工程材料基础-原子结构

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第二章,原,原子,结,结构与,原,原子间,结,结合键,2.1,原,原子,结,结构,2.2,原,原子,序,序数和,原,原子质,量,量,2.3,原,原子,的,的电子,层,层结构,2.4,原,原子,的,的结合,键,键,2.1,原,原子,结,结构,原子组,成,成：,原子核,和,和核外,电,电子,原,原子核,内,内又有,质,质子和,中,中子。,原子电,荷,荷：,质子带,正,正电荷,，,，中子,不,不带电,荷,荷，因,此,此原子,核,核,带正电,荷,荷，通,过,过静电,吸,吸引，,将,将带负,电,电荷的,电,电,子束缚,在,在其周,围,围。每,个,个质子,和,和电子,所,所带的,电,电,荷,q,均为1.60210,-19,库仑。,因,因为原,子,子中质,子,子,和电子,的,的数目,相,相等，,所,所以从,整,整体看,，,，原子,是电中,性,性的。,原子尺,寸,寸,：直径,约,约为10,-10,m，,但原子,核,核直径,很,很小，,仅,仅为,约10,-14,m，,其外部,均,均为电,子,子所包,围,围。,续上页,原子质,量,量,：原子,的,的质量,大,大部分,集,集中在,原,原子核,内,内。,一个质,子,子具有1.673,10,-24,g,质量，,中,中,子略重,于,于质子,，,，质量,为,为1.675,10,-24,g，,而一个,电,电子的,质,质量只,有,有9.109,10,-28,g，,仅为质,子,子质量,的,的1/1836。,表2-1 质,子,子、中,子,子和电,子,子的质,量,量与电,荷,荷,粒子质量，,g,粒子电荷，库仑,质子,中子,电子,1.67310,-24,1.67510,-24,9.109,10,-28,+1.60210,-19,0,-,1.602,10,-19,2.2,原,原子,序,序数和,原,原子质,量,量,22,1,原,原子序,数,数,元素的,原子序,数,数,等于原,子,子核中,的,的质子,数,数或核,外,外电子,数,数。每,种,种元素,均,均与一,定,定的原,子,子序数,相,相对应,，,，如铁,的,的原子,序,序数为26，,其,其原子,核,核有26个质,子,子和26个核,外,外电子。,22,2,核,核素与,同,同位素,核素：,原子核,中,中具有,一,一定质,子,子数和,一,一定中,子,子数的,原,原子。,一种碳,原,原子的,原,原子核,中,中有6,个,个质子,和,和6个,中,中子，,它的质,量,量数是12，,这,这种碳,原,原子称,碳,碳-12核素,，,，,写为,12,C,核素；,另,另一种,碳,碳原子,的,的原子,核,核里有6个,质子和7个中,子,子，质,量,量数为13，,称,称碳-13核,素,素，,可写为,13,C,核素。,多核素,元,元素,与,单核素,元,元素,。,同位素,：,：,质子数,相,相同而,中,中子数,不,不同的,同,同一元,素,素的不,同,同,原子互,称,称为,同位素,；即多,核,核素元,素,素中的,不,不同,核素互,称,称为同,位,位素。,12,C,和,13,C,是碳的,同,同位素,。,。,稳定同,位,位素,与,放射性,同,同位素,。,。,2.2.3,原,原子质,量,量与相,对,对原子,质,质量,1.,原,原子质,量,量,指某核,素,素一个,原,原子的,质,质量。,由,由于原,子,子的绝,对,对质量,很,很小, 常,以,12,C,一个原,子,子质量,的,的1/12作,单,单位，,称,称为“,原子质,量,量单位,”，用,“,“,u”,表示（1,u=1.66,10,-24,g），,因此,12,C,的原子,质,质量也,就,就等于12,u。,续上页,元素原,子,子的原,子,子质量,：,：,元素的,平,平均原,子,子质量,与,与核素,12,C,原子质量,的,的1/12之比。,所,所谓元素,的,的平均原,子,子质量，,是,是对一种,元,元素含有,多,多种天然,同,同位素而,说,说的，平,均,均原子质,量,量可由这,些,些同位素,的,的原子质,量,量和丰度,（,（指某同,位,位素在所,属,属的天然,元,元素中所,占,占的原子,百,百分数）,来,来计算。