《大学无机化学》PPT课件

费 曼 (1918-1988)Richard Feynman美 国 理 论 物 理 学 家1965年 诺 贝 尔 物 理 奖引 自 费 曼 物 理 学 讲 义 如 果 有 一 天 人 类 遭 遇 灭 顶 之 灾 ， 我 们 的 全 部 知 识 也将 随 之 被 毁 灭 。 假 如 我 们 还 有 时 间 给 后 人 留 一 句 话 ，那 么 这 句 话 应 当 是 ： 所 有 物 质 由 原 子 组 成 。 原 子是 一 种 永 远 运 动 的 、 远 距 离 相 互 吸 引 、 近 距 离 相 互排 斥 的 微 小 粒 子 。 n原 子 序 数 = 核 电 荷 数 (z) = 质 子 数 = 核 外电 子 数n质 量 数 (A) = 质 子 数 + 中 子 数 (N) 质 子 z 个 原 子 核 原 子 ( ) 中 子 N=(A-z)个 核 外 电 子 z 个 AzX 世 界 上 任 何 东 西 都 是由 原 子 组 成 的 （ 包 括物 质 和 灵 魂 ） 。 原 子是 不 可 分 割 的 。Democritus BC460-370古 希 腊 哲 学 家公 元 前 440年 德 谟 克 利 特 1. 所 有 物 质 是 由 原 子 组 成 的 。原 子 不 可 再 分 。2. 某 一 元 素 的 所 有 原 子 都 是相 同 的 ， 但 是 与 其 它 元 素的 原 子 不 同 。3. 化 合 物 是 由 不 同 元 素 的 原子 按 一 定 比 例 形 成 的 。4. 化 学 反 应 是 原 子 的 重 排 ，但 既 没 有 新 原 子 的 产 生 ，也 没 有 原 来 原 子 的 消 失 。 电 子 在 原 子 内 绕 核 旋 转 ，就 象 行 星 绕 太 阳 运 转 一 样 卢 瑟 福Sir Ernest Rutherford1871-1937新 西 兰 裔 英 国 化 学 家获 1908年 Nobel化 学 奖 n 连 续 光 谱n 氢 原 子 光 谱 1900年 12月 14日 ， 普 朗克 解 释 了 黑 体 辐 射 现 象 ，并 且 引 入 量 子 化 能 量 假说 ：辐 射 能 的 放 出 或 吸 收 不是 连 续 的 ， 而 是 按 照 一个 基 本 量 或 基 本 量 的 整数 倍 被 物 质 放 出 或 吸 收E h 普 朗 克Max Ludwig Planck1858-1947德 国 物 理 学 家1918年 Nobel物 理 奖 尼 尔 斯 玻 尔N. Bohr1885-1962丹 麦 物 理 学 家 n 原 子 内 电 子 按 能 级 分 层 排 布 于 适 合 一 定 条 件 的 轨道 上 ， 电 子 在 稳 定 轨 道 中 旋 转 时 完 全 不 放 出 能 量 ，处 于 一 种 稳 定 状 态 ；n 电 子 在 不 同 轨 道 上 旋 转 时 具 有 不 同 能 量 ， 各 能 级间 能 量 是 不 连 续 的 ， 即 量 子 化 的 ；n 电 子 在 轨 道 间 跃 迁 时 才 有 能 量 的 放 出 和 吸 收 ， 放出 的 量 子 具 有 的 频 率 由 轨 道 的 能 量 差 决 定-182 =2.18 10 n=1,2,3,4.BE B Jn -342 1 =6.626 10E E J s 的 优 点 和n 优 点 ： 首 先 引 入 量 子 化 的 概 念 ， 解 释 了 氢 原 子 光谱 为 不 连 续 光 谱 。n 缺 点 ：l未 能 完 全 冲 破 经 典 力 学 连 续 概 念 ， 只 是 勉 强 加 进 了一 些 人 为 的 量 子 化 条 件 和 假 定 。l只 能 解 释 氢 原 子 或 类 氢 原 子 （ He+, Li2+） 光 谱 。 不能 解 释 多 电 子 原 子 （ 核 外 电 子 数 大 于 1的 原 子 ） 、分 子 或 固 体 的 光 谱 ， 即 使 是 有 两 个 电 子 的 He ， 其结 果 与 实 验 相 去 甚 远 。l亦 不 能 解 释 氢 光 谱 的 每 条 谱 线 实 际 上 还 可 分 裂 为 两条 谱 线 的 现 象 ， 即 精 细 结 构 l未 考 虑 其 运 动 的 波 动 性 ， 采 用 了 宏 观 轨 道 的 概 念 。 