原子結(jié)構(gòu)與元素周期系課件

*薛定諤方程

奧地利科學(xué)家薛定諤(ErwinSchr?dinger)在考慮實物微粒的波粒二象性的基礎(chǔ)上，通過光學(xué)和力學(xué)的對比，把微粒的運動用類似于表示光波動的運動方程來描述，建立了薛定諤方程。

薛定鍔方程是一個二階偏微分方程，是描述微觀粒子運動的基本方程。

“薛定諤方程”的主要作用是描述物質(zhì)波的運動問題，它為系統(tǒng)地、定量地處理原子結(jié)構(gòu)問題提供了理論基礎(chǔ)?！把Χㄖ@方程”的卓越貢獻(xiàn)與牛頓運動方程在經(jīng)典力學(xué)中的地位相似，為此薛定諤榮獲了1933年度諾貝爾物理學(xué)獎。*

－量子力學(xué)中描述核外電子在空間運動的數(shù)學(xué)函數(shù)式，即原子軌道

(x,y,z)--波函數(shù)

E－軌道能量（動能與勢能總和）；

V－

勢能

m

—

微粒質(zhì)量；

h—普朗克常數(shù)；

x,y,z—

微粒的空間坐標(biāo)

*x=rsinθconφy=rsinθsinφz=rcosθψ(r,θ,φ)=R(r)×Y(θ,φ)或ψ(r,θ,φ)=R(r)×Θ(θ)×Φ(φ)

將直角坐標(biāo)三變量x，y，z變換成球坐標(biāo)三變量r，

，

yzxoPP′

r波函數(shù)的求解和三個量子數(shù)只要將R(r)、Θ(θ)、Φ(φ)分別解出后即可得到ψ的具體表達(dá)式。

R(r)與自然數(shù)n（n=1，2，3…）有關(guān)，主量子數(shù)

Θ(θ)與l（l=0，1，2，…，n-1，共n個）有關(guān)，角量子數(shù)

Φ(φ)與m（m=0，±1，±2，…±l，共2l+1個）有關(guān)，磁量子數(shù)當(dāng)n、l、m確定時，R(r)、Θ(θ)、Φ(φ)即有確定的數(shù)學(xué)表達(dá)式，即ψ(r,θ,φ)有確定的的數(shù)學(xué)表達(dá)式。*關(guān)于波函數(shù)ψ的幾個注意問題波函數(shù)

是包含n，l，m三個量子數(shù)的空間三維坐標(biāo)x，y，z的函數(shù)；每一波函數(shù)

對應(yīng)一固定的能量E；波函數(shù)

：代表電子的運動狀態(tài)，但只是一種數(shù)學(xué)函數(shù)形式，從其本身無法確定具體的物理含義；|

|2：原子核外空間某處單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的幾率，稱為幾率密度，其空間圖像稱之為電子云；黑點密集的地方，|

|2的值大，幾率密度大；反之幾率密度小。

馬克思.波恩

MaxBorn

（1882-1970）*電子云的概念

假想將核外一個電子每個瞬間的運動狀態(tài)，進(jìn)行攝影。并將這樣數(shù)百萬張照片重疊，得到如下的統(tǒng)計效果圖，形象地稱為電子云圖。1s2s2p*波函數(shù)和原子軌道波函數(shù)：近似理解為電子在核外空間出現(xiàn)的范圍，習(xí)慣上將其稱為原子軌道。所謂的原子軌道并不是電子運動的軌跡，它只代表電子的某種運動狀態(tài)，是波函數(shù)的代名詞。

n：主層。n=1，第一主層，用K表示；n=2，第二層，用L表示；以下為M、N、O、P、Q…層。l：分層（亞層，軌道）。l=0，用s表示，即s軌道（s亞層）；l=1，用p表示，即p軌道（p亞層）；以下依次為d、f、g、h…。m：軌道的簡并數(shù)目，即能量相等的軌道的數(shù)目。

*量子數(shù)描述核外電子運動的可能狀態(tài)

