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1、关于原子结构与元素周期系第1页，讲稿共78张，创作于星期日l道尔顿原子论l相对原子质量l原子的起源和演化l原子结构的波尔行星模型l氢原子结构的量子力学模型l基态原子电子组态l元素周期系l元素周期性主要内容主要内容第2页，讲稿共78张，创作于星期日重难点重难点1.氢原子结构的量子力学模型氢原子结构的量子力学模型2.基态原子电子组态基态原子电子组态3.元素周期系元素周期系4.元素周期性元素周期性教学方法教学方法讲授法讲授法第3页，讲稿共78张，创作于星期日1-1道尔顿原子论化学原子论的创立化学原子论的内容：每一种化学元素有一种原子；同种原子质量相同，不同每一种化学元素有一种原子；同种原子质量相同，
2、不同种原子质量不同；原子不可再分；一种原子不会转变为另一种原子质量不同；原子不可再分；一种原子不会转变为另一种原子；化学反应只是改变了原子的结合方式，使反应前的种原子；化学反应只是改变了原子的结合方式，使反应前的物质变成反应后的物质。物质变成反应后的物质。1805年年,道尔顿明确地提出了他的原子论，这个理论点有：每道尔顿明确地提出了他的原子论，这个理论点有：每一种化学元素有一种原子；同种原子质量相同，不同种原子一种化学元素有一种原子；同种原子质量相同，不同种原子质量不同；原子不可再分质量不同；原子不可再分;一种原子不会转变为另一种原子一种原子不会转变为另一种原子;化化学反应只是改变了原子的结合
3、方式学反应只是改变了原子的结合方式,使反应前的物质变成反使反应前的物质变成反应后的物质应后的物质。第4页，讲稿共78张，创作于星期日1-2相对原子质量（原子量）相对原子质量（原子量）1-2-1元素、原子序数和元素符号元素、原子序数和元素符号具有一定核电荷数（等于核内质子数）的原子称为一种（化学）元素。按（化学）元素的核电荷数进行排序，所得序号叫做原子序数。每一种元素有一个用拉丁字母表达的元素符号。在不同场合，元素符号可以代表一种元素，或者该元素的一个原子，也可代表该元素的1摩尔原子。第5页，讲稿共78张，创作于星期日1-2-2核素、同位素和同位素丰度核素、同位素和同位素丰度核素核素具有一定质子
4、数和一定中子数的原子（的总称）。具有一定质子数和一定中子数的原子（的总称）。元素元素具有一定质子数的原子（的总称）。具有一定质子数的原子（的总称）。同位素同位素质子数相同中子数不同的原子（的总称）。质子数相同中子数不同的原子（的总称）。稳定核素稳定核素放射性核素放射性核素单核素元素单核素元素多核素元素多核素元素第6页，讲稿共78张，创作于星期日核素符号核素符号通常用元素符号左上下角添加数字作为核素符号.核素符号左下角的数字是该核素的原子核里的质子数，左上角的数字称为该核素的质量数，即核内质子数与中子数之和。同位素同位素具有相同核电荷数、不同中子数的核素属于同一种元素，在元素周期表里占据同一个位
5、置，互称同位素。第7页，讲稿共78张，创作于星期日同位素丰度同位素丰度某元素的各种天然同位素的分数组成（原子百分比）称为同位素丰度。例如，氧的同位素丰度为：f（16O）=99.76%,f（17O）=0.04%f,（18O）=0.20%,而单核素元素，如氟，同位素丰度为f（19F）=100%。有些元素的同位素丰度随取样样本不同而涨落，通常所说的同位素丰度是指从地壳（包括岩石、水和大气）为取样范围的多样本平均值。若取样范围扩大，需特别注明。第8页，讲稿共78张，创作于星期日1-2-3原子的质量原子的质量以原子质量单位u为单位的某核素一个原子的质量称为该核素的原子质量。1u等于核素12C的原子质量的
6、1/12。有的资料用amu或mu作为原子质量单位的符号。1u等于多少?可着取决于对核素12C的一个原子的质量的测定。最近的数据是：1u=1.660566（9）*10-24g核素的质量与12C的原子质量1/12之比称为核素的相对原子质量。核素的相对原子质量在数值上等于核素的原子质量，量纲为一。第9页，讲稿共78张，创作于星期日1-2-4元素的相对原子质量（原子量）元素的相对原子质量（原子量）元素的相对原子质量（长期以来称为原子量）。根据国际原子量与同位素丰度委员会1979年的定义，原子量是指一种元素的1摩尔质量对核素12C的1摩尔质量的1/12的比值。这个定义表明：元素的相对原子质量（原子量）是
