè)量子數(shù)確定后，即可定出電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。主量子數(shù)

n：決定原子軌道(電子云)的半徑；角量子數(shù)l：決定原子軌道(電子云)的形狀；磁量子數(shù)m：決定原子軌道(電子云)在空間的取向(伸展方向)；自旋量子數(shù)ms：決定電子的自旋運(yùn)動(dòng)方向。第三十七頁，共96頁。1.主量子數(shù)n—電子云在核外空間擴(kuò)展程度(遠(yuǎn)近，能量)

n

=1，2，3，4，5，6……

下限是1，無上限K、L、M、N、O，P……第一能層，第二能層，……n=1;n=2;n=3KLMN第三十八頁，共96頁。2.角量子數(shù)l

—電子云的形狀

l

=0，1，2，3……,n-1

取值下限是0，上限為n-1，共n個(gè)取值；s,p,d,f,……第三十九頁，共96頁。3.磁量子數(shù)

m——電子云在空間的伸展方向

m：0;-1,0,+1;-2,-1,0,+1,+2;-3,-2,-1,0,1,2,3

-l…

…0……+l

取值下限為-l，上限為+l，共2l+1個(gè)取值！取值個(gè)數(shù):1,3,5,7

s,

p,d,

f

spx,py,pz

dxy,dyz,dxz,dx2-y2,dz2第四十頁，共96頁。當(dāng)n，l，m三個(gè)量子數(shù)確定后，原子軌道y

(n,l,m)即可確定。

3dxy,3dyz,3dxz,3dx2-y2,3dz2

2px,2py,2pzy(3,2,2)

y(3,2,1)Y(3,2,0)Y(3,2,-1)Y(3,2,-2)(2,1,1)

y(2,1,0)

y

(2,1,-1)+++-y(1,0,0)

+-++---++--++--++---++第四十一頁，共96頁。y

n,l,mn=1：1s

1,0,0n=2：2s,2p

2,0,0;2,1,-1；2,1,0；2,1,+1n=3：3s，3p,3d

3,0,0;3,1,(-1,0,+1);3,2,(-2,-1,0,+1,+2)n=4：4s,4p,4d,4f

？？？？

第四十二頁，共96頁。同一原子軌道，最多容納兩個(gè)電子，且自旋相反?！?+?

)、↓

(-?)4.電子的自旋ms

只有↑或↓兩種自旋方式第四十三頁，共96頁。

能層軌道空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)可能運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)(自旋)n=1 1s 12n=22s 1 22px,2py,2pz36n=33s 1 23px,3py,3pz3 63dxy,3dyz,3dxz,3dx2-y2,3dz2510n=44s1個(gè)軌道124p3個(gè)軌道3 64d5個(gè)軌道5104f 7個(gè)軌道714n22n2n2n22n22n2當(dāng)n,l,m確定時(shí)，可確定原子軌道(電子的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài))；確定電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，還需要考慮ms，同一軌道，最多容納2個(gè)電子；5.電子的可能運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)第四十四頁，共96頁。主量子數(shù)n1)含義(能層，電子層)①n的取值主要確定電子的能量高低；

氫原子中電子的能量完全由n決定

②描述核外電子運(yùn)動(dòng)的空間范圍；③n相同的電子為同一電子層；6.四個(gè)量子數(shù)的含義、取值與符號(hào)2)n的取值和符號(hào)：n=1,2,3,4,5,6,7…

K，L，M，N，O，P，Q…電子層符號(hào)第四十五頁，共96頁。角量子數(shù)l1)含義①確定原子軌道的形狀②多電子原子中，和主量子數(shù)n一起決定電子能級(jí)；2)取值、符號(hào)和原子軌道的形狀l=0,1,2,3,4,…n－1共n個(gè)取值

s,p,d,f,g……

形狀：？？？第四十六頁，共96頁。磁量子數(shù)m1)含義決定原子軌道在空間的取向(伸展方向)；2)m的取值和符號(hào)：

l=0m=0s

l=1m=-1,0,1px,py,pz

l

m=-l…0…+l取向2l+1個(gè)第四十七頁，共96頁。自旋磁量子數(shù)ms1)含義:描述電子的自旋運(yùn)動(dòng)；2)取值:+?，－?符號(hào)：↑,↓第四十八頁，共96頁。222zyxr++=cosrz=qsinsinry=φqcossinrx=φqA(x,y,z)qfrzxyBO5.直角坐標(biāo)波函數(shù)y