例：

n=1l=0，m=01sn=2l=0，m=02s

l=1，m=0,12p

n=3l=0，m=03sl=1m=0,13pl=2m=0,1，23d

n=4?*部分原子軌道與三個量子數(shù)的關(guān)系

nlm軌道名稱軌道數(shù)1001s12002s121-1，0，+12p33003s131-1，0，+13p332-2，-1，0，+1，+23d54004s141-1，0，+14p342-2，-1，0，+1，+24d543-3，-2，-1，0，+1，+2，+34f7*

角度分布圖經(jīng)過計算，得到

以及與其對應(yīng)Y(

，

)

和|Y(

，

)|2

的數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以畫出兩種角度分布圖：波函數(shù)的角度分布圖和電子云的角度分布圖。為角度部分。

則角度部分的幾率密度為|Y

(

，

)|2=cos2

為徑向部分，**a0玻爾半徑，R，Y以外部分為歸一化常數(shù)。（2Pz

的波函數(shù)）*Z

/°cos

cos2

01.001.00150.970.93300.870.75450.710.50600.500.25900.000.00120－0.500.25135－0.710.50150－0.870.75165－0.970.93180－1.001.00波函數(shù)的角度分布圖*zy－+pypz－zx+zx+s各種波函數(shù)的角度分布圖zx+px－*++－－yxdxy++－－zxdxz++－－zydyz－++－dx2－y2yx－+－+dz2zx*各種電子云的角度分布圖zxspzzx

電子云的角度分布圖比波函數(shù)的角度分布圖略“瘦”些。電子云的角度分布圖沒有‘

’‘

’。dz2zxydx2－y2xydxyx

作為波函數(shù)的符號，它表示原子軌道的對稱性，因此在討論化學(xué)鍵的形成時有重要作用。

波函數(shù)的角度分布圖有‘

’‘

’。這是根據(jù)解析式算得的。它不表示電性的正負(fù)。*電子云的角度部分圖示***四個量子數(shù)的物理意義

（1）主量子數(shù)n

取值

1，2，3，4……n為正整數(shù)(自然數(shù))，光譜學(xué)上用

K，L，M，N……表示。

意義

表示原子軌道的大小，核外電子離核的遠(yuǎn)近，或者說是電子所在的電子層數(shù)。

n的數(shù)值大，電子距離原子核遠(yuǎn)，則具有較高的能量。

主量子數(shù)n只能取1，2，3，4等自然數(shù)，故能量只有不連續(xù)的幾種取值，即能量是量子化的。所以n稱為量子數(shù)。*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。如：E4s<E4p<E4d<E4f

（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。對于確定的主量子數(shù)n，角量子數(shù)

l可以為0，1，2，3，4……(n－1)，共n個取值，光譜學(xué)上依次用

s，p，d，f，g……表示

。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*

n=4，l有4種取值，即核外第四層有4種形狀不同的原子軌道：

l=0表示s軌道，形狀為球形，即4s軌道；

l=1表示p軌道，形狀為啞鈴形，4p軌道；

l=2表示d軌道，形狀為花瓣形，4d軌道；

l=3表示f軌道，形狀更復(fù)雜，4f軌道。

如n=3，角量子數(shù)

l

可取0，1，2共三個值

依次表示為

s，p，d

對應(yīng)符號

3s，3p，3d

*（3）磁量子數(shù)m

磁量子數(shù)

m取值受角量子數(shù)l

的影響，對于給定的l

，m可取：0，

1，

2，

3，……，

l。共

2l+1個值。

若l=3，則m=0，1，2，3，共7個值。

m決定原子軌道的空間取向。n和

l

一定的軌道，如2p軌道（n=2，l=1）在空間有三種不同的取向。*

每一種m的取值，對應(yīng)一種空間取向。zyx

m的不同取值，或者說原子軌道的不同空間取向，一般不影響能量。3種不同取向的2p軌道能量相同。我們說這3個原子軌道是能量簡并軌道，或者說2p軌道是3重簡并的。

而3d則有5種不同的空間取向，3d軌道是5重簡并的。*

1925年，不到25歲的年輕大學(xué)生烏倫貝克和高斯米特提出電子自旋的大膽假設(shè)：電子不是點電荷，它除了有軌道運動以外，還有自旋運動。氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)*