7、纯数。单核素元素的相对原子质量（原子量）等于该元素的核素的相对原子质量。多核素元素的相对原子质量（原子量）等于该元素的天然同位素相对原子质量的加权平均值。第10页，讲稿共78张，创作于星期日加权平均值就是几个数值分别乘上一个权值再加和起来。对于元素的相对原子质量（原子量），这个权值就是同位素丰度。用Ar代表多核素元素的相对原子质量，则：Ar=fiMr,i式中：f i同位素丰度；Mr,i同位素相对原子质量第11页，讲稿共78张，创作于星期日1-3原子的起源和演化原子的起源和演化宇宙之初宇宙之初氢燃烧、氦燃烧、碳燃烧氢燃烧、氦燃烧、碳燃烧过程、过程、e过程过程重元素的诞生重元素的诞生宇宙大爆炸理论
8、的是非宇宙大爆炸理论的是非第12页，讲稿共78张，创作于星期日1-4原子结构的玻尔行星模型原子结构的玻尔行星模型1-4-1氢原子光谱氢原子光谱光谱仪可以测量物质发射或吸收的光的波长，拍摄各种光谱图。光谱图就像“指纹”辨人一样，可以辨别形成光谱的元素。人们用光谱分析发现了许多元素,如铯、铷、氦、镓、铟等十几种。然而，直到本世纪初，人们只知道物质在高温或电激励下会发光，却不知道发光机理；人们知道每种元素有特定的光谱，却不知道为什么不同元素有不同光谱。第13页，讲稿共78张，创作于星期日氢、氦、锂、钠、钡、汞、氖的发射光谱（从上到下）氢、氦、锂、钠、钡、汞、氖的发射光谱（从上到下）第14页，讲稿共7
9、8张，创作于星期日氢光谱是所有元素的光谱中最简单的光谱。在可见光区，它的光谱只由几根分立的线状谱线组成,其波长和代号如下所示：谱线HHHHH编号(n)12345波长/nm656.279486.133434.048410.175397.009不难发现，从红到紫,谱线的波长间隔越来越小。5的谱线密得用肉眼几乎难以区分。1883年，瑞士的巴尔麦（J.J.Balmer1825-1898）发现，谱线波长()与编号(n)之间存在如下经验方程：第15页，讲稿共78张，创作于星期日里德堡(J.R.Rydberg1854-1919)把巴尔麦的经验方程改写成如下的形式：常数后人称为里德堡常数，其数值为1.0967
10、7107m-1。氢的红外光谱和紫外光谱的谱线也符合里德堡方程，只需将1/22改为1/n12,n1=1,2,3,4;而把后一个n改写成n2=n1+1,n1+2,即可。当1=2时,所得到的是可见光谱的谱线,称为巴尔麦系,当n1=3,得到氢的红外光谱,称为帕逊系,当n1=1,得到的是氢的紫外光谱,称为来曼系。第16页，讲稿共78张，创作于星期日1-4-2玻尔理论玻尔理论1、行星模型2、定态假设3、量子化条件4、跃迁规则第17页，讲稿共78张，创作于星期日当当n=1时能量最低，此时能量为时能量最低，此时能量为2.17910-18J,此时此时对应的半径为对应的半径为52.9pm,称为玻尔半径称为玻尔半径
11、。第18页，讲稿共78张，创作于星期日行星轨道和行星模型是玻尔未彻底抛弃经典物理学的必然结果，用玻尔的方法计算比氢原子稍复杂的氦原子的光谱便有非常大的误差。新量子力学新量子力学证明了电子在核外的所谓“行星轨道”是根本不存在的。玻尔理论合理的是：核外电子处于定态时有确定的能量；原子光谱源自核外电子的能量变化。这一真理为后来的量子力学所继承。玻尔理论的基本科学思想方法玻尔理论的基本科学思想方法是，承认原子体系能够稳定而长期存在的客观事实，大胆地假定光谱的来源是核外电子的能量变化，用类比的科学方法，形成核外电子的行星模型，提出量子化条件和跃迁规则等革命性的概念。第19页，讲稿共78张，创作于星期日1
12、-5氢原子结构（核外电子运动）的量子氢原子结构（核外电子运动）的量子力学模型力学模型1-5-1波粒二象性波粒二象性物理学家们把光的粒子说和光的波动说统一起来，提出光的波粒二象性光的波粒二象性，认为光兼具粒子性和波动性两重性。光的强度：I=h=2/4第20页，讲稿共78张，创作于星期日上式等号的成立意味着：上式等号的成立意味着：I=h=2/4(1)在光的频率在光的频率 一定时，光子的密度一定时，光子的密度()与光的振幅的平方与光的振幅的平方(Y Y2 2)成正比：成正比：Y Y2 2这就是说，光的强度大，则光子的密度大，光波的振幅也大。这就是说，光的强度大，则光子的密度大，光波的振幅也大。(2)
