第一章 原子結(jié)構(gòu)與元素周期性

1、第一章原子結(jié)構(gòu)與元素周期系認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)，進(jìn)而認(rèn)識(shí)分子結(jié)構(gòu)，才可以闡明元素相互化合的原理。我們所關(guān)心的原子內(nèi)部，對(duì)于元素及化合物的性質(zhì)而言，主要集中在原子的電子結(jié)構(gòu)，特別是它們的價(jià)電子構(gòu)型。【本章內(nèi)容】1. 原子結(jié)構(gòu)的玻爾行星模型。2. 電子運(yùn)動(dòng)的特殊性。3. 四個(gè)量子數(shù)的取值和物理意義。4. 原子軌道的概念及表示方法。5. 原子核外電子排布的四個(gè)原理。6136號(hào)元素基態(tài)原子核外電子的排布。7. 元素周期表的結(jié)構(gòu)。8. 元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律?！颈菊轮攸c(diǎn)】1. 四個(gè)量子數(shù)的取值和物理意義。2. 原子核外電子排布的四個(gè)原理。3136號(hào)元素基態(tài)原子核外電子的排布?！颈菊码y點(diǎn)】1. 原子軌道的概念及

2、表示方法。2. 元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律。一、玻爾理論原子由原子核和電子組成，在化學(xué)反應(yīng)中，原子核并不發(fā)生變化，而只是核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，對(duì)核外電子運(yùn)動(dòng)狀況描述最早的是玻爾理論。玻爾理論要點(diǎn)（1） 核外電子在一定的軌道上運(yùn)動(dòng)，在這些軌道上運(yùn)動(dòng)的電子不放出能量也不吸收能量，電子處于某種“定態(tài)”。（2）定態(tài)電子具有一定的能量E，E只能取某些由量子化條件決定的數(shù)值。氫原子核外電子能量公式為：Z 2-18E = - 2.1810J （ n=1,2,3,4）n2Z2E = -13.6eVn2當(dāng)n=1 時(shí)， 電子在離核最近的軌道（ 半徑為53pm的球型軌道）上運(yùn)動(dòng)，能量最低，稱(chēng)為基態(tài)。從外界獲得能

3、量時(shí)，處于基態(tài)的電子可以躍遷到離核較遠(yuǎn)的能量較高的n2的軌道上，這些狀態(tài)稱(chēng)為激發(fā)態(tài)。 注意：基態(tài)和激發(fā)態(tài)都是定態(tài)（3） 激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，電子回到較低能量的狀態(tài)時(shí)，能量差以光的形式發(fā)射出來(lái)，兩個(gè)軌道能量差決定光量子的能量：h = E2 -E1玻爾理論的局限：1. 不能解釋多電子原子光譜。2. 不能解釋氫原子的精細(xì)光譜。3. 沒(méi)有正確描述電子的微觀(guān)狀態(tài)。二、電子的波粒二象性1.德布羅意關(guān)系式1924年，L.de.Broglie提出，質(zhì)量為m，運(yùn)動(dòng)速度為v的粒子，相應(yīng)的波長(zhǎng)為： = h =hpmv1927年，Davisson和Germer應(yīng)用Ni晶體進(jìn)行的電子衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了電子具有波動(dòng)性的假設(shè)。 感

4、光屏幕衍射環(huán)紋薄晶體片電子束電子槍干涉圖紋粒子質(zhì)量(m)（Kg）速度（v）(m/s)波長(zhǎng)（l）pm()1V電子9.110-315.91051200 (12)100V電子9.110-315.9106120 (1.2 )1000V電子9.110-311.910737 (0.37 )10000V電子9.110-315.910712 (0.12 )壘球2.010-1301.110-22槍彈1.01036.610-23從p31表1-3可以看出，物體質(zhì)量愈大，波長(zhǎng)愈小。宏觀(guān)物體的波長(zhǎng)，小到難以測(cè)量，以致 其波動(dòng)性難以察覺(jué)，僅表現(xiàn)出粒子性。而微觀(guān)世界粒子質(zhì)量小，其德布羅意波長(zhǎng)不可忽略。2. 測(cè)不準(zhǔn)原理(We