（4）自旋量子數(shù)ms

ms的取值只有兩個，+1/2和-1/2。電子的自旋方式只有兩種，通常用“”和“”表示。所以ms

也是量子化的。因為電子有自旋，所以電子具有自旋角動量，而自旋角動量沿外磁場方向上的分量，可用Ms表示，且有如下關(guān)系式

Ms=ms

式中ms為自旋量子數(shù)。

所以，描述一個電子的運動狀態(tài)，要用四個量子數(shù)：n，l

，m，ms

同一原子中，沒有四個量子數(shù)完全相同的兩個電子存在。*

例：用四個量子數(shù)描述n=4，l=3的所有電子的運動狀態(tài)。

解：l=3對應(yīng)的有m=0，1，2，3，共7個值。即有7條軌道。每條軌道中容納兩個自旋量子數(shù)分別為+1/2和-1/2的自旋方向相反的電子，所以有27=14個運動狀態(tài)不同的電子。分別用n，l

，m，ms

描述如下：

nlmms4301/243－11/24311/243－21/24321/243－31/24331/2

nlmms430－1/243－1－1/2431－1/243－2－1/2432－1/243－3－1/2433－1/2*原子結(jié)構(gòu)綜合知識

主量子數(shù)n1234567電子層符號KLMNOPQ角量子數(shù)l0010120123………………軌道符號sspspdspdf………………軌道名稱1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f………………軌道個數(shù)1131351357………………每層軌道總數(shù)14916………………每層最多容納電子數(shù)281832………………*《自然》：科學(xué)家首次拍攝到電子運動系列照片

一個歐洲研究小組首次成功使用阿秒激光脈沖觀測分子里的電子運動。相關(guān)研究發(fā)表在2010.6.10出版的《自然》（Nature）雜志上。

為理解化學(xué)反應(yīng)，科學(xué)家必須知道分子中電子的行為。但由于電子運動速度太快，一直以來，觀測電子始終遭遇技術(shù)瓶頸。現(xiàn)在，一個由多國成員組成的歐洲研究小組在阿秒激光脈沖的幫助下攻克了這一難題。

20世紀(jì)80年代以來，科學(xué)家借助飛秒激光的幫助研究分子和原子（1飛秒=10-15秒）；然而，飛秒激光可以追蹤到原子和分子的運動，卻跟不上電子的運動。而1阿秒是10-18秒，在1阿秒內(nèi)光只走不到百萬分之一毫米，也只有阿秒級激光才能“趕上”分子內(nèi)的電子。為產(chǎn)生這樣短的激光脈沖，物理學(xué)家付出了巨大的努力，直到2001年，研究人員才首次成功研發(fā)出脈沖長度為250阿秒的激光脈沖?，F(xiàn)在，科學(xué)家終于成功用阿秒激光拍攝出了分子內(nèi)“電子運動”的系列照片。

物理學(xué)家們最先研究的是氫分子，這是兩個質(zhì)子和兩個電子構(gòu)成的最簡單的分子結(jié)構(gòu)。研究人員先用一個阿秒激光脈沖照射氫分子，使一個電子從分子中刪除，分子被電離；然后再用紅外激光束將其剪為兩部分，這樣就可以觀察到兩個部分的電荷分配情況。因為缺少一個電子，剪切后一部分呈中性，另一部分帶正電，剩余的電子也就包含在了中性部分里，這就給研究人員有針對性地觀測電子運動提供了可能。參與研究的馬克斯?玻恩非線性光學(xué)和光譜短脈沖研究所（MBI）主任馬克·弗拉肯教授說：“我們的實驗首次證明，通過阿秒激光我們的確有了能夠觀察分子中電子運動的能力?！?/p>

盡管歐洲團隊的阿秒激光實驗給科學(xué)家們帶來了驚喜，但為了能更好地闡明他們的測量，馬德里大學(xué)的一個理論研究小組又加入了該項目。他們花了150萬小時的電腦計算時間，帶來了全新的發(fā)現(xiàn)。這些計算結(jié)果表明，該問題的復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于以前的設(shè)想。研究人員表示：“我們還遠(yuǎn)沒有解決問題，正如原先我們認(rèn)為的，我們只打開一扇門，整個項目實際上會更加重要和有趣。”*a,PhotoexcitationofneutralhydrogenleadstotheexcitationoftheQ1(red)andQ2(blue)doublyexcitedstatesandionizationtothe1sσgand2pσustates,whichcanbefollowedbydissociation.R,internucleardistance;a.u.,atomicunit…