,元素的原,子,子质量用,符,符号,A,r(E),表示，,E,代表某元,素,素，如氧,的,的原子质,量,量等于16.00,，,，可表示,为,为,A,r(O)=16.00。,它表示1,个,个氧原子,的,的平均质,量,量是核素,12,C,原子质量1/12,的,的16.00倍。,可,可见，元,素,素的原子,质,质量只是,一,一种相对,的,的比值。,它,它的单位,为,为一。,例题,2-1,：,自然界的,氢,氢元素有,两,两种同位,素,素，实验,测,测得,1,H,的原子质,量,量为1.007825,u，,丰度为99.985%，,2,H,的原子质,量,量为2.0140,u，,丰度为0.015%，试计,算,算氢元素,的,的平均原,子,子质量和,相,相对原子,质,质量。,解：氢元素的,平,平均原子,质,质量为：,1.007825,u99.985%+2.0140u0.015%=1.0079u,根据元素,的,的相对原,子,子质量的,定,定义，氢,的,的相对原,子,子,质量为：,2. 相,对,对原子质,量,量,元素的相,对,对原子质,量,量：,1,mol,某种元素,的,的平均质,量,量与1,mol,12,C,核素原子,质,质量1/12之比,，,，也是该,元,元素6.02310,23,个原子（,阿,阿伏伽德,罗,罗数,N,A,）,的质量，,其,其单位为,g/mol。,各元素的,相,相对原子,质,质量均示,于,于表2-2元素周,期,期表中元,素,素符号的,下,下方。,例题2-2,：,(1),根,根据铜的,相,相对原子,质,质量，试,求,求1个铜,原,原子的质,量,量。,(2)1克铜中,有,有多少铜,原,原子？,解:,(1),铜,铜的相对,原,原子质量,为,为63.54,g/mol，,因63.54,g,铜有,6.02310,23,个原子,因,因此, 一个,铜,铜原子的,质,质量为:,63.54,g/mol/6.02310,23,个原子/,mol=1.05,10,-22,g/,原子,(2)1克铜的,原,原子数：,6.02310,23,个原子/,mol/63.54g/mol=9.4810,21,个原子/,g,2.3,原,原子的电,子,子层结构,231 核外,电,电子的运,动,动状态,原子中核,外,外电子的,运,运动状态,（,（或分布,情,情况），,要,要用四个,量,量子数加,以,以描述。,这,这四个量,子,子数是：,主量,子,子数,n,角量,子,子数,l,磁量,子,子数,m,自旋,量,量子数,m,s,1主量,子,子数,n,主量,子,子数,n,是描述核,外,外电子的,能,能量和电,子,子离核平,均,均距离的,参,参数，是,决,决定电子,能,能量大小,的,的主要量,子,子数。,n,值越大，,电,电子离核,的,的距离越,远,远，电子,的,的能量愈,高,高。,主量,子,子数,n,可取零以,外,外的正整,数,数，即,n,= 1,2,3 。,每一个,n,值代表一,个,个电子层,或,或主能级,层,层（主层,）,），在光,谱,谱学上常,用,用拉丁字,母,母表示电,子,子层：,主量子数,n,1 23 4567,电子,层,层符号,KLMNOPQ,2角量,子,子数,l,角量,子,子数,l,用于描述,原,原子轨道,或,或电子云,的,的形状，,并,并在多电,子,子原子中,和,和主量子,数,数,n,一起决定,电,电子的能,量,量，故又,称,称为副量,子,子数。,n,确定后，,角,角量子数,l,可取0到,n,-1，,即,l,= 0，1，2,（n-1）。,如,n,= 1,l,只能取0,；,；,n,= 2，,l,可取0和1两个值,。,。,电子,亚,亚层或能,层,层常用光,谱,谱符号表,示,示：,角量子数,l,0123,电,子,子亚层符,号,号,spd,f,l,= 0,表示球形,的,的,s,原子轨道,或,或电子云,；,；,l,= 1,表示哑铃,形,形的,p,原子轨道,或,或电子云,；,；,l,= 2,表示花瓣,形,形的,d,原子轨道,或,或电子云,，,，等等。,图,图2-1,是,是,s、p,和,d,原子轨道,的,的平面图,。,。