n微 观 粒 子 ： 电 子 、 原 子 、 分 子n微 观 粒 子 的 运 动 特 征l量 子 化l波 粒 二 象 性n光 的 波 粒 二 象 性既 有 波 动 性 又 有 微 粒 性 ： 光n波 粒 二 象 性 的 数 学 表 达 （ 能 量 量 子 化 ）E=nh (n=1,2, .) P= h/、 ： 波 动 性 E、 P： 微 粒 性 德 布 罗 意 波 （ 物 质 波 ）电 子 具 有 波 长 h/m德 布 罗 意L. de Broglie法 国 物 理 学 家获 1929年 Nobel物 理 奖 C. Davisson和 L. Germar 当 电 子 通 过 晶 体 时 ， 在屏 幕 上 产 生 明 暗 交 替 的衍 射 环 。 这 说 明 电 子 射线 同 X射 线 一 样 有 衍 射现 象 ， 证 明 了 德 布 罗 意假 设 的 正 确 性 ， 亦 证 明了 电 子 具 有 波 动 性 。 铝 箔 （ a） 石 墨 （ b）感光屏幕薄晶体片衍射环纹电子束电子枪电 子 具 有 波 动 性 的 实 验 证 明 具 有 波 粒 二 象 性 的 微观 粒 子 ， 不 能 同 时 测准 其 位 置 和 速 度 （ 动量 ） 。 如 果 微 粒 的 运动 位 置 测 得 愈 准 确 ，则 相 应 的 速 度 愈 不 易测 准 ， 反 之 亦 然 。海 森 堡Werner Carl Heisenberg1902-1972德 国 物 理 学 家获 1932年 Nobel物 理 奖 2 2h hx P x m v 或式 中 x 表 示 位 置 测 不 准 量 ， P 表 示 动 量 测 不 准 量 ， h 为 普 朗 克 常 数 (6.626 10-34Js)， 为 圆 周 率 ， m 为 质 量 ， v 表 示 速 度 的 测 不 准 量 。 薛 定 鄂Erwin Schrdinger1887-1961奥 地 利 物 理 学 家获 1933年 Nobel物 理 奖 “当 所 有 其 它 方 法 都 行不 通 时 ， 就 用 薛 定 鄂 方程 。 ” 罗 素 派 克 Russell T. Pack 美 国 化 学 教 育 家 April 1978 薛 定 谔 (Schrdinger)方 程 ：E： 体 系 的 总 能 量V： 势 能m： 微 粒 的 质 量： 描 述 电 子 运 动 的 波 函 数 ， 也 称 为 原 子 轨 道 、 原 子 轨 迹 或 原 子 函2 2 2 22 2 2 28 ( ) 0m E Vx y z h n 通 过 薛 定 谔 方 程 求 解 而 得n 可 以 描 述 原 子 核 外 电 子 运 动 状 态22x 22y 22z 对 x的 二 阶 偏 导 数对 y的 二 阶 偏 导 数对 z的 二 阶 偏 导 数 n必 须 在 球 极 坐 标 系 中 求 解 (x,y,z) (r,) Rn(r)Yl,m(,) 0r0 纬 度0 2 经 度x = r sin cosy = r sin sinz = r cos 222 zyxr Ox y z P(r,)P n R(r)只 与 电 子 离 核 半 径 有 关 ， 称 为 波 函 数 的 径 向 部分n Y(,)只 与 、 两 个 角 度 有 关 ， 故 称 为 波 函 数 的角 度 部 分n 在 解 R(r)方 程 时 ， 要 引 入 一 个 参 数 n， 在 解 ()方 程 时 要 引 入 另 一 个 参 数 l， 在 解 ()方 程 时 还要 引 入 一 个 参 数 m。l 主 量 子 数 n = 1， 2， 3， 4， 7l 角 量 子 数 l = 0， 1， 2， 3， ， n-1， 共 可 取 n个 数 值 。l 磁 量 子 数 m = 0， 1， 2， ， l。 共 可 取 2l +1个 数 值 。n 在 量 子 力 学 中 ， 三 个 量 子 数 都 有 确 定 值 的 波 函 数称 为 原 子 轨 道 。 1.总 能 量2.波 函 数 径 向 部 分 ： 角 度 部 分 ： 182 181 2.18 10 J2.18 10 JsE nE 0 0 /30 /3 0 1( ) 2 1( , ) 4 1( , , ) 4r a r aR r eaY r ea n 没 有 物 理 意 义 ， 复 数 表 达 式 为 =a+bin|2 代 表 微 粒 在 空 间 某 点 出 现 的 概 率 密 度 ，即 单 位 体 积 中 的 概 率n电 子 云 是 |2 的 具 体 图 像s 电 子 云 的 界 面 图 （ 电子 出 现 概 率 达 到 90 的等 密 度 面 ） 1s电 子 云 | 2 r图 n假 想 将 核 外 一 个 电 子 每 个 瞬 间 的 运 动 状 态 ， 进 行摄 影 。 并 将 这 样 数 百 万 张 照 片 重 叠 ， 得 到 如 下 的统 计 效 果 图 ， 形 象 地 称 为 电 子 云 图 。