(x,y,z)到球坐標(biāo)y

(r,θ,φ)的轉(zhuǎn)化CD第四十九頁，共96頁。Y

=f(x,y,z)描述電子在核外空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

轉(zhuǎn)換成球坐標(biāo)Y

=f(r,q,f

)

分解Y

=R(r)·Y(q,f

)波函數(shù)徑向分布部分角度分布部分|y|2=D(r)·Y

2(q,f)電子云的徑向分布部分

角度分布部分電子云分布圖第五十頁，共96頁。6.電子云的徑向分布部分D(r)的圖像D(r)的物理意義：離核為r的“無限薄球殼”上電子出現(xiàn)的幾率。D(r)第五十一頁，共96頁。氫原子核外電子的D(r)圖像3s3d3p2s2p1sD(r)的函數(shù)圖像D(r)函數(shù)圖像的峰值個(gè)數(shù)？D(r)D(r)D(r)D(r)D(r)D(r)第五十二頁，共96頁。原子軌道和電子云角度分布圖像：s軌道Yp軌道YY2Y2第五十三頁，共96頁。d軌道Y圖像|Y|2第五十四頁，共96頁。電子云分布圖D(r)·Y

2(q,f)

=|y|2

2s3s3pD(r)D(r)D(r)2pD(r)第五十五頁，共96頁。1-6基態(tài)原子電子組態(tài)(電子排布)原子中所有電子占據(jù)軌道的情況例如,K(Z=19)原子的基態(tài)電子組態(tài)。K1s22s22p63s23p6

4s1(或[Ar]4s1)最后的電子為什么不是填充在3d，而是4s軌道？第五十六頁，共96頁。多電子原子的原子軌道的能級(jí)4s<4p<4d<4f

3s<3p<3d

2s<2p1s>>>>>>4s、3d能量孰大孰小？說明除了n之外，l對(duì)能量也有貢獻(xiàn)E3d>E4s第五十七頁，共96頁。為什么E3d>E4s

？從圖中可看出4s軌道比3d軌道鉆得深，可以更好地回避其它電子的排斥，導(dǎo)致4s軌道上電子的能量比較低，所以填充電子時(shí)先填充4s電子——鉆穿效應(yīng)。第五十八頁，共96頁。n相同時(shí)，l越小(n–l越大)，鉆穿效應(yīng)越明顯,能量越低。鉆穿效應(yīng)使能量降低：Ens＜Enp＜End＜Enf強(qiáng)弱鈉原子的電子云徑向分布圖第五十九頁，共96頁。任何一個(gè)電子都處在原子核和其余兩個(gè)電子的共同作用之中。其余兩個(gè)電子對(duì)選定的電子的排斥作用屏蔽了原子核的吸引。如：鋰原子核外的三個(gè)電子是1s22s1屏蔽效應(yīng)

其他電子對(duì)選定電子的排斥，相當(dāng)于降低了核電荷對(duì)指定電子的吸引力，稱為屏蔽效應(yīng)。屏蔽效應(yīng)的大小用屏蔽常數(shù)表示

—“屏蔽常數(shù)”

Z-=Z*—有效核電荷第六十頁，共96頁。有效核電荷Z*

HHe1s11.70

LiBeBCNOFNe1s2.703.704.705.706.707.708.709.702s,2p1.301.952.603.253.904.555.205.85

NaMgAlSiPSClAr1s10.7011.7012.7013.7014.7015.7016.7017.702s,2p6.857.858.859.8510.8511.8512.8513.853s,3p2.202.853.504.154.805.456.106.75第六十一頁，共96頁。1-6-2構(gòu)造原理(buildingupprinciple)