5、rner Heisenberg, 1926)微觀(guān)粒子，不能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量其位置和動(dòng)量。測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系式：h4ph4pmDuDx DP 或Dx D x 粒子的位置不確定量Du粒子的運(yùn)動(dòng)速度不確定量，它的位置可精確到Dx 例: 對(duì)于 m = 10 克的0.01 cm，其速度測(cè)不準(zhǔn)情況為：6.62 10-34=43.141010-3 0.0110-2= 5.27 10-29 m s-1對(duì)宏觀(guān)物體可同時(shí)測(cè)定位置與速度Du h4pmDx例: 對(duì)于微觀(guān)粒子如電子, m = 9.11 10-31 Kg, 半徑r =10-10 m，則Dx至少要達(dá)到10-11 m才相對(duì)準(zhǔn)確，則其速度的測(cè)不準(zhǔn)情況為：6.62 10-3

6、44 3.14 9.1110-31 10-11= 5.29 106 m s-1速度不準(zhǔn)確程度過(guò)大對(duì)微觀(guān)粒子，其位置與速度是不能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定的Du h4pmDx幾點(diǎn)說(shuō)明測(cè)不準(zhǔn)原理是微觀(guān)粒子第二個(gè)顯著的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。原子的物理及化學(xué)性質(zhì)主要取決于原子中運(yùn)動(dòng)電子的能量，對(duì)化學(xué)家而言，電子所具有的能量比電子所處的位置更重要。對(duì)于1個(gè)電子在某一時(shí)刻的位置無(wú)法確定，但就大量電子而言，電子出現(xiàn)的概率分布是一定的，可以 用統(tǒng)計(jì)的方法描述電子在原子核周?chē)程幊霈F(xiàn)的概 率。(類(lèi)似于射箭)測(cè)不準(zhǔn)原理并不意味著微觀(guān)粒子運(yùn)動(dòng)無(wú)規(guī)律可言，只是說(shuō)它不符合經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律，我們應(yīng)該用量子力學(xué)來(lái)描述微觀(guān)粒子的運(yùn)動(dòng)。薛定諤方程給我們提

7、 供了幫助。三 、薛定諤方程與四個(gè)量子數(shù)1926年，奧地利物理學(xué)家Schrdinger提出用于描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的薛定諤方程，為近代量子力學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)。1. 薛定諤方程(1926)2Y + 2Y + 2Y + 8p 2m(E -V )Y = 0x2y2z2h2Y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，即波函數(shù)。E電子的總能量（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)關(guān)于薛定諤方程的幾點(diǎn)說(shuō)明：量子力學(xué)用波函數(shù)(x, y, z)和其相應(yīng)的能量來(lái)描述電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。波函數(shù)是薛定諤方程的解，有明確的數(shù)學(xué)含義，并沒(méi)有直接的物理意義。波函數(shù)的空間圖形反映出核外

8、空間找到電子的可能性的區(qū)域，所以波函數(shù)就是原子軌道（原子軌函）。補(bǔ)充說(shuō)明：電子在空間任一點(diǎn)衍射波的強(qiáng)度與它出現(xiàn)的概率密度 成正比。所以，電子波是概率波。在電子出現(xiàn)概率大的地方，出現(xiàn)亮環(huán)紋，說(shuō)明衍射強(qiáng)度大。電子出現(xiàn)少的地方，出現(xiàn)暗環(huán)紋，說(shuō)明衍射強(qiáng) 度小。2. 概率密度和電子云波的強(qiáng)度與波振幅的平方2成正比。波函數(shù)絕對(duì)值的平方2有明確的物理意義，表示在空間某處(r,，)電子出現(xiàn)的概率密度，即在該點(diǎn)周?chē)挝惑w積中電子出現(xiàn)的概率。zPrqfoyPx2值大，表明單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的概率大，即電荷密度大； 2值小， 表明單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的概率小，即電荷密度小。電子的概率密度2經(jīng)常用它的幾何圖形來(lái)直觀(guān)地

9、表現(xiàn)。如下圖，黑色深的地方表示電子的概率密度大，黑色淺的地方表示概率密度小， 這種黑點(diǎn)數(shù)與2成正比的圖形稱(chēng)為電子云。電子云是y2的空間分布。1s電子云2s電子云3p電子云說(shuō)明：薛定諤方程的求解相當(dāng)繁瑣。要解出薛定諤方程的和E，必須要滿(mǎn)足一定的條件，才能使解是合理的，因此在求解過(guò)程中必需引進(jìn)n , l , m三個(gè)量子數(shù)。這三個(gè)參數(shù)的取值和組合一定時(shí)，就確定了一個(gè)波函數(shù)。（第四個(gè)量子數(shù)不是在解方程的過(guò)程中引進(jìn)）3. 四個(gè)量子數(shù)（1）主量子數(shù)n，與電子能層對(duì)應(yīng)的量子數(shù)，取值為n = 1, 2, 3正整數(shù)，決定電子離核的遠(yuǎn)近。核外電子按能量大小分層，能量由低到高，分別稱(chēng)為K、L、M、N、O、P、Q，相