ElectronlocalizationfollowingattosecondmolecularphotoionizationG.Sansone,F.Kelkensberg,J.F.Pérez-Torres,F.Morales,M.F.Kling,W.Siu,O.Ghafur,P.Johnsson,M.Swoboda,E.Benedetti,F.Ferrari,F.Lépine,J.L.Sanz-Vicario,S.Zherebtsov,I.Znakovskaya,A.L’Huillier,M.Yu.Ivanov,M.Nisoli,F.Martín&M.J.J.Vrakking

Nature,Volume:465,Pages:763–766*a,Asymmetrycausedbytheinterferenceofawavepacketlaunchedinthe2pσustatebydirectEUVionizationorrapidionizationoftheQ11Σu+doubly-excitedstatesbytheinfraredpulseandawavepacketinthe1sσgstateresultingfromaut…

*第三節(jié)多電子原子中電子的分布

和元素周期系多電子原子中電子的分布和核外電子分布式

泡利（Pauli）不相容原理能量最低原理洪特（Hund）規(guī)則全充滿半充滿規(guī)律核外電子分布和元素周期系

*1．泡利不相容原理

多電子原子中電子的分布和核外電子分布式WolfgangPauli1900－19581945年諾貝爾獎1925年泡利根據(jù)實驗結(jié)果提出：在同一個原子中不可能有四個量子數(shù)完全相同的電子存在，這一規(guī)律稱為泡利不相容原理。通俗地講，每一個原子軌道中最多只能容納兩個電子，而且這兩個電子的自旋方向必須相反。*該原理解決了各層和各亞層所能容納的電子數(shù)。第一層n=1→l=0→m=0→ms=±1/2第二層n=2→l=0→m=0→ms=±1/2→l=1→m=0→

ms=±1/2

→m=1→ms=±1/2→m=-1→ms=±1/2第三層可容納18個電子……*2.能量最低原理

電子在原子軌道上的分布，總是盡先排布在能量最低的軌道中，然后依次排布在能量較高的軌道中，以便使整個原子的能量處于最低狀態(tài)，這一規(guī)律稱為能量最低原理。*鮑林（Ｌ·Pouling）近似能級圖第一組1s第二組2s2p第三組3s3p第四組4s3d4p第五組5s4d5p第六組6s4f5d6p第七組7s5f6d7p

其中除第一能級組只有一個能級外，其余各能級組均以ns開始，以np

結(jié)束。*萊納斯·鮑林（1901－1994），國際著名的理論化學(xué)家，迄今為止惟一一位兩次單獨榮獲諾貝爾獎的學(xué)者（1954年的化學(xué)獎，1962年的和平獎），被譽為20世紀(jì)的科學(xué)怪杰

。*從鮑林近似能級圖可以看出：(1)角量子數(shù)相同時，軌道能級隨主量子數(shù)的增大而升高。如1s<2s<3s…；2p<3p<4p…；3d<4d…(2)主量子數(shù)相同時，軌道能級隨角量子數(shù)的增大而升高。如4s<4p<4d<4f。(3)主量子數(shù)和角量子數(shù)均不相同時，有能級交錯現(xiàn)象。如4s<3d<4p；5s<4d<5p；6s<4f<5d<6p。*

鮑林能級圖說明：（1）近似能級圖是一歸納結(jié)果，不能完全反映情況，所以只有近似含義。（2）它原意是反映同一原子內(nèi)各原子軌道間的相對高低，所以不能用它來比較不同元素原子軌道能級的相對高低。（3）經(jīng)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，近似能級圖實際上只反映同一原子外電子層中原子軌道能級的相對高低，而不一定能完全反映內(nèi)電子層原子軌道能級的高低。（4）電子在某一軌道上的能量，實際與原子序數(shù)（核電荷）有關(guān)。核電荷越多，對電子的吸引力越大。電子離核越近，使其所在較高能量降得越低，軌道能級之間的相對高低，與近似能級圖會有所不同。*例：