13、光子的动量光子的动量(P=mc，E=mc2其中其中m是光子的质量，是光子的质量，c是光速是光速)与光的波长与光的波长()成反比：成反比：P=mc=E/c=h/c=h/或或=h/P这这意意味味着着动动量量是是粒粒子子的的特特性性，波波长长是是波波的的特特性性，因因而而上上式式就就是是光光的的波波粒粒二二象象性性的的数数学学表表达达式式，这这表表明明，光光既既是是连连续续的波又是不连续的粒子流。的波又是不连续的粒子流。第21页，讲稿共78张，创作于星期日1-5-2德布罗意关系式德布罗意关系式1927年,年轻的法国博士生德布罗意（deBroglie1892-1987）在他的博士论文中大胆地假定：所有
14、的所有的实物粒子都具有跟光一样的波粒二象性，实物粒子都具有跟光一样的波粒二象性，引起科学界的轰动。这就是说，表明光的波粒二象性的关系式不仅是光的特性，而且是所有像电子、质子、中子、原子等实物粒子的特性。这就赋予这个关系式以新的内涵，后来称为德布罗意关系式：德布罗意关系式：=h/P=h/mv按德布罗意关系式计算的各种实物粒子的质量、速度和波长。第22页，讲稿共78张，创作于星期日实物颗粒的质量、速度与波长的关系实物实物质量质量m/kg速度速度v/(m.s-1)波长波长/pm1V电压加速的电子电压加速的电子9.110-315.91051200100V电压加速的电子电压加速的电子9.110-315.
15、91061201000V电压加速的电电压加速的电子子9.110-311.91073710000V电压加速的电电压加速的电子子9.110-315.910712He原子（原子（300K）6.610-271.410372Xe原子（原子（300K）2.310-252.410212垒球垒球2.010-1301.110-22枪弹枪弹1.010-21.01036.610-23第23页，讲稿共78张，创作于星期日计算表明，宏观物体的波长太短，根本无法测量，也无法察觉，因此我们对宏观物体不必考察其波动性，而对高速运动着的质量很小的微观物体，如核外电子，就要考察其波动性。这一关系式被戴维森和革尔麦的电子衍射实验所
16、证实。第24页，讲稿共78张，创作于星期日1-5-3海森堡不确定原理海森堡不确定原理量子力学论证了，不能用描述宏观物体运动的量子力学论证了，不能用描述宏观物体运动的“轨迹轨迹”概念概念来描述微观物体的运动。来描述微观物体的运动。所谓所谓“轨迹轨迹”，就意味着运动中的物体在每一确定的时刻就，就意味着运动中的物体在每一确定的时刻就有一确定的位置。微观粒子不同于宏观物体有一确定的位置。微观粒子不同于宏观物体,它们的运动是无轨它们的运动是无轨迹的，即在一确定的时间没有一确定的位置。迹的，即在一确定的时间没有一确定的位置。这一点可以用海森堡不确定原理来说明：对于一个物体的动量这一点可以用海森堡不确定原理
17、来说明：对于一个物体的动量(mv)的测量的偏差的测量的偏差(mv)和对该物体的位置和对该物体的位置(x)的测量偏差的测量偏差(x)的的乘积处于普朗克常数的数量级乘积处于普朗克常数的数量级,即：即：(x)(mv)h/4 5.27310-35kgm2s-1第25页，讲稿共78张，创作于星期日对于氢原子的基态电子，玻尔理论得出结论是：氢原子核外电子的对于氢原子的基态电子，玻尔理论得出结论是：氢原子核外电子的玻尔半径是玻尔半径是52.9pm;它的运动速度为它的运动速度为2.18107m/s,相当于光速相当于光速(3108m/s)的的7。已知电子的质量为。已知电子的质量为9.110-31kg,假设我们对
18、电子假设我们对电子速度的测量准确量速度的测量准确量 v=104m/s时，即：时，即：(mv)=9.110-31104kgm/s=9.110-27kgm/s这样这样,电子的运动坐标的测量偏差就会大到电子的运动坐标的测量偏差就会大到:x=5.27310-35kgm2s-19.110-27kgm/s=579510-12m=5795pm这这就就是是说说，这这个个电电子子在在相相当当于于玻玻尔尔半半径径的的约约110倍倍(5795/52.9)的的内内外外空空间间里里都都可可以以找找到到,则则必必须须打打破破轨轨迹迹的的束束缚缚：宏宏观观确确定定时时间间确确定位置定位置轨迹。轨迹。第26页，讲稿共78张，