10、應(yīng)的主量子數(shù)為1、 2、3、 4、 5、 6、7。主量子數(shù)描述的是能層。（2）角量子數(shù)l，與能級(jí)對(duì)應(yīng)的量子數(shù)，l = 0，1， 2， 3，4，5n-1，取值制約于主量子數(shù)， 以 s， p，d， f， g，h.表示能級(jí)有時(shí)也稱(chēng)為亞層，它決定了原子軌道的形狀。能級(jí)包含于能層中，同一能層中l(wèi)值越小，該能級(jí)越低。角量子數(shù)描述的是能級(jí)（亞層）。核外空間找到電子的可能性的區(qū)域（3） 磁量子數(shù)m，反應(yīng)原子軌道在空間的不同取向，m = 0, 1, 2, 3.l, 共可取2l + 1個(gè)數(shù)值。磁量子取值數(shù)與能量無(wú)關(guān)。磁量子數(shù)描述的是原子軌道在空間的取向。核外空間找到電子的可能性的區(qū)域（4）自旋量子數(shù)ms，ms =

11、 1/2, 表示同一軌道中電子的二種自旋狀態(tài) 。Name名稱(chēng)Symbol符號(hào)Values取值Meaning表示Indicates指明principle主量子數(shù)n1, 2, shell 電子層energy 能層size尺寸Orbital angular momentum角量子數(shù)l0, 1, n-1subshell 亞層energy 能級(jí)shape形狀magnetic磁量子數(shù)m0, 1, 2, lorbitals of subshell 亞層軌道direction方向Spin magnetic自旋磁量子數(shù)ms+1/2, -1/2spin state自旋狀態(tài)Spin direction自旋方向l =

12、0, 1, 2, , (n-1);m = 0, 1, 2, , l主量子數(shù)n角量子數(shù)l磁量子數(shù)m自旋磁量子數(shù)ms電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)取值取值能級(jí)符號(hào)取值原子軌道取值符號(hào)符號(hào)總數(shù)101s01s11/22202s02s41/2812p02pz1/212px1/22py1/2l =0, 1, 2, , (n-1);m = 0, 1, 2, , l主量子數(shù)n角量子數(shù)l磁量子數(shù)m自旋磁量子數(shù)ms電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)取值取值能級(jí)符號(hào)取值原子軌道取值符號(hào)符號(hào)總數(shù)303s03s 1/21813p03pz 1/2 1/2 1/213px3py923d03d 2z 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2123dxz 3dyz

13、3dx2- 2y3dxz能層（電子層）、能級(jí)（電子亞層）、取向都確定軌道。能量相等（或相近）的軌道稱(chēng)為等價(jià)軌道或簡(jiǎn)并軌道。簡(jiǎn)并軌道的數(shù)目稱(chēng)為簡(jiǎn)并度。四、波函數(shù)和電子云的空間圖象1. 波函數(shù)的變量分離Y(n,l,m)(x,y,z) Y (g，q，j)Y(n,l,m)(x,y,z) = R(n,l)(r) Y(l,m)(q，j)波函數(shù)：徑向函數(shù) 角度函數(shù)zPR(n,l)(r)：波函數(shù)的徑向部分， 由n, l決定Y(l,m)(q，j)：波函數(shù)的角度部分， 由l, m決定rqfoyPx2. 波函數(shù)的角度分布圖（原子軌道角度分布圖）是角度函數(shù)Y l, m (q, f)隨q, f變化的圖象 氫原子的若干波

14、函數(shù)y軌道y( r, q, f )R( r )Y( q, f )1s1e-r/a021 e-r/a0 1a3a34p002s11( 2 - r)e-r/ 2a0 1( 2 - r)e-r/ 2a0142a3a8a3a4p00002pz11( r)e-r/ 2a0 cos 1e-r/ 2a03 cos42a3a24a34000Y(r, q, f)Yl,m(q, f)Rn,l(r)軌道11 e-r/a 01e-r/a 021sa3a34001Y=（1）表達(dá)式：1,m4z（2） 列表：與角度無(wú)關(guān)。（3） 作圖：（4） 結(jié)論： Yl,m與n無(wú)關(guān)， 所有的s原子軌道角度分+xy 1 4布圖是一個(gè)半徑為球