—基態(tài)原子電子排布的依據(jù)—Pauli原理、Hund規(guī)則和能量最低原理(1)Pauli原理

一個(gè)軌道最多容納2個(gè)電子，且自旋相反，不可能存在4個(gè)量子數(shù)完全相同的電子；7N1s3

2s3

2p1

↑↑↑

↑↑↑

↑1s22s2

2p3

↑↑

↑↑2p31s22s22p3

↑↓

↑↓

2px22py12pz0

↑↓

↑

第六十二頁，共96頁。(2)洪特規(guī)則電子總是首先自旋平行地、單獨(dú)地填入簡并軌道(能量相同的軌道)。7N

1s22s2

2px2,2py1,2pz0

↑↓

↑↓

↑↓

↑

1s22s22px1,2py1,2pz1

↑↓

↑↓

↑

↑

↑9F1s22s2

2px2,2py2,2pz2

↑

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓排布合理么？第六十三頁，共96頁。(3)能量最低原理

原子中的電子總是優(yōu)先占據(jù)能量最低的軌道,占滿能量較低的軌道后再進(jìn)入能量較高的軌道。9F1s22s2

2px2,2py2,2pz2

↑↓

↑↓

↑↓↑↓↑

第六十四頁，共96頁。多電子原子軌道的能量——Pauling能級(jí)組圖能量2.E4s＜E3d“能級(jí)交錯(cuò)”軌道的能量高低如何計(jì)算？1.4s<4p<4d<4f

說明n，l對(duì)能量都有貢獻(xiàn)特點(diǎn)：單電子原子軌道的能量4s4p4d4f3s3p3d2s2p1s第六十五頁，共96頁。①將（n+0.7l）值由小到大排列即可得出軌道的能級(jí)高低;能級(jí)組

1234561s,2s,2p,

3s,3p,4s,3d,4p,

5s,4d,5p,6s,4f,5d,6p軌道的能量高低次序：1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,4f,5d,6pK1s22s22p63s23p64s1(或[Ar]4s1)n+0.7l規(guī)則②將(n+0.7l)值的整數(shù)部分相同的能級(jí)并為一組，可得6個(gè)能級(jí)組。第六十六頁，共96頁。24Cr1s22s22p63s23p63d44s2

1s22s22p63s23p63d54s1

42Mo1s22s22p63s23p63d104s24p64d45s2

1s22s22p63s23p63d104s24p64d55s1Cr和Mo的組態(tài)為(n-1)d5ns1,而不是(n-1)d4ns2,稱為“半滿規(guī)則”。

29Cu1s22s22p63s23p63d104s1

47Ag1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1

79Au1s2···4s24p64d104f145s25p65d106s1Cu、Ag、Au電子組態(tài)為(n-1)d10ns1,而不是(n-1)d9ns2,稱為“全滿規(guī)則”。半滿規(guī)則和全滿規(guī)則都是不符合構(gòu)造原理的情況。第六十七頁，共96頁。Atom

Spectrumexperimentalorder

Cr

Mo

Cu

Ag

Au

[Ar]3d

54s

1

[Kr]4d

55s

1

[Ar]3d

104s

1

[Kr]4d

105s

1

[Xe]4f14

5d106s

1

釩(Z=23)之后的原子有時(shí)出現(xiàn)例外，周期系中約有20個(gè)原子的電子排布不符合構(gòu)造原理：24(Cr),29(Cu)

，41(Nb)，42(Mo),44(Ru)，45(Rh)，46(Pd),47(Ag)，57(La)，58(Ce)，78(Pt),79(Au)第六十八頁，共96頁。元素周期律：規(guī)律

隨核內(nèi)質(zhì)子數(shù)遞增，核外電子呈現(xiàn)周期性排布，元素性質(zhì)呈現(xiàn)周期性遞變。元素周期表：表格、用表格的方式表現(xiàn)體系的規(guī)律。1-7元素周期系1-7-1元素周期律及元素周期表第六十九頁，共96頁。H