19、创作于星期日1-5-4氢原子的量子力学模型氢原子的量子力学模型1、电子云电子云为了形象化地表示出电子的几率密度分布，可以将其看作为带负电为了形象化地表示出电子的几率密度分布，可以将其看作为带负电荷的电子云。荷的电子云。电子出现几率密度大的地方，电子云浓密一些，电子出现几电子出现几率密度大的地方，电子云浓密一些，电子出现几率密度小的地方，电子云稀薄一些。率密度小的地方，电子云稀薄一些。因此，电子云的正确意义并不是电子真的象云那样分散，不再是一因此，电子云的正确意义并不是电子真的象云那样分散，不再是一个粒子，而只是电子行为统计结果的一种形象表示。个粒子，而只是电子行为统计结果的一种形象表示。电子云
20、图象中每一个小黑点表示电子出现在核外空间中的一次几率，电子云图象中每一个小黑点表示电子出现在核外空间中的一次几率，几率密度越大，电子云图象中的小黑点越密。几率密度越大，电子云图象中的小黑点越密。第27页，讲稿共78张，创作于星期日（1）电子云的角度部分图示第28页，讲稿共78张，创作于星期日（2）电子云的径向部分图示）电子云的径向部分图示前面我们介绍的R函数的图象不重要。D=4pr2R。D函数(许多书上把这种函数称为电子的径向分布函数)的物理意义是离核r“无限薄球壳”里电子出现的几率（几率等于几率密度乘体积，这里的体积就是极薄球壳的体积）。D值越大表明在这个球壳里电子出现的几率越大。因而D函数
21、可以称为电子球面几率图象电子球面几率图象（“球面”是“无限薄球壳”的形象语言）。氢原子的电子处于1s,2s,2p,3s,3p,3d等轨道的D D函数图函数图象象第29页，讲稿共78张，创作于星期日第30页，讲稿共78张，创作于星期日我们从图中看到，我们从图中看到，D函数图象是峰形的，峰数恰等于相应能级函数图象是峰形的，峰数恰等于相应能级的主量子数的主量子数n和角量子数和角量子数l之差（之差（nl）。）。特别要指出的是，氢原子的特别要指出的是，氢原子的1s电子的电子的D函数图象表明，该电子在离核函数图象表明，该电子在离核52.9pm的球壳内出现的几率是最大的。的球壳内出现的几率是最大的。52.9
22、pm正好是玻尔半径正好是玻尔半径ao这就表明，玻尔理论说这就表明，玻尔理论说1s电子在电子在52.9pm的圆形线性轨道上运行的结论的圆形线性轨道上运行的结论是对氢原子核外基态电子运动的一种近似描述，而新量子力学则说，是对氢原子核外基态电子运动的一种近似描述，而新量子力学则说，1s电电子在原子核外任何一个点上都可能出现，只是在离核子在原子核外任何一个点上都可能出现，只是在离核52.9pm的球壳内的球壳内（不再是线性轨道）出现的几率最大（不再是线性轨道）出现的几率最大第31页，讲稿共78张，创作于星期日（3 3）电子云在空间的取向电子云在空间的取向s电子是球形的，s电子的电子云图象是球形对称的，不
23、存在取向问题。p、d、f电子则与s电子不同。量子力学的结论是：p电电子子有有3种种取取向向，它它们们相相互互垂垂直直（正正交交），分别叫叫px、py和和pz电电子子。d电电子子有有5种取向，分别叫种取向，分别叫dz2、dx2y2、dxy、dxz和和dyz。f电子有7种取向。为方便起见，我们今后用“轨道”一词（orbital，有的书译为“轨函”，以与玻尔轨道orbit区别）来描述不同状态的电子云。这里的“轨道”可以理解为电子在核外空间几率密度较大的电子在核外空间几率密度较大的区域区域。换句话说，第一能层只有1个“轨道”1s轨道；第二能层有4个“轨道”2s轨道、2px轨道、2py轨道、2pz轨道；
24、，第n能层有n2个“轨道。第32页，讲稿共78张，创作于星期日2 2、电子的自旋、电子的自旋电子有两种相反的自旋方向顺时针方向和逆时针方向3 3、核外电子的可能运动状态、核外电子的可能运动状态4 4、4 4个量子数个量子数主量子数：n=1、2、3、4-。角（副）量子数：L=0、1、2-(n-1)；n 确定时，L可取 L(n-1)的所有整数。磁量子数：m =i 取 0、1、2-L确定取 m L 的所有整数。自旋量子数m s，其值为 1/2。研究证明：核外电子运动状态必须用4个量子数 n、L、m、m s 来描述，缺一不可。第33页，讲稿共78张，创作于星期日1-6基态原子组态（电子排布）基态原子组