n电 子 云 没 有 明 确 的 边 界 ， 在 离 核 很 远 的 地 方 ， 电子 仍 有 出 现 的 可 能 ， 但 实 际 上 在 离 核 200300pm以 外 的 区 域 ， 电 子 出 现 的 概 率 可 以 忽 略 不 计 。 n主 量 子 数 n 1， 2， 3， 4n角 量 子 数l 0， 1， 2， 3， (n-1)， 共 n 个 取 值 n磁 量 子 数m 0， 1， 2， ， l， 共 2l+1个 取 值 n自 旋 量 子 数 ms 取 值 1, 2, 3, 4, n 为 正 整 数 (自 然 数 ) 能 量 量 子 化光 谱 学 上 用 K , L , M , N , 表 示意 义 表 示 原 子 轨 道 能 量 的 高 低 ， 核 外 电 子 离 核 的 远 近 ，或 者 说 是 电 子 所 在 的 电 子 层 数 。 n= 1表 示 第 一 层(K层 )， 能 量 最 低 ， 离 核 最 近 。 n的 数 值 大 ， 电 子距 离 原 子 核 远 ， 则 具 有 较 高 的 能 量 。 -182 =2.18 10 n=1,2,3,4.BE B Jn 主 量 子 数n 1 2 3 4 5 6 7 电 子 层 一 二 三 四 五 六 七 符 号 K L M N O P Q 用 来 描 述 同 层 中 (n 相 同 ) 不 同 形 状 的 原 子 轨 道 （ 亚层 ） ， 取 值 受 主 量 子 数 n 的 限 制 ， 对 于 确 定 的 主 量子 数 n ， 角 量 子 数 l 可 以 为 0, 1, 2, 3, 4, ( n-1 )， 共 n 个 取 值 ， 光 谱 学 上 依 次 用 s , p , d , f , g , 表 示 。意 义 角 量 子 数 l 决 定 原 子 轨 道 的 形 状n = 4 时 ：nl = 0 表 示 s 轨 道 ， 能 量 最 低 ， 形 状 为 球 形 ， 即 4s 轨 道 ；nl = 1 表 示 p 轨 道 ， 形 状 为 哑 铃 形 ， 4p 轨 道 ；nl = 2 表 示 d 轨 道 ， 形 状 为 花 瓣 形 ， 4d 轨 道 ；nl = 3 表 示 f 轨 道 ， 能 量 最 高 ， 形 状 复 杂 , 4f 轨 道 取 值 受 角 量 子 数 l 的 影 响 ， 对 于 给 定 的 l， m可 取 ： 0, 1, 2, 3, l意 义 m 决 定 原 子 轨 道 的 空 间 取 向若 l=3， 则 m=0, 1, 2, 3 共 7个 值 。每 一 种 m 的 取 值 ， 对 应 一 种 空 间 取 向 。 n 和 l 一 定 的 轨 道 ， 如 2 p 轨 道 （ n =2 , l=1） 在 空 间有 三 种 不 同 的 取 向 。 但 一 般 不 影 响 能 量 。 3 种 不 同 取向 的 2 p 轨 道 能 量 相 同 。能 量 相 同 的 原 子 轨 道 称 为 等 价 轨 道 或 简 并 轨 道 s x z px x z py x y pz x z dxy x y dyz y z dxz x z dx2-y2 xyd z2 xz Stern-Gerlach 实 验电 子 自 旋 ： 电 子 自 身 存 在 的 两 种 不 同 的 运 动 状 态 电 子 在 沿 外 磁 场 方 向 上 的 自 旋 角 动 量 分 量 ，可 用 Ms 表 示 ：Ms = msh/2ms称 为 自 旋 量 子 数 ， 取 值 只 有 两 个 ， + 和 。 电 子 的 自 旋 方 式 只 有 两 种 ， 通 常 用 “ ” 和 “ ”顺 时 针 ， 逆 时 针 表 示 。 n n =2 l =( ) m =1 ms=+1/2n n =2 l =1 m =( ) ms=+1/2n n =3 l =0 m =( ) ms=+1/2n n =( ) l =2 m =0 ms=+1/2n n =2 l =( ) m = -1 ms=+1/2n n =4 l =( ) m =0 ms=+1/2n n = 4 l = 2 m =( ) ms=1/2 n1n0, 1n0n 3n1n0n0, 1, 2 n n = 2, l = 1, m = 0n n = 2, l = 2, m = -1n n = 3, l = 0, m = 0n n = 3, l = 1, m = 1n n = 2, l = 0, m = -1n n = 2, l = 3, m = 2 n合 理nl = 1n合 理n合 理nm = 0或 l=1nl=0,1; m=0, 1 或 n3 7351轨 道 个 数 3120角 量 子 数 5432主 量 子 数 存 在存 在存 在不 存 在存 在是 否 存 在 5f4p3d2d2s电 子 组 态 n 对 于 n = 3, m = -2的 电 子 来 说 ， 下 列 说 法 哪种 正 确 ？