LiBeBCNOF

NaMgAlSiPSCl

KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBr

RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeI

CsBaLaHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBi

1869年，門捷列夫在總結(jié)對(duì)比當(dāng)時(shí)已知的60多種元素的性質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)化學(xué)元素之間的本質(zhì)聯(lián)系，建立了門捷列夫周期表。第七十頁，共96頁。維爾納長式周期表周期表由主表和副表組成。主表：完整的第1，2，3，4，5周期和不完整的第6、7周期。副表：鑭系元素和錒系元素1-7-2元素周期表第七十一頁，共96頁。周期能級(jí)組同周期元素的數(shù)目第一周期1s2(1~2)特短周期第二周期2s2p8(3~10)短周期第三周期3s3p8(11~18)短周期第四周期4s3d4p18(19~36)長周期第五周期5s4d5p18(37~54)長周期第六周期6s4f5d6p32(55~86)特長周期第七周期7s5f6d……?(87~)未完周期①周期：周期表的一個(gè)橫行。②一個(gè)周期，就是一個(gè)能級(jí)組。③各周期中元素的數(shù)目——每個(gè)能級(jí)組中能容納的電子數(shù)。④元素所在的周期——能級(jí)中最大的的主量子數(shù)。第七十二頁，共96頁。周期表的18縱列與族相對(duì)應(yīng)，分主族(A族)和副族(B族)。(IUPAC)123456789101112131415161718(U.S.)IAIIA

IIIBIVBVBVIBVIIBVIIIIBIIBIIIAIVAVAVIAVIIA0IUPAC:InternationalUnionofPureandAppliedChemistry國際理論和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)第七十三頁，共96頁。維爾納長式周期表1141161181234567钅钅钅钅喜波黑麥盧钅杜钅鑭系錒系鈁鐳鈮鉭銀金鎘汞銦鉈錫鉛銻鉍碲釙砹氡氙碘鑭鈰鐠釹钷釤銪釓鋱鏑鈥鉺銩鐿镥錒釷鏷鈾镎钚镅鋦锫锎锿鐨锘鐒鍆銣銫鍶鋇釔鋯鉿鉬鎢锝錸釕銠鈀鋨銥鉑氫鋰氦鈹硼碳氮氧氟氖鈉鎂鋁硅磷硫氯氬鉀鈣鈧鈦釩鉻錳鐵鈷鎳銅鋅鎵鍺砷硒溴氪AcThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLrZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXeHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRnIBIAIIAIIIAIVAVAVIAVIIAVIIIIIBIIIBIVBVBVIBVIIBRfDbSgBhHsMtUunUuuUubAc-LrLaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLuHHeLiBeBCNOFNeNaMgAlSiPClSArKCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKrRbCsFrSrBaRaYLaLu-1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859606162636465666768697071727374757677787980818283848586878889909192939495969798991001011021031041051061071081091101111125789103--71第七十四頁，共96頁。1.分區(qū)——元素分區(qū)與原子的電子結(jié)構(gòu)的關(guān)系主表：s區(qū)，p區(qū)，d區(qū)，ds區(qū)~4個(gè)區(qū)；副表：f區(qū)(鑭系和錒系)。s區(qū)ⅠA、ⅡA族ns1~2

p區(qū)IIIA－0族ns2np1~6d區(qū)IIIB－VIII族(n－1)d1~9ns1~2ds區(qū)ⅠB、ⅡB族(n－1)d10ns1~2f區(qū)鑭系、錒系元素(n－2)f1~14(n－1)d0~2ns2第七十五頁，共96頁。2.P區(qū)右上角的非金屬三角區(qū)

112種元素中，21種非金屬(包括稀有氣體)半金屬、準(zhǔn)金屬硅：非金屬，半導(dǎo)體；鍺：金屬，半導(dǎo)體;砷：非金屬，有金屬型的同素異形體；銻：金屬，導(dǎo)電性差。準(zhǔn)金屬非金屬金屬第七十六頁，共96頁。1-8元素周期性(重點(diǎn))1-8-1原子半徑1-8-2電離能1-8-3電子親合能1-8-4電負(fù)性1-8-5氧化態(tài)第七十七頁，共96頁。原子半徑的測量方法＊量子力學(xué)理論計(jì)算——原子最外層原子軌道電荷密度(即D函數(shù))最大值所在的球面為原子半徑(軌道半徑)。＊宏觀物性測定——＊結(jié)構(gòu)測定，核間距——共價(jià)半徑；金屬半徑；范德華半徑：1-8-1原子半徑注：不同概念的原子半徑混在一起比較是毫無意義的。第七十八頁，共96頁。影響原子半徑的因素