25、态（电子排布）1-6-1.构造原理1、多电子原子的能级除氢(及类氢原子)外的多电子原子中核外电子不止一个，不但存在电子与原子核之间的相互作用，而且还存在电子之间的相互作用。（1）屏蔽效应屏蔽效应如：锂原子核外的三个电子是1s22s1我们选定任何一个电子，其处在原子核和其余两个电子的共同作用之中，且这三个电子又在不停地运动，因此，要精确地确定其余两个电子对这个电子的作用是很困难的。我们用近似的方法来处理。第34页，讲稿共78张，创作于星期日其余两个电子对所选定的电子的排斥作用作用，认为是它们屏蔽或削弱了原子核对选定电子的吸引作用。这种其余电子对所选定的电子的排斥作用，相当于降低了部分核电荷（）对
26、指定电子的吸引力，称为屏蔽效应。“屏蔽常数”或将原有核电荷抵消的部分。Z-=Z*Z*有效核电荷第35页，讲稿共78张，创作于星期日（2）斯莱特规则他由光谱数据，归纳出一套估算屏蔽常数的方法：（1）先将电子按内外次序分组：ns,np一组nd一组nf一组如：1s;2s,2p;3s3p;3d;4s,4p;4d;4f;5s,5p;5d;5f。（2）外组组电子对内组组电子的屏蔽作用=0（3）同一组，=0.35(但但1s，=0.3)（4）对ns,np，(n-1)组的=0.85；更内的各组=1（5）对nd、nf的内组电子=1注：该方法用于n为4的轨道准确性较好，n大于4后较差。这样能量公式为：第36页，讲稿
27、共78张，创作于星期日从能量公式中可知E与n有关，但与l有关，因此角量子数也间接地与能量联系。例：求算基态钾原子的4s和3d电子的能量。(此题从填充电子的次序来看,最后一个电子是填入3d轨道,还是4s轨道)K1s22s22p63s23p63d1 3d=181=18,Z*=19-18=1K1s22s22p63s23p64s14s=101+80.85=16.8,Z*=2.2第37页，讲稿共78张，创作于星期日（3）钻穿效应为什么电子在填充时会发生能级交错现象？这是因4s电子具有比3d电子较大的穿透内层电子而被核吸引的能力（钻穿效应）。可从图中看出4s轨道3d轨道钻得深，可以更好地回避其它电子的屏蔽
28、，所以填充电子时先填充4s电子。注：一旦填充上3d电子后3d电子的能量又比4s能量低，如铜。第38页，讲稿共78张，创作于星期日2）构造原理构造原理大量实验与理论研究表明，如果假定每个电子的运动是独大量实验与理论研究表明，如果假定每个电子的运动是独立的，又假定所有电子的相互作用力可以集中到原子核上，立的，又假定所有电子的相互作用力可以集中到原子核上，如同在原子核上添加一份负电荷，那么，氢原子电子运动如同在原子核上添加一份负电荷，那么，氢原子电子运动状态状态能层、能级、轨道和自旋能层、能级、轨道和自旋的概念可以迁移到多电子原的概念可以迁移到多电子原子上描述其电子运动状态，但对基态原子，必须遵循如
29、下原理：子上描述其电子运动状态，但对基态原子，必须遵循如下原理：第39页，讲稿共78张，创作于星期日(1)泡利原理基态多电子原子中不可能同时存在4个量子数完全相同的电子。或，在一个轨道里最多只能容纳2个电子，它们的自旋方向相反。(2)洪特规则基态多电子原子中同一能级的轨道能量相等，称为简并轨道；基态多电子原子的电子总是首先自旋平行地、单独地填入简并轨道。例如，2p能级有3个简并轨道，如果2p能级上有3个电子，它们将分别处于2px、2py和2pz轨道，而且自旋平行，如氮原子。如果2p能级有4个电子，其中一个轨道将有1对自旋相反的电子，这对电子处于哪一个2p轨道可认为没有差别。第40页，讲稿共78
30、张，创作于星期日第41页，讲稿共78张，创作于星期日(3)能量最低原理基基态态原原子子是是处处于于最最低低能能量量状状态态的原子。的原子。能量最低原理认为，基态原子核外电子的排布力求使整个原子的能量处于最低状态。随核电荷数递增，大多数元素的电中性基态原子的电子按如下顺序填入核外电子运动轨道，叫做构造原理。构造原理。第42页，讲稿共78张，创作于星期日第43页，讲稿共78张，创作于星期日随随核核电电荷荷数数递递增增,电电子子每每一一次次从从填填入入ns能能级级开开始始到到填填满满np能能级级,称为建立一个周期称为建立一个周期，于是有：周期:ns开始np结束同周期元素的数目第一周期：1s 2第二周