1H：1s1；

3Li：1s22s1

；

7N：1s22s22p3

；

19K：1s22s22p63s23p64s1

；

26Fe：1s22s22p63s23p63d64s2；

35Br：1s22s22p63s23p63d104s24p5

根據(jù)此原理，電子應(yīng)首先從能級最低的1s軌道填充，然后按近似能級圖依次再填入較高能級。*3．洪特規(guī)則N原子1s22s22p3的軌道表示式：FriedrichHermannHund

1896-1997

洪特規(guī)則是電子在等價軌道上的排布規(guī)律。在簡并軌道中，若電子不止一個，則它們盡可能分占不同的軌道，且自旋平行。這實際上也是能量最低原理的應(yīng)用。因為這種情況下才能保證體系能量最低。

*

根據(jù)光譜實驗得到的結(jié)果，可歸納出一個規(guī)律：等價軌道在全充滿、半充滿或全空的狀態(tài)是比較穩(wěn)定的，也即下列電子結(jié)構(gòu)是比較穩(wěn)定的：半充滿p3、d5

、f7

全充滿p6、d10

、f14全空p0

、d0、f04．全充滿半充滿規(guī)律*因此，簡并軌道全充滿（如p6，d10、f14和半充滿（如p3、d5、f7）或全空（p0、d0、f0）的狀態(tài)都是能量較低的狀態(tài)。這就造成24Cr的價層電子組態(tài)是3d54s1而不是3d44s2，29Cu的價層電子組態(tài)是3d104s1，而不是3d94s2的原因。

*核外電子的排布（原子的電子層結(jié)構(gòu)）

1 HHydrogen 氫 1s1

*

2HeHelium 氦 1s2

3LiLithium鋰 1s22s1

4 BeBeryllium 鈹 1s22s2

5 B Boron 硼 1s22s22p1**6 C Carbon 碳 1s22s22p2

7 N Nitrogen 氮 1s22s22p3

8 O Oxygen 氧 1s22s22p4

9 F Fluorine 氟 1s22s22p5

10 Ne Neon 氖 1s22s22p6原子序數(shù)電子軌道圖元素符號

英文名稱中文名稱電子結(jié)構(gòu)式*

11 Na Sodium鈉

1s22s22p63s112 Mg Magnesium鎂1s22s22p63s213 Al Aluminium

鋁1s22s22p63s23p114 Si Silicon 硅1s22s22p63s23p215P Phosphorus磷1s22s22p63s23p316Si Sulfur 硫1s22s22p63s23p417 Cl Chlorine 氯1s22s22p63s23p518Ar Argon 氬1s22s22p63s23p6原子序數(shù)元素符號英文名稱中文名稱電子結(jié)構(gòu)式*

*

[Ar]原子實，表示Ar

的電子結(jié)構(gòu)式1s22s22p63s23p6。原子實后面是價層電子，即在化學(xué)反應(yīng)中可能發(fā)生變化的電子。

**

雖先排4s后排3d，但電子結(jié)構(gòu)式中先寫3d，后寫4s

**

21 Sc Scandium 鈧 [Ar]3d14s222 Ti Titanium鈦 [Ar]3d24s223 V Vanadium釩 [Ar]3d34s2

24

Cr Chromium鉻[Ar]3d54s1

25 MnManganese錳[Ar]3d54s226 Fe Iron鐵 [Ar]

3d64s227 Co Cobalt 鈷[Ar]

3d74s228 Ni Nickel 鎳 [Ar]

3d84s2

*

19 K Potassium 鉀[Ar]4s120 Ca Calcium 鈣 [Ar]4s2

*

29

Cu Copper銅[Ar]3d104s1

30

Zn Zinc鋅[Ar]3d104s2

31

Ga Gallium鎵4s24p1

32

Ge Germanium鍺4s24p2

33

As Arsenic砷4s24p3

34

Se Selenium硒4s24p4

35

Br Bromine溴4s24p5

36

Kr Krypton氪4s24p6

*離子的核外電子分布式Cl:1s22s22p63s23p5；Cl-:1s22s22p63s23p6;3s23p6Ca:1s22s22p63s23p64s2

；Ca2+:1s22s22p63s23p6;3s23p6Cu:1s22s22p63s23p6

3d104s1；Cu2+:1s22s22p63s23p63d9;3s23p63d9

Zn:1s22s22p63s23p63d104s2；Zn2+:1s22s22p63s23p63d10;