①核電荷Z↑,r↘(主導(dǎo))

②電子數(shù)目增加，電子間斥力↑，r↑

結(jié)論：r↘d5,d10,f7,f14全滿，半滿時(shí)r往往會(huì)↑同周期:(左→右)第七十九頁，共96頁。變化規(guī)律①短周期，主族元素ns1~2

np0，ns2np1~6總趨勢：r↘減幅：LiF(7種元素)共減小88pm②長周期，過渡元素(d電子加在(n-1)層)(n－1)d1~9

ns2總趨勢：↘

，（Zn,Cu)Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,144,132,122,118,117,117,116,115,117,125減幅：ScCu(9種元素)共減小27pm第八十頁，共96頁。③特長周期,內(nèi)過渡元素(n－2)f1~14

(n－1)d0ns2La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,

169,165,164,164,163,162,185,162,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu161,160,158,158,158,170,158總趨勢：↘減幅：LaLu(15個(gè)元素)，共減11pmf電子加在(n-2)層,鑭系收縮短周期、長周期、特長周期半徑都有降低的趨勢，但降低的幅度不同。第八十一頁，共96頁。1.影響原子半徑的因素

①核電荷，Z↑,r↘

②核外電子的增加，

n↑，r↑(主導(dǎo))總趨勢：上→下，r↑同族：(從上到下)第八十二頁，共96頁。2.變化規(guī)律：

①主族，n↑,r↑IALi,123,

Na,154,K,203,Rb,216,Cs，235IVBTi,132Zr,160Hf,159②副族由于鑭系收縮，第5、6周期半徑接近。主族元素：從上到下r增大，如Li→Cs增加112pm。過渡元素：從上到下r略有增大(偶有減小)Ti→Hf增加27pm。第八十三頁，共96頁。IAIIAIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIIBIIBKCaScTiVCrMnFeCoNiCuZn203,174,144,132,122,117,117,116.5,116,115,128,133.2RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCd216,191,182,160,147,140,135,134,134,137,144,148.9CsBa…LuHfTaWReOsIrPtAuHg235,198,…173.5,159,147,141,137,135,136,139,137,160原子半徑第八十四頁，共96頁。A(g)-e－→A+(g)I1=△E1=E(A+,g

)－E(A,g)第一電離能（I

1）:氣態(tài)中性基態(tài)原子失去一個(gè)電子轉(zhuǎn)化為氣態(tài)基態(tài)正離子所需吸收的能量。

1-8-2電離能(I)A+(g)-e－→A2+(g)I2=△E2

=E(A2+)–E(A+)第二電離能（I

2）:由+1價(jià)氣態(tài)正離子失去電子成為+2價(jià)氣態(tài)正離子所需的能量。第八十五頁，共96頁。例如：I1<<I2<I3正值吸收能量第八十六頁，共96頁。第一電離能，I1

第八十七頁，共96頁。第一電離能，I1

半滿和全滿結(jié)構(gòu)，I1大：

N、P、As、Sb(ns2

np3)半滿，Be、Mg(ns2

np0)全滿。稀有氣體(ns2

np6)的

I1比同周期都大第八十八頁，共96頁。3.數(shù)值特點(diǎn)

①正值,吸收能量。②電離能與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系Li(1s22s1)I1<<I2<I3……

B(1s22s2

2p1)I1<<I2<I3

<<<I4……2.第一電離能I1的周期性變化

主族元素

同周期：從IA到鹵素，I1增大,稀有氣體I1最大。2個(gè)鋸齒形(第2周期，Be、N)。

同主族：從上到下，I1依次變小。第八十九頁，共96頁。定義：A(g)+e－→A-(g)E1

氣態(tài)電中性基態(tài)原子獲得一個(gè)電子變?yōu)闅鈶B(tài)一價(jià)負(fù)離子放出的能量叫第一電子親和能(E1)。A(g)-+e－→A2-(g)