15、面，符號(hào)為正。的如對(duì)于PZ軌道，將不同 值代入34p(q , j)=cosqYl, m 0306090120150180cos10.8660.50-0.5-0.866-1YPz0.4890.4230.2440-0.244-0.423-0.489Zz+xy14p(q , j)=YS軌道角度分布示意圖l, mp軌道角度分布圖zzz2p z2px2p y+-+-yyyxxx正負(fù)號(hào)以及Y的極大值空間取向?qū)?duì)原子之間能 否成鍵及成鍵的方向性起著重要作用。zzzdddyzxzxy-+-+yyy-x-xxd 2zzzd22x - y+-+yy+xxd軌道角度分布示意圖3.電子云的角度分布圖n,l,m (r,

16、j) = Rn,l (r) Yl,m (,)波函數(shù)角度分布函數(shù)波函數(shù)徑向分布函數(shù)y2的空間分布叫電子云。j) =R(r) Y 2 (,)22(r,n,l,mn,ll,m電子云徑向分布函數(shù)電子云角度分布函數(shù) 原子軌道角度分布圖和電子云角度分布圖的區(qū)別zzz+-yyy+-+-xxx2pxz2pyz2p zzyyyxxxY 2Y 2Y 22p y2px2p z區(qū)別：原子軌道角度分布圖符號(hào)有正有負(fù)，電子云圖形無(wú)正負(fù)號(hào)；原子軌道角度分布圖較寬大，電子云圖形較瘦小。4. 波函數(shù)徑向分布圖Y（ r，q，f ） =R ( r ) Y ( q，f) ，討論波函數(shù) y 與r 之間的關(guān)系，只要討論波函數(shù)的徑向部分R

17、 ( r ) 與 r之間的關(guān)系就可以，因?yàn)椴ê瘮?shù)的角度部分Y ( q，f與 r 無(wú)關(guān)。)（1）徑向密度分布函數(shù) 幾率密度 | y|2隨 r 的變化，即表現(xiàn)為| R |2隨r 的變化。| R |2圖。對(duì) r做圖，得徑向密度分布函數(shù)s狀態(tài)r 0 時(shí)， | R |2 的值即幾率密度值最大。2s 1s 多一個(gè)峰，即多一個(gè)幾率密度的極值。3 s 再多出一個(gè)峰。| R |21s3s2sr1sr徑向密度分布圖和電子云圖中黑點(diǎn)的疏密是一致的2p3p3dr p0 時(shí)， | R |2 的值即幾率密度為零。2p狀態(tài)有一個(gè)幾率密度峰，3p 有 2 個(gè)幾率密度峰。r d0 時(shí)， | R |2 的值即幾率密度為零。3d狀

18、態(tài)有一個(gè)幾率密度峰 2p（2）徑向分布函數(shù)圖在原子核外距離為r的一薄層球殼中，電子出現(xiàn)的概率為| R |2 V薄殼體積與徑向概率密度之乘積：W= Dr 半徑為 r 的球面，表面積為 4 p r 2=4 p r 2 DrV球殼的體積近似為r則厚度為 Dr 的球殼內(nèi)電子出現(xiàn)的概率為W =| R |2 4 p r 2 Dr令 D( r )= 4 p r2 | R |2， 稱(chēng)為徑向分布函數(shù)。用 D( r )對(duì) r 作圖，考察單位厚度球殼內(nèi)的幾率隨r 的變化情況，即得到徑向分布圖 。D(r)D(r)D(r)2s3s1srraorD(r)| R |2= 4 p r2D( r )| R |21s1srrao

19、徑向密度分布圖徑向分布圖（D函數(shù)圖）離中心近的球殼中概率密度大，但由于半徑小，故球殼的體積??；離中心遠(yuǎn)的球殼中概率密度小，但由于半徑大，故球殼的體積大。所以徑向分布函數(shù)不是單調(diào)的 ( 即不單調(diào)上升或單調(diào)下降 ) ，其圖象是有極值的曲線(xiàn)。D(r)幾率峰：峰與峰之間有節(jié)面 幾率為零的球面。3d 節(jié)面數(shù)n-l-1D(r)rD(r)3p2pD(r)rD(r)rD(r)1s2s3srrrao五、多電子原子的能級(jí)Z2E = -13.6eV對(duì)于單電子體系，其能量為n2即單電子體系中，軌道上電子的能量，由主量子數(shù) n 決定。 n 相同的軌道，能量相同 ： E 4 s=E 4 p=E 4 dE 4 s=E 4。