,在多,电,电子原子,中,中，同一,电,电子层中,的,的,l,数值越大,，,，该电子,亚,亚层的能,级,级越高，,如,如在第三,电,电子层有,s、p,和,d,等3个电,子,子亚层，,其,其中3,d,的能级高,于,于3,p,的能级，3,p,的能级又,高,高于3,s,的能级。,图,2-1,s,、,p,和,d,原子轨道,的,的平面图,3磁量,子,子数,m,磁量,子,子数,m,决定原子,轨,轨道在磁,场,场中分裂,，,，在空间,伸,伸展的方,向,向。其取,值,值受角量,子,子数,l,的限制，,当,当,l,一定，,m,可取0，,1，2，,l，,共有（2,l +,1）,个数值，,即,即原子轨,道,道或电子,云,云可以沿,着,着（2,l+,1）,个不同方,向,向伸展，,常,常用符号,或表,示,示。,l,=0,时,，,，,m=0,，,，,原,子,子,轨,轨,道,道,或,或,电,电,子,子,云,云,只,只,有,有,一,一,个,个,伸,伸,展,展,方,方,向,向,；,；,l,=1,时,，,，,m=-1,、,、0,、,、+1,，,，,有3,个,个,数,数,值,值,，,，,p,原,子,子,轨,轨,道,道,或,或,电,电,子,子,云,云,分,分,别,别,沿,沿,着,着,x,，,，y,和,z,三,个,个,方,方,向,向,伸,伸,展,展,。,。,l,=2,时,，,，,m=0,1,，,，,2,，,，,有5,个,个,数,数,值,值,，,，,即,即,d,原,子,子,轨,轨,道,道,或,或,电,电,子,子,云,云,有,有5,个,个,不,不,同,同,伸,伸,展,展,方,方,向,向,的,的,轨,轨,道,道,。,。,磁,磁,量,量,子,子,数,数,与,与,电,电,子,子,能,能,量,量,无,无,关,关,。,。,l,相,同,同,，,，,m,不,同,同,的,的,原,原,子,子,轨,轨,道,道,，,，,即,即,形,形,状,状,相,相,同,同,，,，,空,空,间,间,取,取,向,向,不,不,同,同,的,的,原,原,子,子,轨,轨,道,道,，,，,其,其,能,能,量,量,是,是,相,相,同,同,的,的,。,。,4,自,自,旋,旋,量,量,子,子,数,数,m,s,原,原,子,子,中,中,的,的,电,电,子,子,除,除,了,了,绕,绕,核,核,运,运,动,动,外,外,，,，,还,还,可,可,自,自,旋,旋,。,。,用,用,于,于,描,描,述,述,电,电,子,子,自,自,旋,旋,方,方,向,向,的,的,量,量,子,子,数,数,称,称,为,为,自,自,旋,旋,量,量,子,子,数,数,，,，,用,用,符,符,号,号,m,s,表,示,示,。,。,自,自,旋,旋,方,方,向,向,只,只,有,有,顺,顺,时,时,针,针,和,和,逆,逆,时,时,针,针,两,两,种,种,故,故,m,s,=,，,，,通,常,常,用,用,符,符,号,号,、,、,表,表,示,示,。,。,自,自,旋,旋,量,量,子,子,数,数,m,s,对,电,电,子,子,所,所,处,处,的,的,能,能,量,量,没,没,有,有,影,影,响,响,。,。,这,这,样,样,用,用,四,四,个,个,量,量,子,子,数,数,就,就,可,可,以,以,描,描,述,述,电,电,子,子,在,在,原,原,子,子,中,中,的,的,复,复,杂,杂,运,运,动,动,状,状,态,态,，,，,即,即,四,四,个,个,量,量,子,子,数,数,可,可,以,以,确,确,定,定,某,某,一,一,电,电,子,子,在,在,原,原,子,子,核,核,外,外,某,某,一,一,电,电,子,子,层,层,的,的,电,电,子,子,亚,亚,层,层,中,中,的,的,运,运,动,动,，,，,它,它,的,的,电,电,子,子,云,云,或,或,原,原,子,子,轨,轨,道,道,在,在,空,空,间,间,的,的,某,某,一,一,方,方,向,向,伸,伸,展,展,，,，,且,且,本,本,身,身,有,有,一,一,定,定,的,的,自,自,旋,旋,方,方,向,向,。,。,这,这,样,样,可,可,以,以,近,近,似,似,地,地,把,把,这,这,四,四,个,个,量,量,子,子,数,数,看,看,成,成,是,是,电,电,子,子,在,在,空,空,间,间,位,位,置,置,的,的,坐,坐,标,标,。