A. 电 子 位 于 d轨 道 中B. 电 子 位 于 p轨 道 中C. 电 子 位 于 第 二 电 子 层 中D. 以 上 均 不 正 确n=3 l = 0, 1, 2 m-2 l 2 5d轨 道 中 的 电 子 的 磁 量 子 数 m:A. 可 能 为 0-5之 间 的 任 何 一 个B. 为 0C. 为 + 或 - D. 为 3E. 以 上 都 不 对 用 图 形 表 示 Yl,m的 数 值 大 小 随 角 度 ， 的 变 化 。 s轨 道 p轨 道 n以 |2 作 图 得 到 的 图 像 n电 子 云 的 角 度 分 布 图 和 相 应 的 原 子 轨 道 的角 度 分 布 图 是 相 似 的 ， 它 们 之 间 主 要 区 别有 两 点 ： （ 1） 因 角 度 函 数 Yl， 所 以 Y2值 比 Y值 更 小， 电 子 云 的 角 度 分 布 图 比 原 子 轨 道 角 度 分布 图 “ 瘦 ” ； （ 2） 原 子 轨 道 角 度 分 布 图 有 正 、 负 之 分 ， 而电 子 云 的 角 度 分 布 图 因 角 度 函 数 经 平 方 后无 正 、 负 之 分 ， 全 为 正 值 。 能 级 交 错 现 象 鲍 林 近 似 能 级 图 (1)n近 似 能 级 图 是 按 原 子 轨 道 的 能 量 高 低 顺 序排 列 的 ， 能 量 相 近 的 划 为 一 组 ， 成 为 能 级组 ， 共 七 个 能 级 组 。l能 级 组 的 存 在 ， 是 周 期 表 中 化 学 元 素 可 划 分 为各 个 周 期 及 每 个 周 期 应 有 元 素 数 目 的 根 本 原 因 。l对 于 4、 5、 6、 7能 级 组 ， 在 一 个 能 级 中 包 含 不同 电 子 层 的 能 级 现 象 称 为 能 级 交 错n每 个 小 圆 圈 代 表 一 个 原 子 轨 道 ， 同 高 度 的圆 圈 代 表 简 并 轨 道 。 n l 相 同 ， n 越 大 ， 能 量 越 高n n 相 同 ， l 越 大 ， 能 量 越 高l同 一 主 层 中 各 亚 层 能 级 产 生 差 别 的 现 象 叫 做 能级 分 裂n n、 l 都 不 同 ， 比 较 能 量 使 用 (n+0.7l)： (n+0.7l) 越小 ， 能 量 越 低n 注 意 ： Pauling 能 级 图l不 能 完 全 反 映 出 每 种 元 素 的 原 子 轨 道 能 级 的 相对 高 低 ， 有 例 外l不 能 用 此 图 来 比 较 不 同 元 素 原 子 轨 道 能 级 的 相对 高 低 。 电 子 排 布 原 理l能 量 最 低 原 理l保 里 不 相 容 原 理 l洪 特 规 则 按 照 近 似 能 级 图 ， 核 外 电 子 总 是 尽 先 排 布 在能 量 最 低 的 轨 道 上 ， 当 能 量 最 低 的 轨 道 排 满后 ， 电 子 才 依 次 排 布 在 能 量 较 高 的 轨 道 上 。电 子 先 填 充 能 量 低 的 轨 道 ， 后 填 充 能 量 高 的轨 道 。 尽 可 能 保 持 体 系 的 能 量 最 低 。E1s E2s E3s E4sE3s E3p E3d 在 一 个 原 子 中 ， 不 可 能 存在 四 个 量 子 数 完 全 相 同 的两 个 电 子 。 一 个 原 子 轨 道最 多 只 能 容 纳 两 个 电 子 ，而 且 这 两 个 电 子 的 自 旋 方式 必 须 相 反 。电 子 层 的 最 大 容 量 ： 2n2亚 层 的 最 大 容 量 ： 4l+2 泡 利Wolfgang Pauli1900-1958奥 地 利 裔 美 国 物 理 学 家获 1945年 Nobel物 理 奖 “电 子 在 能 量 相 同 的 轨道 上 分 布 时 ， 总 是 尽 可能 以 自 旋 相 同 的 方 向 分占 不 同 的 轨 道 。 ”洪 特Friderich Hermann Hund1896-1997德 国 物 理 学 家 电 子 分 布 到 能 量 相 同的 等 价 （ 简 并 ， 即 n 相同 ） 轨 道 时 ， 总 是 尽先 以 自 旋 相 同 （ 自 旋平 行 ） 的 方 向 ， 单 独占 据 能 量 相 同 的 轨 道 ，即 总 是 以 自 旋 相 同 的方 式 分 占 尽 可 能 多 的轨 道 。 各 轨 道 保 持 一致 ， 则 体 系 的 能 量 低 。 