3s23p63d10

2電子構(gòu)型：Li+/1s28電子構(gòu)型：Cl-

/3s23p6;Na+

/3s23p69-17電子構(gòu)型：Cu2+/

3s23p63d9

；Fe3+/

3s23p63d5

18電子構(gòu)型：Zn2+/3s23p63d10

18+2電子構(gòu)型：Pb2+/5s25p65d106s2

；Sn2+/4s24p64d105s2

失電子優(yōu)先失去的是最外層電子*元素周期律元素的性質(zhì)隨著元素原子序數(shù)的遞增而呈周期性的變化。這個規(guī)律叫做元素周期律。*三元素說（1829年，德國化學(xué)家貝萊納）

鋰3鈉11鉀19鈣20鍶88鋇137氯17溴35碘127硫16硒79碲128錳55鉻52鐵56*六元素表（1864年，德國邁耶爾）*八音律（1865年，英國人紐蘭茲）

H1F8Cl

15CoNi

22Br29Pd36I42PtIr

50Li2Na9K16Cu23Rb

30Ag37Cs44Os51B3Mg10Ca17Zn24Sr

31Cd

38BaV45Hg52Bo4Al11Cr19Y25CeLa

33U40Ta46Tl

51C5Si12Ti18In26Zr

32Sn

39W47Pb

54N6P13Mn

20As27DiMo

34Sb

41Nb

48Bi55O7S14Fe21Se28RoRu

35Te43Au49Os56*門捷列夫元素周期表*************************盲人用元素周期表******IUPAC元素命名法基本規(guī)則原則上，只有IUPAC擁有對新的元素命名的權(quán)利。

IUPAC元素系統(tǒng)命名法是一種序數(shù)命名法。這種命名法采用連結(jié)詞根的方法為新元素命名（詞根見表格），每個詞根代表一個數(shù)字。這些詞根來源于拉丁數(shù)字和希臘數(shù)字的英語拼寫法。具體的使用方法是：參照表格，假如新發(fā)現(xiàn)的是元素周期表中的第217號元素，那么，這個元素的名稱按規(guī)則應(yīng)是：2-1-7(bi-un-sept)，在英語中，詞尾-ium代表“元素”的意思，所以在bi-un-sept的后面應(yīng)加上-ium，得到第217號元素的名稱是Biunseptium（首字母要大寫），它的元素符號就是“2-1-7”三個詞根的首字母縮寫，即Bus。********用于研究新物質(zhì)的粒子加速器*1元素的周期

周期的劃分與能級組的劃分完全一致，每個能級組都獨自對應(yīng)一個周期。共有七個能級組，所以共有七個周期。HHe1

第一周期：2種元素第一能級組：2個電子1個能級1s1個軌道BeLiBCNOFNe2

第二周期：8種元素第二能級組：8個電子2個能級2s2p4個軌道

核外電子分布和元素周期系*MgNaAlSiPSClAr3

第三周期：8種元素第三能級組：8個電子2個能級3s3p4個軌道

KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr4YZrNbMoTcRhPdRuAgCdSrRbInSnSbTeIXe5

第五周期：18種元素第五能級組：18個電子3個能級5s4d5p9個軌道

第四周期：18種元素第四能級組：18個電子3個能級4s3d4p9個軌道

*

第七周期：32種元素第七能級組：32個電子4個能級7s5f6d7p16個軌道

BaCs6sCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu4fLaHfTaWReIrPtOsAuHg5dTlPbBiPoAtRn6p