,。,2.3.2,多,多,电,电,子,子,原,原,子,子,轨,轨,道,道,的,的,能,能,级,级,能,量,量,E,6,pOOO,5dOOOO,4fOOOOOOO,6sO,5pOOO,4dOOOOO,5sO,4pOOO,3dOOOOO,4sO,3pOOO,3sO,2pOOO,2sO,lsO,能,级,级,组,组,6(6,s4f5d6p),5(5,s4d5p),4(4,s3d4p),3(3,s3p),2(2,s2p),1(,ls),图2-2,原,原,子,子,轨,轨,道,道,近,近,似,似,能,能,级,级,图,图,美,国,国,化,化,学,学,家,家,鲍,鲍,林,林,（,（,Pauling,）,根,据,据,光,光,谱,谱,实,实,验,验,结,结,果,果,，,，,总,总,结,结,出,出,多,多,电,电,子,子,原,原,子,子,中,中,原,原,子,子,轨,轨,道,道,能,能,量,量,高,高,低,低,，,，,并,并,排,排,列,列,给,给,出,出,近,近,似,似,能,能,级,级,图,图,，,，,见,见,左,左,图,图,（1,）,）,能,能,级,级,图,图,是,是,按,按,能,能,量,量,的,的,高,高,低,低,顺,顺,序,序,，,，,而,而,不,不,是,是,按,按,原,原,子,子,轨,轨,道,道,距,核,核,的,的,远,远,近,近,排,排,列,列,的,的,。,。,图,图,中,中,将,将,能,能,量,量,相,相,近,近,的,的,轨,轨,道,道,划,划,为,为,一,组,组,（,（,即,即,虚,虚,线,线,方,方,框,框,内,内,的,的,轨,轨,道,道,）,）,，,，,称,称,为,为,能,能,级,级,组,组,。,。,共,共,有7,个,个,能,能,级,级,组,组,，,，,它,它,的,的,能,能,量,量,依,依1,、,、2,、,、3,、,、,能,能,级,级,组,组,的,的,顺,序,序,逐,逐,次,次,增,增,高,高,。,。,（2,）,）,在,在,近,近,似,似,能,能,级,级,图,图,中,中,，,，,每,每,个,个,小,小,圆,圆,圈,圈,表,表,示,示,一,一,个,个,原,原,子,子,轨,轨,道,道,，,，,如,第,第,二,二,能,能,级,级,组,组,中,中,有,有,四,四,个,个,小,小,圆,圆,圈,圈,，,，,它,它,代,代,表,表,有,有,四,四,个,个,原,原,子,轨,轨,道,道,。,。,（3,）,）,角,角,量,量,子,子,数,数,l,相,同,同,的,的,能,能,级,级,，,，,其,其,能,能,量,量,由,由,主,主,量,量,子,子,数,数,n,决,定,定,，,，,n,越,大,大,，,，,能,能,量,量,越,越,高,高,，,，,如,如,：,：,s,亚,层,层,的,的,能,能,量,量,顺,顺,序,序,是,是,：,：,E,1s,E,2s,E,3s,p,亚,层,层,的,的,能,能,量,量,顺,顺,序,序,是,是,：,：,E,2p,E,3p,E,4p,能,级,级,图,图,说,说,明,明,（,（,一,一,）,）,能,级,级,图,图,说,说,明,明,（,（,二,二,）,（4,）,）,主,主,量,量,子,子,数,数,n,相同，而角,量,量子数,l,不同的能级,，,，,其能量随,l,的增大而升,高,高，如：,E,ns,E,np,E,nd,E,nf,（5）,同一能级组,中,中，可能出,现,现不同电子,层,层的能级。,如第5能级,组,组中，除属,于,于第5电子,层,层的5,s,和5,p,能级,外，还有第4电子层的4,d。,表明当主量,子,子数,n,和,角量子数,l,同时变化时,，,，可能出现,主,主量子数较,大,大,的原子轨道,的,的能量，反,而,而比主量子,数,数较小的某,些原子轨道,的,的能量低，,这,这种现象称,为,为“能级交,错,错”,例如：,E,4s,E,3d,，E,6s,E,4f,E,5d,等等。,为了判断多,电,电子原子中,n,和,l,同时变化时,，,，轨道能量,的,的高低，除,了,了从鲍林的,近,近似能级图,中,中查看外，,我,我国化学家,徐,徐光宪在总,结,结了光谱实,验,验数据后，,归,归纳出（,n+0.7,l,）,的规则，（,n+0.7,l,）,值愈大，能,量,量就愈高。