20、且 n 越大能量越高 ： E 1 sE 2 sE 3 s 多電子體系中，電子不僅受到原子核的作用，而且受到其余電子的作用。故能量關(guān)系復(fù)雜。所以多電子體系中，能量不只由主量 子數(shù) n 決定。1.原子軌道近似能級(jí)圖Pauling，美國(guó)著名結(jié)構(gòu)化學(xué)家，根據(jù)大量光譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算，提出了多電子原子的原子軌道近似能級(jí)圖。所有的原子軌道，共分成七個(gè)能級(jí)組其中除第一能級(jí)組只有一個(gè)能級(jí)外，其余各能級(jí)組均以 ns開(kāi)始，以np 結(jié)束。第一組第二組第三組第四組第五組第六組第七組1s 2s 3s 4s 5s 6s7s2p 3p 3d 4d 4f5f4p 5p 5d6d各能級(jí)組之間的能量高低次序，以及能級(jí)組中各能級(jí)

21、之間的能量高低次序，在下頁(yè)的圖示中說(shuō)明。6p7p7p能量7s6p6s5p5s4p4s3p3s2p2s1s每個(gè)代表一個(gè)原子軌道p 三重簡(jiǎn)并d 五重簡(jiǎn)并f 七重簡(jiǎn)并3d組內(nèi)能級(jí)間能量差小，能級(jí)組間能量差大。4d4f5d5f6d2.屏蔽效應(yīng)以L(fǎng)i原子為例說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題 ：研究外層的一個(gè)電子。的引力，同時(shí)又受到內(nèi)層電子的 2 的斥力。它受到核的實(shí)際上受到的引力已經(jīng)不會(huì)恰好是 + 3 ，受到的斥力也不會(huì)恰好是 2我們把的原子核?？闯墒且粋€(gè)整體，即被中和掉部分正電的于是我們研究的對(duì)象 外層的一個(gè)電子就相當(dāng)于處在單電子體系中。中和后的核電荷 Z 變成了有效核電荷Z*。Z* =Z s ， s為屏蔽常數(shù)。Z2E

22、= -13.6于是公式eV，變成n2在多電子體系中，核外其它電子抵消部分核電荷，有效核電荷降低，使被討論的電子受到的核的作用變小。這 種作用稱(chēng)為其它電子對(duì)被討論電子的屏蔽效應(yīng)。(Z- s)2E = -13.6 eV n2Z*2E = -13.6 eV, n 2 Slater規(guī)則：(1)分組：按電子層、亞層分(1s), (2s, 2p), (3s, 3p), (3d), (4s,4p) , (4d), (4f),(2) 外層對(duì)內(nèi)層電子，s = 0；(3)同組內(nèi)電子， s = 0.35（1s間為0.30）； (4)相鄰內(nèi)層電子， s = 0.85 (s，p) ；(5)更內(nèi)層電子， s = 1.00

23、(6)對(duì)nd, nf中電子，其左邊所有組電子s = 1.00(5s,5p) 例 求碳原子的2p電子的屏蔽常數(shù)s = 2 0.85 + 3 0.35 = 2.75Z* = Z -s = 6 - 2.75 = 3.25C: 1s22s22p2 能級(jí)除取決于主量子數(shù) n 外，還與角量子數(shù) l 等有關(guān)。討論題：鉀原子的第19個(gè)電子應(yīng)進(jìn)入哪個(gè)軌道。3.鉆穿效應(yīng)電子作為主體主量子數(shù) n 相同，角量子數(shù)l不同的電子，受到的屏蔽作用不同由于徑向分布不同， l不同的電子鉆穿到核附近回避其它電子屏蔽的能力不同，從而使自身能量不同，這種作用稱(chēng)為鉆穿效應(yīng)。2s內(nèi)層有兩個(gè)幾率峰，2p 內(nèi)層有一個(gè)幾率峰。 電子在內(nèi)層出現(xiàn)