作 为 Hund 规 则 的 特 例 ， 简 并 轨 道 在 全 充 满 (p6，d10， f14)、 半 充 满 (p3， d5， f7)和 全 空 (p0， d0，f0)时 是 比 较 稳 定 的 。重 要 的 特 例 n能 级 交 错 现 象 ： 电 子 进 入 轨 道 的 能 级 顺 序1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d(5)(4)(2)(3)(6) nAr中 磁 量 子 数 m =1的 电 子 有 多 少 ？ A. 1 B. 2 C. 4 D. 6 E. 018Ar: 1s22s22p63s23p6nCl中 有 多 少 电 子 的 量 子 数 n = 3 和 l = 0 ？A. 2 B. 4 C. 6 D. 8 E. 1017Cl: 1s22s22p63s23p5 以 (1)为 例 ， 完 成 下 列 (2)至 (6)题 : (1) Na (z=11) 1s22s22p63s1 (2) _ 1s22s22p63s23p3 (3) Ca (z=20) _ (4) _ (z=24) 3d54s1 (5) _ Ar3d104s1P (z=15) Ar1s22s22p63s23p64s2CrCu (z=29) 对 于 Sc来 说 ， 下 列 哪 一 个 电 子 排 布 正 确 ：a. 1s22s22p63s23p64s2b. 1s22s22p63s23p64s23d1c. 1s22s22p63s23p63d1d. 1s22s22p63s23p64s3e. 以 上 均 不 正 确 下 列 哪 一 个 是 Mn2+的 电 子 排 布 ：a. Ar 4s23d5b. Kr 4s23d5 c. Ar 4s23d3 d. Ar 3d5 e. Kr 4s23d3 哪 一 个 原 子 或 离 子 具 有 的 未 成 对 电 子 最 多 ？(a) F (b) P (c) Cr (d) Ag (e) Mn4+F: 1s22s22p5P: 1s22s22p63s23p3Cr: 1s22s22p63s23p63d54s1Ag: Kr4d104s1Mn4+: 1s22s22p63s23p63d3 (Mn: 3d54s2) 已 知 某 元 素 在 氪 前 ， 当 此 元 素 的 原 子 失 去 3个电 子 后 ， 在 它 的 角 量 子 数 为 2的 轨 道 内 ， 电 子恰 为 半 充 满 ， 试 推 断 该 元 素 为 何 元 素 ？ 氪 原 子 序 数 36， 核 外 电 子 排 布 ： Ar3d104s24p6角 量 子 数 为 2的 轨 道 (l=2): n3， d 轨 道最 外 层 电 子 排 布 应 为 ： 3dx 4sy失 去 的 3个 电 子 可 能 包 括 ：4s 上 的 2个 电 子 和 3d 上 的 1个 电 子失 去 电 子 的 3d 轨 道 内 电 子 恰 为 半 充 满 ：中 性 元 素 的 3d电 子 数 为 6则 该 元 素 核 外 电 子 排 布 ： Ar3d64s2 原 子 序 数 为 ： 26该 元 素 为 铁 (Fe)。 n 因 电 子 之 间 的 相 互 排 斥 而 使 核 对 外 层 电 子 的 吸 引被 减 弱 的 作 用 称 为 屏 蔽 效 应 （ 或 屏 蔽 作 用 ） 。n 多 电 子 原 子 中 ， 电 子 运 动 的 能 量 用 “ 中 心 势 场 模型 ” 近 似 处 理 ： 每 个 电 子 都 在 核 和 其 余 电 子 所 构成 的 平 均 势 场 中 运 动 ， 其 余 电 子 对 该 选 定 的 电 子的 排 斥 作 用 看 作 相 当 于 个 电 子 电 荷 是 从 原 子 中 心产 生 的 ， 相 当 于 核 电 荷 数 减 少 了 个z z z: 有 效 核 电 荷 ； z: 核 电 荷 数 ; : 屏 蔽 常 数n 屏 蔽 常 数 与 其 余 电 子 的 多 少 及 它 们 所 处 轨 道 ， 以及 选 定 电 子 所 在 轨 道 有 关 。 n 内 层 电 子 对 外 层 电 子 的 屏 蔽 作 用 较 大 ， 外 层 电 子对 较 内 层 电 子 近 似 看 作 不 屏 蔽 。