,例题,2-3,：,试比较,6,s,、,6p,、,4f,和,5,d,轨道的能量,高,高低。,解：,6,s,轨道：,n,= 6,l,= 0,，（,n,+ 0.7,l,）,= 6+0.7,0 = 6,6p,轨道：,n,= 6,l,= 1,，（,n,+ 0.7,l,）,= 6+0.7,1= 6.7,4f,轨道：,n,= 4,l,= 3,，（,n,+ 0.7,l,）,= 4+0.7,3 = 6.1,5d,轨道：,n,= 5,l,= 2,，（,n,+ 0.7,l,）,= 5+0.7,2 = 6.4,所以，,E,6s,E,4f,E,5d,E,6p,233,原,原子的电,子,子层结构,1核外电子的,排,排布规律,（1）泡里,（,（,Pauli,）,）,不相容原理,在同一原子,中,中，不可能,有,有运动状态,（,（亦即四个,量,量子数）完,全,全相同的两,个,个电子存在,。,。这一原,理也可表达,为,为：在同一,原,原子轨道中,最,最多只能容,纳,纳两个自旋,方,方向相反的,电,电子。泡里,不,不相容原理,实,实际上是对,原,原子核外电,子,子层上可容,纳,纳的电子数,目,目作了限制,。,。各电子层,容,容纳的最多,电,电子数是：(,下页,),n,= 1(K,层),l,= 0(ls),m,= 01,个轨道,m,s,=,可容纳2个,电,电子,n,= 2(L,层,),l,= 0(2s),l,= 1(2p),m,= 0,-1,m,= 0,+1,4,个轨道,可容纳8个,电,电子,n,= 3(M,层,),l,= 0(3s),l,= 1(3p),l,= 2(3d),m,= 0,-1,m,= 0,+1,-2,-1,m,= 0,+1,+,2,9个轨道,可容纳18,个,个电子,所以,各层可容纳,的,的最多电子,数,数为,2,n,2,个，这原理,又,又称为电子,层,层最大容量,原,原理。,（,2,）能量最低,原,原理,核外电子总,是,是优先占据,能,能量最低的,轨,轨道，然后,才,才依次进入,能,能级较高的,原,原子轨道，,使,使整个原子,体,体系处于最,低,低的能量状,态,态。图2-3。,图2-3,原,原子轨道近,似,似能级顺序,图,图,电子进入各,能,能级的先后,次,次序为：,1,s;2s;2p;3s,3p;4s;3d,4p;5s,4d,5p;6s,4f,5d,6p;7s,5f,。,图中这一顺,序,序用圆圈内,“,“（）”中的阿,拉,拉伯数字表,示,示。,（,3,）洪特（,Hund,）,规则,电子在同一,亚,亚层能量相,同,同的等价轨,道,道上排布时,，,，总是尽可,能,能分占不同,的,的轨道，并,且,且自旋方向,相,相同。,例如2,p,亚层有3个,轨,轨道，若有2个电子进,入,入2,p，,则各占一个,轨,轨道且自旋,平,平行，可写,成,成,，,，而,不,不是,或,或,。,。,2原子的,电,电子层结构,电子在核外,的,的排布情况,称,称为电子层,结,结构。通常,表,表示电子层,结,结构有两种,方,方法。,（1）原子,轨,轨道式,这种表示方,式,式是用一个,小,小方格或小,圆,圆圈代表一,个,个原子轨道,，,，在方格或,圆,圆圈下面注,明,明该轨道的,能,能级，方格,或,或圆圈内用,箭,箭头表示电,子,子的自旋方,向,向。如：,7,N,8,O,1s,2s,2p,1s,2s,2p,（2）电子,排,排布式,它是在亚层,符,符号的左边,注,注明电子层,数,数，在亚层,符,符号的右上,角,角用阿拉伯,数,数字表示所,排,排列的电子,数,数。,如4,p,3,：,4,表示电子层,数,数,n = 4,，,，,是第4电子,层,层的轨道；,p,代表亚层的,符,符号即,l,=1，,表示属,p,轨道；,3 表示在,此,此亚层上的,电,电子数目。,根据这些原,则,则，我们可,以,以将原子序,数,数为14的,硅,硅元素的原,子,子核外电子,排,排布式列为,：,：1,s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,2,。