24、的幾率大，當(dāng)然受到的屏蔽要小。這相當(dāng)于電子離核近，故能量低。 4. 能級(jí)交錯(cuò)（1）各電子層能級(jí)相對(duì)高低KLMNE1s E2sE3s E2p E3p E4p（2）在多電子原子中，電子間的相互屏蔽造成同層能級(jí)的分裂，比如E2sE2p, E3sE3pE3d（3）同一原子，不同類(lèi)型的亞層之間，有能級(jí) 交錯(cuò)現(xiàn)象，4s3d4p, 5s4d5p六. 多電子原子核外電子排布核外電子填充順序77p7s66s6p6d55s5p5f5d44s4p4d4f33s3p3d22s2p11s1s22s22p63s23p64s2 3d10 4p6 5s2 4d105p6 6s2 4f14 5d10 6p67s2 5f14 6

25、d10 r共因?yàn)榻饘倬w中的原子軌道無(wú)重疊。v 范德華半徑單原子分子 ( He，Ne等 )，原子間靠范德華力，即分子間作用力結(jié)合，因此無(wú)法得到共價(jià)半徑。原子核間距的一半定義為范德華半徑。 ddd使用范德華半徑討論原子半徑的變化規(guī)律時(shí)，顯得比共價(jià)半徑大。因?yàn)樵谙∮袣怏w形成的晶體中，原子尚未相切。討論：原子半徑在周期表中的變化規(guī)律同周期從左向右，在原子序數(shù)增加的過(guò)程中，有 兩個(gè)因素在影響原子半徑的變化。 核電荷數(shù) Z 增大，對(duì)電子吸引力增大，使得原子半徑 r 有減小的趨勢(shì)。核外電子數(shù)增加，電子之間排斥力增大，使得原子半徑 r 有增大的趨勢(shì)。這是一對(duì)矛盾， 以哪方面為主？以 為主。即同周期中從左向右

26、原子半徑減小。只有當(dāng) d5，d10，f7，f14半充滿(mǎn)和全充滿(mǎn)時(shí)， 占主導(dǎo)地位，原子半徑 r 增大。短周期的主族元素，以第 3 周期為例r/pm15413611811711010499154NaCl，7 個(gè)元素，r減少了 55 pm。相鄰元素之間平均減少幅度 10 pm 左右。 Ar 為范德華半徑， 所以比較大。ArClSPSiAlMgNa長(zhǎng)周期的過(guò)渡元素，以第 4 周期的第一過(guò)渡系列為例r/pm 144132122118117117116115117125ScNi，8 個(gè)元素，r減少了 29 pm。相鄰元素之間，平均減少幅度 4 pm 左右。Cu，Zn為 d10結(jié)構(gòu)，電子斥力大， 所以 r

27、不但沒(méi)減小，反而有所增加。ZnCuNiCoFeMnCrVTiSc討論：短周期主族元素原子半徑平均減少幅度 10 pm ，長(zhǎng)周期的過(guò)渡元素平均減少幅度 4 pm 。造成這種不同的原因是什么？短周期主族元素，電子填加到外層軌道，對(duì)核的正電荷中和少，有效核電荷 Z* 增加得多。所以 r 減小的幅度大。長(zhǎng)周期過(guò)渡元素，電子填加到次外層軌道，對(duì)核的正電荷中和多，Z* 增加得少，所以 r 減小的幅度小。知識(shí)補(bǔ)充： 鑭系收縮r/pm169165164164163162185162r/pm161160158158158170158Eu4f7 6s2，f 軌道半充滿(mǎn)，Yb4f14 6s2，f 軌道全充滿(mǎn)，電子斥

28、力的影響占主導(dǎo)地位，原子半徑變大。15種元素，r共減小 11 pm。電子填到內(nèi)層(n2) f軌道，屏蔽系數(shù)更大，Z* 增加的幅度更小。所以 r 減小的幅度很小。該現(xiàn)象稱(chēng)為鑭系收縮。LuYbTmErHoDyTbGdEuSmPmNdPrCeLa鑭系收縮的影響對(duì)于鑭系元素自身的影響，使 15 種鑭系元素的半徑相似，性質(zhì)相近，分離困難。對(duì)于鑭后元素的影響，使得第二、第三過(guò)渡系的同族元素半徑相近，性質(zhì)相近，分離困難。KCaScTiVCr r/pm203174144132122118RbSrYZrNbMo r/pm216191162145134130CsBaLaHfTaW r/pm235198169144