n n越 小 ， 屏 蔽 作 用 越 大K L M N核 外 电 子 能 级 ：考 虑 屏 蔽 效 应 ： eVnZE 6.13 22 eVnZE 6.13)( 2 2 n 分 组 ： 按 以 下 次 序 (1s) , (2s,2p), (3s,3p), (3d), (4s, 4p), (4d), (4f), (5s, 5p), (5d), (5f)； n 每 一 小 组 右 边 各 组 的 电 子 对 该 组 电 子 不 产 生 屏 蔽作 用 ；n 在 (ns,np)同 组 中 ， 每 一 个 电 子 屏 蔽 同 组 电 子 为 0.35，而 1s组 内 的 电 子 相 互 屏 蔽 为 0.30；n 内 层 (n-1)层 中 每 一 个 电 子 对 外 层 (ns, np)上 电 子 屏蔽 为 0.85；n (n-2)内 层 或 更 内 层 中 的 每 一 个 电 子 对 外 层 (ns, np)上 电 子 屏 蔽 为 1.00；n 当 被 屏 蔽 电 子 是 (nd)组 或 (nf)组 电 子 时 ， 同 组 电 子屏 蔽 为 0.35， 左 边 各 组 电 子 屏 蔽 为 1.00。 26Fe 1s2 2s22p6 3s23p6 3d6 4s24s电 子 ：Z=Z-=26-(21.00+8 1.00+14 0.85+10.35)=3.753d电 子 ： Z=Z-=26-(181.00+50.35)=6.253p电 子 ：Z=Z-=26-(21.00+80.85+70.35)=14.753s电 子 ：Z=Z-=26-(21.00+80.85+70.35)=14.752p电 子 ： Z=Z-=26-(20.85+70.35)=21.852s电 子 ： Z=Z-=26-(20.85+70.35)=21.851s电 子 ： Z=Z-=26-10.30=25.70 19K的 电 子 排 布 是 1s22s22p63s23p64s1而 不 是1s22s22p63s23p63d1？ （ 兼 解 释 能 级 交 错 现 象 ）解 ：4s: Z = 19 (0.858 + 110) = 2.2 E = (2.22/42)13.6 = 4.114eV3d: Z= 19 (181) = 1 E = (12/ 32)13.6 = 1.51eV能 量 越 低 越 稳 定 计 算 Ti原 子 中 作 用 在 4s 和 3d 电 子 上 的 有 效 核 电 荷 。解 ： Ti原 子 序 数 Z=22， 其 电 子 分 布 式 为 ：1s22s22p63s23p63d24s2按 近 似 计 算 规 则 ， （ 1） 作 用 在 4s电 子 上 的 屏 蔽 常 数 为 ： = 10.35+100.85+101.0=18.85所 以 ， 作 用 在 4s电 子 上 的 有 效 核 电 荷 为 ： Z*4s = Z- = 22-18.85=3.15（ 2） 作 用 在 3d电 子 上 的 屏 蔽 常 数 为 ： = 10.35+181.0=18.35所 以 ， 作 用 在 3d电 子 上 的 有 效 核 电 荷 为 : Z* 3d = Z- = 22-18.35=3.65 宇 宙 间 所 有 的 化 学 变化 ， 好 似 戏 台 上 扮 演的 戏 剧 ， 在 化 学变 化 的 戏 剧 里 ， 最 主要 的 角 色 ， 当 然 要 推元 素 了 。 -温 克 勒 德 国 化 学 家元 素 是 具 有 相 同 质 子数 的 一 类 单 核 粒 子 的总 称 。 n尚 古 都螺 旋 图n迈 尔六 元 素 表n杜 伯 乃 勒三 音 律n纽 兰 兹 八 音 律 Dmitri Mendeleev 1834-1907俄 国 化 学 家 n把 看 起 来 孤 立 的 、 杂 乱 无 章的 化 学 元 素 知 识 ， 纳 入 到 一个 严 整 的 自 然 体 系 之 中n元 素 之 间 的 协 调 性 和 分 类n化 合 物 知 识 的 系 统 化n从 理 论 上 选 定 和 修 正 部 分 元素 的 原 子 量n对 未 发 现 元 素 的 预 言 n元 素 在 周 期 表 中 的 原 子 序 数 等 于 该 元 素 原 子 的 核 电 荷数 或 核 外 电 子 数 。n元 素 周 期 律随 着 元 素 的 原 子 序 数 (核 电 荷 数 )的 依 次 递 增 ， 最 外 层电 子 周 期 性 地 重 复 着 相 同 排 布 ， 元 素 以 及 由 它 形 成的 单 质 和 化 合 物 的 性 质 也 呈 现 周 期 性 的 变 化 。