,有时为了简,化,化，常将内,层,层电子构型,用,用“原子实,”,”来代替。,所,所谓“原子,实,实”是指原,子,子中的内层,电,电子结构与,某,某一稀有气,体,体元素的电,子,子层结构相,同,同的部分，,用,用该稀有气,体,体的元素符,号,号加方括号,来,来表示。如,Ne (,氖)、,Ar (,氩)和,Kr (,氪)的电子,层,层结构分别,为,为1,s,2,2s,2,2p,6,、1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,和1,s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,10,4s,2,4p,6,，,因此：,14,Si 1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,2,可表示为：,Ne 3s,2,3p,2,33,As 1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,10,4s,2,4p,3,可表示为：,Ar 3d104s24p3,51,Sb 1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,10,4s,2,4p,6,4d,10,5s,2,5p,3,可表示为：,Kr 4d105s25p3,234,原,原子的电,子,子层结构与,元,元素周期律,、,、周期表,元素周期律,的,的内容是：,元素的性质,随,随着原子序,数,数（核电荷,数,数）的递增,而,而呈周期性,地,地变化。原,子,子结构的研,究,究证明：随,着,着核电荷数,的,的递增各元,素,素原子的外,电,电子层结构,呈,呈周期性地,重,重复排列。,因,因此，原子,核,核外电子排,布,布的周期性,变,变化正是元,素,素性质周期,性,性变化的本,质,质原因。元,素,素周期表则,是,是各元素原,子,子核外电子,排,排布呈周期,性,性变化的反,映,映。下面分,别,别讨论周期,表,表中的周期,、,、族以及组,（,（区）的划,分,分与原子中,电,电子层结构,的,的关系。,1,.周期与原,子,子电子层结,构,构的关系,周期表中有,七,七个横行，,表,表示七个周,期,期。可以看,出,出,：,(1) 每,一,一周期从第1主族1,A,元素,n,s,1,开始，到形,成,成稳定的稀,有,有,气体特有的,n,s,2,n,p,6,（He,为,ls,2,）,电子层结构,时,时结束。,(2),周,周期表中每,出,出现一个周,期,期，外层电,子,子就进入一,个,个新的能,级（见表2-4）。因,此,此，元素所,在,在的周期数,，,，等于该元,素原子所具,有,有的电子层,数,数（即能级,组,组数）。,(3),各周期元素,的,的数目，等,于,于相应能级,组,组中原子轨,道,道所能容,纳的电子总,数,数。,周期与能级,组,组的关系,周期,相应能级组中原子轨道,新增电子数,元素数,一,ls,2,2,二,2,s2p,8,8,三,3,s3p,8,8,四,4,s3d4p,18,18,五,5,s4d5p,18,18,六,6,s4f5d6p,32,32,七,7,s5f6d,未满,未完,2族与原,子,子电子层结,构,构的关系,周期表中共,有,有,18,个纵行，每,1,纵行表示,1,个族，而族,又,又有主族和,副,副族之分。,其,其中标有,1,A,至,8,A,的为第,1,到第,8,主族，标有,1,B,至,8,B,的为第,1,到第,8,副族。周期,表,表中主族和,副,副族各半，,但,但主族是,8,个纵行，而,副,副族有,10,个纵行。,族与原子结,构,构中外层电,子,子结构：,（1）同一,主,主族元素具,有,有相同的外,层,层电子结构,，,，所,谓外层电子,结,结构是指能,参,参与形成化,学,学键的电,子。由于元,素,素的性质主,要,要决定于原,子,子的外层,电子结构，,所,所以同一主,族,族元素具有,相,相似的性质,。,。,（2）同一,副,副族元素具,有,有相同或相,似,似的外层电,子,子结,构，但次外,层,层电子多数,未,未填满。