第六周期：32種元素第六能級組：32個電子4個能級6s4f5d6p16個軌道

RaFr7sThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr5fAcRfDbSgBhHsMtUunUuuUub6d7pUuoUusUuhUupUuqUut*長式周期表的主表從左到右可分為s區(qū)，d區(qū)，ds區(qū)，p區(qū)4個區(qū)，有的教科書把ds區(qū)歸入d區(qū)；副表(鑭系和錒系)是f區(qū)元素。核外電子分布和元素周期系2元素的區(qū)和族*

s區(qū)元素包括IA族，IIA族，價層電子組態(tài)為ns1~2

，屬于活潑金屬。

p區(qū)元素包括IIIA族，IVA族，VA族，VIA族，VIIA族，0族（VIIIA族），價層電子組態(tài)為ns2np

1~6

，右上方為非金屬元素，左下方為金屬元素。

s區(qū)和p區(qū)元素的族數(shù)，等于價層電子中s電子數(shù)與p電子數(shù)之和。若和數(shù)為8，則為0族元素，也稱為VIIIA族。

價層電子是指排在稀有氣體原子實后面的電子，在化學(xué)反應(yīng)中能發(fā)生變化的基本是價層電子。核外電子分布和元素周期系*

d區(qū)元素包括IIIB族，IVB族，VB族，VIB族，VIIB族，VIII族。價層電子組態(tài)一般為(n－1)d1~8ns2

，為過渡金屬。(n－1)d中的電子由不充滿向充滿過渡。第4，5，6周期的過渡元素分別稱為第一，第二，第三過渡系列元素。

d區(qū)元素的族數(shù)，等于價層電子中(n－1)d的電子數(shù)與

ns的電子數(shù)之和；若和數(shù)大于或等于8，則為VIII族元素。

ds

區(qū)元素價層電子組態(tài)為(n－1)d10ns1~2

。

有時將d區(qū)和ds

區(qū)定義為過渡金屬。

ds

區(qū)元素的族數(shù)，等于價層電子中ns的電子數(shù)。

f區(qū)元素價層電子組態(tài)為

(n－2)f0~14(n－1)d0~2ns2

，包括鑭系和錒系元素，稱為內(nèi)過渡元素。(n－2)f中的電子由不充滿向充滿過渡。有時認(rèn)為f區(qū)元素屬于IIIB族。*（五）元素周期系與核外電子分布的關(guān)系

1、周期如何根據(jù)核外電子分布確定元素在周期表中的周期數(shù)?方法是：按填充順序，最后一個電子填入的能級組序號，為該元素的周期數(shù)。如:35Br[Ar]3d104s24p5

；47Ag

[Kr]4d105s1

顯然：各周期內(nèi)所含的元素種數(shù)與相應(yīng)能級組內(nèi)軌道所能容納的電子數(shù)相等。*2、元素周期系中元素的分區(qū)：根據(jù)元素原子價層電子構(gòu)型的不同，可以把周期表中的元素所在位置分成s.p.d.ds和f五個區(qū)。3、族（主族、副族）：按傳統(tǒng)習(xí)慣，周期系分為7個主族（A），7個副族（B）及第Ⅷ族，零族。

*確定方法：按電子填充順序，最后一個電子進(jìn)入的情況決定，有如下具體情況：說明：1986年IUPAC推薦了族的新表示法，即每一縱行為一族共18族，考慮到“族”的舊表示法仍有許多優(yōu)勢，所以我們?nèi)杂眠@種舊表示法。*