n周 期 ： 每 一 能 级 组 对 应 于 一 个 周 期每 一 周 期 开 始 ， 核 外 都 出 现 新 的 电 子 层 ； 元 素 原 子的 电 子 层 数 等 于 该 元 素 所 在 的 周 期 数n族 ： 原 子 的 电 子 层 结 构 排 布 导 致同 一 族 各 元 素 的 外 层 电 子 构 型 相 同 ， 性 质 相 似 n横 向 为 7个 周 期 ， 纵 向 为 18列n1-2列 为 IA和 IIA主 族 元 素 ， 13-17列 为 IIIA-VIIA主 族 元 素 ， 18列 为 零 族 元 素n3-10列 为 IIIB-VIIIB副 族 元 素 ， 11-12列 为IB-IIB副 族 元 素n按 价 电 子 构 型 的 不 同 ， 周 期 表 分 为 s, p, d, ds 和 f 五 个 区n主 族 元 素 的 族 数 =原 子 的 最 外 层 电 子 数 目 =主 族 元 素 的 最 高 化 合 价 数 周 期数 原 子序 数 元 素数 目 最 高 能 级 组 最 大 电 子容 量1 12 2 1s第一能级组22 310 8 2s,2p第二能级组83 1118 8 3s,3p第三能级组84 1936 18 4s,3d,4p第四能级组185 3754 18 5s,4d,5p第五能级组186 5586 32 6s,4f,4d,6p第六能级组327 87109 23 7s,5f,5d,7p第七能级组32 ns区l最 后 一 个 电 子 填 充 在 s能 级 上 的 元 素l元 素 周 期 表 左 侧 ， 包 括 IA, IIA l结 构 特 点 ： ns12 l化 学 性 质 ： 易 失 电 子 成 离 子 ， 活 泼 金 属np区l最 后 一 个 电 子 填 充 在 p能 级 上 的 元 素l元 素 周 期 表 右 侧 ， 包 括 IIIAVIIA,VIII族l结 构 特 点 ： ns2 np16 l化 学 性 质 ： 主 族 元 素 nd区l最 后 一 个 电 子 填 充 到 d能 级l元 素 周 期 表 中 部 ， 包 括 IIIBVIIIBl结 构 特 点 ： (n-1)d19ns12 (Pd: 4d10)l化 学 性 质 ： 过 渡 元 素nds区l最 后 一 个 电 子 填 充 到 d能 级 但 未 达 到 d10l元 素 周 期 表 中 部 ， 包 括 IB, IIB l结 构 特 点 ： (n-1)d10ns12 l化 学 性 质 ： 过 渡 元 素 nf区l最 后 一 个 电 子 填 充 到 f能 级 上 的 元 素l位 于 下 部 ， 包 括 镧 系 元 素 和 锕 系 元 素l结 构 特 点 ： (n-2)f014(n-1)d02ns2l化 学 性 质 ： 内 过 渡 元 素 元 素 原 子 序 数 增 加 时 ， 原 子 的 有 效 核 电 荷 Z呈 现 周 期 性 的 变 化 。同 一 周 期 ： 短 周 期 ： 从 左 到 右 ， Z 显 著 增 加 。C: Z =3.25 N: Z =3.90 O: Z =4.55 F: Z =5.20 长 周 期 ： 从 左 到 右 ， 前 半 部 分 有 Z 增 加 不 多 ， 后 半 部 分 显 著 增 加 。同 一 族 ： 从 上 到 下 ， Z 增 加 ， 但 不 显 著 。 n共 价 半 径同 种 元 素 的 两 个 原 子 以 共 价 单键 结 合 时 ， 其 核 间 距 离 的 一 半n金 属 半 径金 属 单 质 的 晶 体 中 ， 相 邻 两 原 子 的 核 间 距离 的 一 半n范 德 华 半 径当 原 子 间 没 有 形 成 化 学 键 而 只 靠 分 子 间 的作 用 力 互 相 接 近 时 ， 相 邻 两 原 子 的 核 间 距离 的 一 半 d n主 族 元 素 ：l从 左 到 右 r 减 小l从 上 到 下 r 增 大n过 渡 元 素 ：l从 左 到 右 r 缓 慢 减 小 ； l从 上 到 下 r 略 有 增 大l四 到 五 ， 增 大l五 到 六 ， 基 本 没 有 变 化 （ 镧 系 收 缩 ） 镧 系 元 素 从 左 到 右 ， 原 子 半 径 减 小 幅 度 更 小 ，这 是 由 于 新 增 加 的 电 子 填 入 外 数 第 三 层 上 ，对 外 层 电 子 的 屏 蔽 效 应 更 大 ， 外 层 电 子 所 受到 的 Z* 增 加 的 影 响 更 小 。镧 系 元 素 从 镧 到 镱 整 个 系 列 的 原 子 半 径 减 小不 明 显 。 锆 Zr 铌 Nb 钼 Mo 铪 Hf 钽 Ta 钨 W 元 素 的 气 态 原 子 在 基 态 时 失 去 一 个 电 子 成 为一 价 气 态 正 离 子 所 消 耗 的 能 量 称 为 该 元 素 的第 一 电 离 能 。 H (g) H+ (g) + e H0 吸 热这 一 过 程 相 当 于 1s态 电 子 自 由 电 子 电 离 能 I ， 表 示 元 素 的 原 子 失 去 电 子 ， 形 成 正 离 子 的能 力 的 大 小 ， 电 离 能 越 小 ， 说 明 原 子 在 气 态时 越 易 失 去 电 子 。