总,体,体上讲同,一副族元素,性,性质也具有,相,相似性，但,族,族与族间,元素性质递,变,变不明显，,且,且规律性较,差,差。,3.元素分,区,区与原子电,子,子层结构的,关,关系,1,A,8,A,1,2,A,3,A,4,A,5,A,6,A,7,A,2,s,区,3,3,B,4,B,5,B,6,B,7,B,8,B,1,B,2,B,4,d,区,ds,区,p,区,5,6,7,镧系,锕系,f,区,周期表中的,元,元素可根据,元,元素原子的,核,核外电子排,布,布的特征，,分,分为五个区:,从元,素,素在,周,周期,表,表中,的,的位,置,置推,断,断出,原,原子,的,的电,子,子层,结,结构,；,；知,道,道了,原,原子,的,的电,子,子层,结,结构,，,，也,能,能确,定,定元,素,素在,周,周期,表,表中,的,的位,置,置。,例题2-4：,已知,某,某元,素,素的,原,原子,序,序数,为,为,26,，写,出,出该,元,元素,原,原子,的,的电,子,子排,布,布式,，,，并,指,指出,该,该元,素,素所,属,属的,区,区、,周,周期,和,和族,，,，以,及,及是,何,何元,素,素。,答：,由,由原,子,子序,数,数26可,知,知该,无,无素,原,原子,核,核外,有,有26个,电,电子,。,。,根据,核,核外,电,电子,排,排布,规,规则,，,，其,核,核外,的,的电,子,子排,布,布式,为,为：,1,s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,6,4s,2,或,Ar3d,6,4s,2,。,故该,元,元素,属,属,d,区，,位,位于,第,第四,周,周期,，,，8,B,族，,是,是铁,（,（,Fe,）,）,元素,。,。,例题2-5,已知,某,某元,素,素属,于,于周,期,期表,中,中第,四,四周,期,期，7,A,族。,试,试写,出,出该,元,元素,的,的电,子,子排,布,布式,，,，并,指,指出,它,它属,于,于何,区,区及,其,其原,子,子序,数,数和,元,元素,名,名称,。,。,答：,根,根据,该,该元,素,素在,第,第四,周,周期,可,可以,断,断定,最,最高,能,能,级组,数,数是4，,又,又因,为,为属7,A,族，,所,所以,外,外电,子层,构,构型,为,为：4,s,2,4p,5,，,它应,属,属于,p,区元,素,素。,其电,子,子排,布,布式,为,为：,1,s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,10,4s,2,4p,5,或,Ar3d,10,4s,2,4p,5,，,总共,有,有35个,电,电子,，,，故,该,该元,素,素的,原,原子,序,序数,应为35,，,，是,元,元素,溴,溴（,Br,）,）。,235,原子,结,结构,与,与元,素,素性,质,质,1.,原,原,子,子半,径,径,经常,用,用到,的,的原,子,子半,径,径有,原,原子,的,的共,价,价半,径,径、,金,金属,半,半径,和,和范,德,德华,半,半径,等,等。,表,表2-6,列,列出,了,了元,素,素的,原,原子,半,半径,。,。原,子,子半,径,径在50220,pm,之间,。,。从,表,表2-6,可,可看,出,出，,元,元素,的,的原,子,子半,径,径呈,周,周期,性,性变,化,化。,2.,元,元,素,素的,电,电离,能,能,元素,的,的原,子,子失,去,去电,子,子形,成,成正,离,离子,的,的难,易,易程,度,度，,可,可用,电,电离,能,能来,衡,衡量,。,。使,某,某元,素,素一,个,个基,态,态的,气,气态,原,原子,失,失去,一,一个,电,电子,成,成为,一,一价,正,正离,子,子所,需,需的,最,最低,能,能量,，,，称,为,为该,元,元素,原,原子,的,的第,一,一电,离,离能,，,，常,用,用符,号,号,I,1,表示,，,，即,：,：,A,代表,任,任一,元,元素,气态,A,+,再失,去,去一,个,个电,子,子成,为,为二,价,价正,离,离子,所,所需,的,的最,低,低能,量,量，,称,称为,第,第二,电,电离,能,能,I,2,，,即：,依此,类,类推,，,，可,有,有第,三,三电,离,离能,I,3,、,第四,电,电离,能,能,I,4,等。