31、期：2s，2p8第三周期：3s，3p8第四周期：4s，3d，4p18第五周期：5s，4d，5p18第六周期：6s，4f，5d，6p32第七周期：7s，5f，5d，.?第44页，讲稿共78张，创作于星期日1-6-2基态原子电子排布基态原子电子排布周期系中有约20个元素的基态电中性原子的电子组态（electronconfiguration，又叫构型或排布构型或排布)不符合构造原理，常见元素是：元素按构造原理的组态实测组态(24Cr)1s22s22p63s23p63d44s21s22s22p63s23p63d54s1(29Cu)1s22s22p63s23p63d94s21s22s22p63s23p6
32、3d104s1(42Mo)1s22s22p63s23p63d104s24p64d45s21s22s22p63s23p63d104s24p64d55s1(47Ag)1s22s22p63s23p63d104s24p64d95s21s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1(79Au)1s24s24p64d104f145s25p65d96s11s24s24p64d104f145s25p65d106s1第45页，讲稿共78张，创作于星期日铬和钼的组态为(n-1)d5ns1,而不是(n-1)d4ns2,这被称为“半满规半满规则则”5个d轨道各有一个电子,且自旋平行。但同族的钨钨却符合
33、构造原理，不符合“半满规则”。不过，某些镧系元素和锕系元素也符合“半满规则”以7个f轨道填满一半的(n-2)f7构型来代替(n-2)f8。因此，总结更多实例，半满规则还是成立。铜银金基态原子电子组态为(n-1)d10ns1,而不是(n-1)d9ns2,这被总结为“全满规则全满规则”。考察周期表可发现，第5周期有较多副族元素的电子组态不符合构造原理，多数具有5s1的最外层构型,尤其是钯(4d105s0)，是最特殊的例子。这表明第五周期元素的电子组态比较复杂，难以用简单规则来概括。第46页，讲稿共78张，创作于星期日第五周期过渡金属原子的4d能级和能级和5s能级的轨道能差别较能级的轨道能差别较小小
34、，导致5s1构型比5s2构型的能量更低。第六周期，其过渡金属的电子组态多数遵循构造原理，可归咎为6s能级能量降低、稳定性增能级能量降低、稳定性增大大，与这种现象相关的还有第6周期p区元素的所谓“6s2惰性电惰性电子对效应子对效应”。6s2惰性电子对效应：是因随核电荷增大，电子的速度明显增大，这种效应对6s电子的影响尤为显著，这是由于6s电子相对于5d电子有更强的钻穿效应，受到原子核的有效吸引更大。这种效应致使核外电子向原子核紧缩，整个原子的能量下降。6s2惰性电子对效应对第六周期元素许多性质也有明显影响，如原子半径、过渡后元素的低价稳定性、汞在常温下呈液态等等。第47页，讲稿共78张，创作于星
35、期日实验还表明，当电中性原子失去电子形成正离子时，总是首先失去最外层电子，因此，副副族族元元素素基基态态正正离离子子的的电电子子组组态态不不符符合合构构造造原原理理。我国著名化学家徐光宪将电中性原子和正离子的电子组态的差异总结为：基基态态电电中中性性原原子子的的电电子子组组态态符符合合(n+0.7l)的的顺顺序序,基基态态正正离离子子的的电电子子组组态态符符合合(n+0.4l)的的顺顺序序（n和l分别是主量子数和角量子数）。第48页，讲稿共78张，创作于星期日1氢氢H1s12氦氦He1s23锂锂LiHe 2s14铍铍BeHe 2s25硼硼BHe2s22p16碳碳CHe2s22p27氮氮NHe
36、2s22p38氧氧OHe 2s22p49氟氟FHe 2s22p510氖氖Ne 1s22s22p611钠钠NaNe3s112镁镁MgNe3s213铝铝AlNe 3s23p114硅硅SiNe3s23p215磷磷PNe 3s23p3 16硫硫SNe3s23p4 17氯氯ClNe 3s23p5 18氩氩Ar1s22s22p63s23p6 19钾钾KAr 4s120钙钙CaAr4s221钪钪ScAr 3d14s222钛钛TiAr 3d24s223钒钒VAr 3d34s224铬铬Cr*Ar 3d54s125锰锰MnAr 3d54s226铁铁FeAr 3d64s227钴钴CoAr3d74s228镍镍NiAr