电 离 能 的 大 小 主 要 决 定 于 原 子 的 有 效 核 电 荷 、原 子 半 径 和 原 子 的 电 子 层 结 构 。 (1)同 一 周 期 自 左 至 右 ， I基 本 上 依 次 增 大 ；反 常 ： Be与 B， Mg与 Al， P与 S， Zn与 Ga等电 离 能 不 仅 与 原 子 的 核 电 荷 有 关 ， 也 与 元 素的 电 子 层 结 构 有 关 。例 ： IB IO N(2s22p3) N+(2s22p2) N 半 充 满 ， 更 稳 定 O(2s22p4) O+(2s22p3) O+半 充 满 ， 更 稳 定 (2)通 常 主 族 元 素 自 上 而 下 依 次 减 小 ， 即 金 属性 依 次 增 大 ；(3)同 一 周 期 过 渡 元 素 及 内 过 渡 元 素 自 左 至 右电 离 能 变 化 不 大 ， 规 律 性 也 较 差 ；(4)副 族 元 素 电 离 能 变 化 规 律 不 规 则 。(5)同 一 元 素 I1 I2 B C DC. 4s24p3A. 2s22p33. 同 一 周 期： C B D AD. 2s22p2C. 2s22p5 B. 2s22p3 A. 2s22. 同 一 周 期：D B A CD. 4s24p6C. 4s24p4 B. 4s24p5A. 4s24p31. 1mol 某 元 素 的 基 态 气 态 原 子 ， 得 到 1mol 电 子 ， 形成 气 态 负 离 子 (M) 时 所 放 出 的 能 量 ， 叫 该 元 素 的第 一 电 子 亲 合 能 。 用 E1表 示 。 同 样 有 E2， E3，E4 等 。F(g) + e = F (g) H = -322 kJmol-1 则 E1 = -H = 322 kJmol-1电 子 亲 合 能 E， 表 示 元 素 的 原 子 得 到 电 子 ， 形 成 负离 子 的 能 力 的 大 小 。 亲 合 能 越 负 ， 原 子 得 到 电 子 时放 出 的 能 量 越 多 ， 越 容 易 得 到 电 子 。非 金 属 原 子 的 第 一 亲 合 能 总 为 负 值 ； 无 法 直 接 测 定 n 同 一 周 期 ： 从 左 到 右 ， Z* 增 大 ， r 减 小 ， 最 外 层电 子 数 依 次 增 多 ， 趋 向 于 结 合 电 子 形 成 8 电 子 结构 ， EA 的 负 值 增 大 。 卤 素 的 EA 呈 现 最 大 负 值 。特 例 ： 氮 族 元 素 ns2np3 （ 半 充 满 ） 零 族 元 素 ns2np6 （ 全 充 满 ）n 同 一 主 族 ： 从 上 到 下 ， 规 律 不 很 明 显 ， 大 部 分 的 A 负 值 变 小 。特 例 ： EA(N)为 正 值 ， 是 p 区 元 素 中 除 稀 有 气 体 外 唯 一 的 正 值 。 E A的 最 大 负 值 不 是 F 原 子 而 是 Cl 原 子 。 电 负 性 ()表 示 一 个 元 素 的 原 子 在 分 子 中 吸 引电 子 的 能 力 ； 电 负 性 越 大 ， 原 子 在 分 子 中 吸引 电 子 的 能 力 越 强电 负 性 的 标 度 有 多 种 ， 常 见 的 有n Mulliken标 度 (M) M 0.5(I+EA)n Allred-Rochow 标 度 (A) n Pauling标 度 (P) P 0.18(I+EA)规 定 氟 的 电 负 性 约 为 4.0， 其 它 元 素 与 氟相 比 ， 得 出 相 应 数 据 。 电 负 性 标 度 不 同 ， 数 据 不 同 ， 但 在 周 期 系 中变 化 规 律 是 一 致 的 。 电 负 性 可 以 综 合 衡 量 各种 元 素 的 金 属 性 和 非 金 属 性 。n同 一 周 期 从 左 到 右 电 负 性 依 次 增 大n同 一 主 族 从 上 到 下 电 负 性 依 次 变 小n金 属 元 素 的 电 负 性 一 般 小 于 2.0， 非 金 属 元素 的 电 负 性 一 般 大 于 2.0， F元 素 P为 4.0， 非金 属 性 最 强 。 0 10 20 30 40 50 6001234 BaCsIInRuYSrRbBrAsZnCuMnScCaKClS PSiAlMgNaFON CBBeLiH相对电负性 原 子 序 数 电 负 性 依 次 减 小 的 是 1) K, Na, Li 2) O, F, N 3) O, N, B 4) As, P, N1) KNaON3) ONB 4) AsPN