,对于,任,任一,元,元素,的,的原,子,子，,其,其电,离,离能,的,的大,小,小顺,序,序是,：,：,I,1,I,2,I,3,3550,范德华,Ar,Cl,2,7.7,3.1,-189,-101,金属,Hg,Al,68,324,-39,660,氢键,NH,3,H,2,O,35,51,-78,0,各键特,点,点比较,共价键,、,、离子,键,键化合,物,物的熔,点,点较高,，,，其中,纯,纯共价,键,键的金,刚,刚石具,有,有最高,的,的熔点,，,，金属,的,的熔点,相,相对较,低,低，这,是,是陶瓷,材,材料比,金,金属具,有,有更高,热,热稳定,性,性的根,本,本原因,。,。,大多数,金,金属有,高,高的密,度,度，如,铂,铂、钨,、,、金的,密,密度达,到,到工程,材,材料中,的,的最高,值,值。金,属,属的高,密,密度有,两,两个原,因,因：,第一，,金,金属元,素,素有较,高,高的相,对,对原子,质,质量；,第二，,金,金属键,没,没有方,向,向性；,所以金,属,属原子,总,总是趋,于,于密集,排,排列，,常,常得到,简,简单的,原,原子密,排,排结构,。,。相反,，,，对于,离,离子键,或,或共价,键,键结合,的,的情况,，,，原子,排,排列不,可,可能很,致,致密，,共,共价结,合,合时，,相,相邻原,子,子的个,数,数要受,到,到共价,键,键数目,的,的限制,，,，离子,结,结合则,要,要满足,正,正、负,离,离子间,电,电荷平,衡,衡的要,求,求，它,们,们的相,邻,邻原子,数,数都不,如,如金属,多,多，所,以,以陶瓷,材,材料的,密,密度较,低,低。聚,合,合物由,于,于其二,次,次键结,合,合，分,子,子链堆,垛,垛不紧,密,密，加,上,上组成,原,原子的,质,质量较,小,小（,C,、,H,、,O,），,在工程,材,材料中,具,具有最,低,低的密,度,度数据,。,。,此外，,金,金属键,使,使金属,材,材料具,有,有良好,的,的导电,性,性和导,热,热性，,而,而由非,金,金属键,结,结合的,陶,陶瓷、,聚,聚合物,则,则在固,态,态下不,导,导电，,它,它们可,以,以作为,绝,绝缘体,或,或绝热,体,体在工,程,程上应,用,用。,2.,力,力学性,能,能,弹性模,量,量是材,料,料应力,应变,曲,曲线上,弹,弹性变,形,形段的,斜,斜率，,以,以,E,表示之,，,，其意,义,义为：,即,E,相当于,发,发生单,位,位弹性,变,变形所,需,需的应,力,力。可,把,把原子,结,结合比,喻,喻成很,多,多小弹,簧,簧的连,结,结（图,2-11,）。结,合,合键能,是,是影响,弹,弹性模,量,量的主,要,要因素,，,，结合,键,键能越,大,大，则,“,“弹簧,”,”越“,硬,硬”，,原,原子之,间,间距离,的,的移动,所,所需的,外,外力就,越,越大，,即,即弹性,模,模量越,大,大。结,合,合键能,与,与弹性,模,模量两,者,者间有,很,很好的,对,对应关,系,系。,工程材,料,料的强,度,度与结,合,合键能,也,也有一,定,定的联,系,系，一,般,般来说,，,，结合,键,键能高,的,的，强,度,度也高,一,一些,;,材料的,塑,塑性与,结,结合键,类,类型有,关,关，金,属,属键赋,予,予材料,良,良好的,塑,塑性，,而,而离子,键,键、共,价,价键结,合,合，使,塑,塑性变,形,形困难,，,，所以,陶,陶瓷材,料,料的塑,性,性很差,。,。,图2-11,原,原子间,结,结合力,性,性质的,模,模型,小结,(一),原子由,质,质子、,中,中子和,电,电子三,种,种粒子,构,构成。,原,原子核,带,带正电,荷,荷，通,过,过静电,吸,吸引，,将,将带负,电,电荷的,电,电子束,缚,缚在其,周,周围，,从,从整体,看,看，原,子,子是电,中,中性的,。,。原子,核,核直径,很,很小，,但,但原子,质,质量大,部,部分集,中,中在原,子,子核内,；,；电子,占,占据了,几,几乎所,有,有原子,体,体