37、3d84s2表：基态电中性原子的电子组态表：基态电中性原子的电子组态第49页，讲稿共78张，创作于星期日1-7元素周期系元素周期系1-7-1元素周期律元素周期律1869年，俄国化学家门捷列夫在总结对比当时已知的60多种元素的性质时发现化学元素之间的本质联系：按原子量递增把化学元素排成序列，元素的性质发生周期性的递变。这就是元素周期律的最早表述。1911年,年轻的英国人莫塞莱在分析元素的特征X射线时发现，门捷列夫化学元素周期系中的原子序数不是人们的主观赋值，而是原子核内的质子数。随后的原子核外电子排布理论则揭示了核外电子的周期性分层结构。因而，元素周期律就是：随核内质子数递增，核外电子呈现周期随
38、核内质子数递增，核外电子呈现周期性排布，元素性质呈现周期性递变。性排布，元素性质呈现周期性递变。第50页，讲稿共78张，创作于星期日元素周期性的内涵极其丰富，具体内容不可穷尽，其中最基本的是：元素周期性的内涵极其丰富，具体内容不可穷尽，其中最基本的是：随原子序数递增，元素周期性地从金属渐变成非金属随原子序数递增，元素周期性地从金属渐变成非金属,以稀有气体结束，以稀有气体结束，又从金属渐变成非金属又从金属渐变成非金属,以稀有气体结束，如此循环反复以稀有气体结束，如此循环反复。1-7-2元素周期表元素周期表自从自从1869年门捷列夫给出第一张元素周期表的年门捷列夫给出第一张元素周期表的100多年以
39、来，至多年以来，至少已经出现少已经出现700多种不同形式的周期表。人们制作周期表的目的是为研多种不同形式的周期表。人们制作周期表的目的是为研究周期性的方便。研究对象不同，周期表的形式就会不同。现在通用的究周期性的方便。研究对象不同，周期表的形式就会不同。现在通用的是维尔纳长式周期表：是维尔纳长式周期表：第51页，讲稿共78张，创作于星期日第52页，讲稿共78张，创作于星期日维尔纳长式周期表:是由诺贝尔奖得主维尔纳（Alfred Werner 1866-1919）首先倡导的，长式周期表是目前最通用的元素周期表。它的结构如下：(1)周期:维尔纳长式周期表分主表和副表主表和副表。主表中的15行分别是
40、完整的第1，2，3，4，5周期，但是，第6、7行不是完整的第6、7周期，其中的镧系元素和锕系元素被分离出来，形成主表下方的副表。第一周期只有2个元素，叫特短周期特短周期，它的原子只有s电子；第二、三周期有8个元素，叫短周期短周期，它们的原子有s电子和p电子；第四、五周期有18个元素，叫长周期长周期，它们的原子除钾和钙外有s、p电子还有d电子；第六周期有32个元素，叫特长周期特长周期，它的原子除铯和钡外有s、d、p电子还有f电子；第七周期是未完成周期。未完成周期。第53页，讲稿共78张，创作于星期日（2）列：维尔纳长式元素周期表有18列(纵列)。例如第1列为氢锂钠钾铷铯钫，第2列为铍镁钙锶钡镭，
41、第8列为铬钼钨，第9列为锰锝铼，等等。（3）族我国采用美国系统，用罗马数码标记，如：IA、VIIB等等，而且，第8-10列叫第VIII族不叫VIIIB，第18列叫0族,但“0”不是自然数,也不是罗马数码。A族：周期表最左边的两个纵列是IA和IIA主族；周期表最右边的6个纵列从左到右分别是IIIA，IVA，VA，VIA，VIIA主族和0(零)族。第54页，讲稿共78张，创作于星期日主族元素的原子在形成化学键时只使用最外层电子(ns和/或np)，不使用结构封闭的次外层电子。从这个特征看，零族元素也属于主族元素。IA、IIA和VII族元素分称碱金属、碱土金属和卤素碱金属、碱土金属和卤素，这些术语早于
42、发现周期系。零族元素的确认在发现周期系之后，曾长期叫惰性气体惰性气体（inert gasesinert gases），直到60年代才发现它也能形成传统化合物，改称稀有气体（稀有气体（noble gasesnoble gases或或rare gasesrare gases）。）。主族常用相应第二周期元素命名，如硼族、碳族、氮族，氧族等。此外，还常见到源自门捷列夫周期表的镓分族(镓铟铊)、锗分族(锗锡铅)、砷分族(砷锑铋)、硫分族（硫硒碲）等术语。第55页，讲稿共78张，创作于星期日B族：从周期表左边第3纵列开始有10个纵列，每个纵列3个元素(包括第七周期元素应是4个元素)，从左到右的顺序是III