29、134130同族中，從上到下，有兩種因素影響原子半徑的變化趨勢(shì)：核電荷 Z 增加許多，對(duì)電子吸引力增大， 使 r 減小；核外電子增多，增加一個(gè)電子層，使 r 增大。在這一對(duì)矛盾中， 起主導(dǎo)作用。同族中，從上到下，總的趨勢(shì)是原子半徑增大。主族元素Li Na KRbCs123 pm154 pm203 pm216 pm235 pm趨勢(shì)明顯r 增大第二過(guò)渡系列比第一過(guò)渡系列原子半徑 r增大 1213 pm。第三過(guò)渡系列和第二過(guò)渡系列原子半徑 r 相近或相等。這是鑭系收縮的影響結(jié)果。Ti132V122Cr118副族元素r/pmZr145Nb134Mo130Hf144Ta134W130鑭系收縮 半充滿(mǎn)和全

30、充滿(mǎn)時(shí)，原子半徑大2. 電離能基態(tài)氣體原子失去電子成為帶一個(gè)正電荷的氣態(tài)正 離子所需要的能量稱(chēng)為第一電離能，用 I 1表示。E (g) E+ (g)+e-I 1由+1價(jià)氣態(tài)正離子失去電子成為帶+2價(jià)氣態(tài)正離 子所需要的能量稱(chēng)為第二電離能，用 I 2表示。E+ (g) E 2+ (g) + e-I 2Li(g) -e Li+ (g)I= 520.2kJ mol-11Li+ (g) -e Li2+ (g)I= 7298.1kJ mol-12Li2+ (g) -e Li3+ (g)I=11815kJ mol-13電離能的大小，反映了原子失去電子的難易。元素的第一電離能越小表示越容易失去電子，即該元素

31、的金屬性越強(qiáng)。-e-電離能的影響因素： 原子的電荷越高，電離能越高； 原子的半徑越大，電離能越低。 穩(wěn)定的電子層結(jié)構(gòu)（全充滿(mǎn)、半充滿(mǎn)）， 電離能越高。元素周期表中第一電離能的變化同一周期：主族元素從左到右，Z*增大，r 減小，I 增大其中A 的 I1 最小，稀有氣體的 I1 最大；長(zhǎng)周期中部(過(guò)渡元素)，電子依次加到次外層， Z* 增加不多， r 減小緩慢， I略有增加。注意：N、P、As、Sb、Be、Mg電離能較大半滿(mǎn)，全滿(mǎn)。同一主族：從上到下，最外層電子數(shù)相同；Z*增加不多，r 增大為主要因素，核對(duì)外層電子引力依次減弱，電子易失去，I依次變小。電離能的應(yīng)用： 衡量原子或離子失去電子的難易程

32、度，越小， 越容易失去電子； 判斷元素氧化態(tài)：若 In+1 In，氧化態(tài)為 n； 是電子層結(jié)構(gòu)的佐證，若 I 突然改變很大，是另一個(gè)電子層的開(kāi)始。3. 電子親合能元素的基態(tài)氣態(tài)原子，得到 1個(gè) 電子，形成氣態(tài)負(fù)離子 ( M)時(shí)所放出的能量，叫該元素的第一電子親合能。用 E1 表示。同樣 有 E2 ，E3 ，E4 等。F ( g ) 322 kJmolDH = 322kJmol1例如F ( g )+e=1，E1 = DH=則當(dāng)負(fù)一價(jià)離子再獲得電子時(shí)要克服負(fù)電荷之間的排斥力，因此要吸收能量。第二電子親和能A2都是正值。 例如：O (g)+ e - O- (g)A1 =-140.0 kJ. mol-1 O2-O- (g) + e -(g)A2 =844.2 kJ. mol-1電子親和能的大小反映原子得到電子的難易。元素的電子親和能越大，原子得到電子的能力越大，非金屬性越強(qiáng)。-e-* 氣態(tài)基態(tài)原子氣態(tài)負(fù)離子H-72.7He+42.8Li-59.6BeBCNOF+48.2-26.7-121.9+6.75-141.0(844.2)-328.0Ne+115.8Na-52.9MgAlSiPSCl+38.6-42.5-133.6-72.1-200.4(531.6)-3349.0Ar+96.5K-48.4CaGaGeAsSeBr+28.9-28.9-115.8