第四節(jié)原子性質(zhì)的周期性原子的電子層結(jié)構(gòu)隨核電荷的遞增呈現(xiàn)周期性變化，影響到原子的某些性質(zhì)，如原子半徑、電離能、電子親合能和電負(fù)性等，也呈周期性變化。（一）原子半徑原子沒有鮮明的界面，所以原子半徑是根據(jù)原子存在的不同形式來定義，常用的有以下三種：（1）共價半徑：兩相同原子形成共價鍵時，其核間距的一半，稱原子的共價半徑，如Cl—Cl核間距為198pm，rCl=99pm。有共價單鍵、雙鍵、叁鍵。未說明時，通常指共價單鍵半徑。（2）金屬半徑：金屬單質(zhì)的晶體中，兩相鄰金屬原子核間距離的一半，稱金屬原子的金屬半徑，如dCu-Cu=256pm，rCu=128pm。（3）范德華半徑：在分子晶體中，分子間以范德華力結(jié)合，如稀有氣體相鄰兩原子核間距的一半，稱該原子的范德華半徑。如dNe-Ne=320pm,rNe=160pm。*原子半徑變化規(guī)律：（1）周期：主族：由左向右，隨核電荷的增加，原子共價半徑的變化趨勢總的是減少的。d區(qū)：由左向右，隨核電荷的增加，原子半徑會略有減少，從IB起略有增大。這是由于(n－1)d軌道的充滿，較為顯著地抵消核電荷對外層ns電子的引力。f區(qū)：內(nèi)過渡元素，由于電子增加在(n－2)f軌道，半徑減小的幅度比d區(qū)更小，從La到Lu共經(jīng)過15種元素，原子半徑僅收縮了12pm左右，La系收縮影響很大，使La后第六周期元素與上周期同族元素半徑接近。（2）族：主族，從上到下，r顯著增大。副族除Sc副族外從上到下一般略增大，第五、六周期元素半徑接近。r對性質(zhì)的影響：r越大，越易失電子；r越小，越易吸電子。但必須注意，難失電子不一定易得電子，如稀有氣體，得失電子都不易（即還與電子層結(jié)構(gòu)有關(guān)）。*原子半徑***

(二）電離能（I）和電子親合能（EA）：I——衡量失電子難易；EA——得電子難易1、電離能（I）氣態(tài)原子失電子變成氣態(tài)陽離子（即電離）克服核電荷的引力所需要的能量，單位：kJ·mol-1。從基態(tài)（能量最低狀態(tài)）中性氣態(tài)原子失去1個電子形成氣態(tài)“+1”氧化值陽離子所須能量，稱I1。依次類似有I2……等。如：Mg(g)-e-→Mg+(g)I1=△H1=783kJ·mol-1Mg+(g)-e-→Mg2+(g)I2=△H2=1451kJ·mol-1顯然I值越大，失電子越難，因此可用于衡量失電子難易。I的變化規(guī)律：（1）周期：主族，從左到右，I1漸增大；過渡元素族，不十分規(guī)律；（2）族：主族，從上到下，I1漸減少（原子半徑增大）；過渡元素略增大（核電荷起較顯著作用，r增加不多）。注意：I只能衡量氣態(tài)原子失電子變?yōu)闅鈶B(tài)離子的難易，至于金屬在溶液中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成陽離子的影響，應(yīng)根據(jù)電極電勢來估量。**

2、電子親合能（EA）基態(tài)的中性氣態(tài)原子得到一個電子形成氣態(tài)-1氧化值陰離子所放出的能量，稱原子的EA1。

如O(g)+e-→O-(g)=-141kJ·mol-1

一般為負(fù)值，因電子落入中性原子的核場里，勢能降低，體系能量減小，唯稀有氣體（ns2np6）和IIA原子（ns2）最外電子亞層已全充滿，需加合一個電子，環(huán)境必須對外做功，即體系吸收能量，此時，為正值，因環(huán)境要對體系做功。所有EA2都均為正值。

顯然，代數(shù)值越小，原子越易得電子。變化規(guī)律：無論是周期或族中，主族元素的的代數(shù)值一般都是隨著原子半徑減小而減小的?！嗤芷趶淖蟮接铱偟氖牵ù鷶?shù)值）減小的（因r減小）。主族從上到下，總的趨勢是增大的（用r增大）。注意：I和僅表示孤立氣態(tài)原子或離子得失電子的能力。**（三）電負(fù)性（χ

）：分子中元素原子吸引電子的能力

某原子難失電子，不一定易得電子，為了能比較全面地描述不同元素原子在分子中對成鍵電子吸引的能力，鮑林提出了電負(fù)性的概念。他指定χ(F)=4.0，然后通過計算得到其它元素原子χ值。電負(fù)性(χ)越大，表示它的原子在分子中吸引成鍵電子的能力鍵強。變化規(guī)律：（1）同周期：從左到右，χ漸增大。（2）同族：主族：從上到下，χ漸減??；副族：從上到下：IIIB-VB，χ漸減小；