43、B，IVB，VB，VIB，VIIB，VIII，IB，IIB。族序数与该族元素最族序数与该族元素最高氧化态对应高氧化态对应(有少数例外，如铜银金有少数例外，如铜银金)；VIII族是族是3个纵列个纵列9个元素，是狭义的个元素，是狭义的“过渡元素过渡元素”(这个概念是门捷列夫提出来的)。副族常以相应第四周期元素命名，分称钪副族、钛副族、钒副族，.等等;但VIII族中的铁钴镍(第四周期元素)又称铁系铁系元素元素，钌铑钯锇铱铂(第五、六周期元素)则总称铂系元素。铂系元素。广义的过渡元素是指除主族元素外的所有其他元素广义的过渡元素是指除主族元素外的所有其他元素。第56页，讲稿共78张，创作于星期日(4)区
44、区长式周期表的主表从左到右可分为长式周期表的主表从左到右可分为s区，区，d区，区，ds区，区，p区区4个区，有的教科书把个区，有的教科书把ds区归入区归入d区；副表区；副表(镧系和锕系镧系和锕系)是是f区区元素元素第57页，讲稿共78张，创作于星期日(5)非金属三角区 周期系已知112种元素中只有21种非金属（包括稀有气体），它们集中在长式周期表p区右上角三角区内。准金属准金属非金属非金属金属金属处于非金属三角区边界上的元素兼具金属和非金属的特性，有时也称“半金属”或“准金属”，例如，硅是非金属，但其单质晶体为具蓝灰色金属光泽的半导体，锗是金属，却跟硅一样具金刚石型结构，也是半导体;又例如，砷
45、是非金属，气态分子为类磷的As4，但有金属型的同素异形体，锑是金属，却很脆，电阻率很高，等等，半金属的这类两面性的例子很多。第58页，讲稿共78张，创作于星期日1-8元素周期性元素周期性元素周期系诸元素在性质上是如何相互联系的。下面讨论的原子半径、离子半径、电离能、电子亲和能、电负性等概念被总称“原子参数原子参数”，广泛用于说明元素的性质。1-8-1.原子半径原子半径原子的大小可以用“原子半径”来描述。原子半径的标度很多，各种不同的标度，原子半径的定义不同，差别可能很大。根据量子力学理论，1965年定义原子最外层原子轨道电荷密度（即D函数）最大值所在球面为原子半径，用量子力学方法计算得出一套所
46、谓“轨道半径”的理论原子半径。第59页，讲稿共78张，创作于星期日第60页，讲稿共78张，创作于星期日我们通常是用实验方法测定原子形成各种分子或固体后的核间距，对于同种原子，测得的核间距除以2，就得到该原子的半径，对于异种原子（设为AB），只要已知其中一种元素（如A）的原子半径，就可用核间距（如AB）求取另一种元素（如B）的原子半径。第61页，讲稿共78张，创作于星期日1-8-2.电离能气态电中中性性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的能量叫做第一电离能。一般用In作为电离能的符号，n=1，2，3，.分别叫第一电离能、第二电离能、第三电离能，.。实质上，电离能是原子或离子的能量与它
47、失去电子得到的产物的能量之差,如:A(g)A+(g)+eI1=DE=E(A+)E(A)A+(g)A2+(g)+eI2=DE=E(A2+)E(A+)除氢原子和类氢原子外，所有多电子原子（或离子）的电离能跟“离去电子”的“轨道能”并不恰好相等。图：第一电离能的周期性第62页，讲稿共78张，创作于星期日第63页，讲稿共78张，创作于星期日图中给出了周期系各元素第一的电离能的周期性变化。从图图中给出了周期系各元素第一的电离能的周期性变化。从图中可见：中可见：(1)每每个个周周期期的的第第一一个个元元素素(氢氢和和碱碱金金属属)第第一一电电离离能能最最小小，最最后后一个元素一个元素(稀有气体稀有气体)的
48、第一电离能最大。的第一电离能最大。(2)从从第第一一周周期期到到第第六六周周期期，元元素素的的第第一一电电离离能能在在总总体体上上呈呈现现从从小小到到大大的的周周期期性性变变化化，而而且且，随随周周期期序序数数增增大大，在在大大体体上上呈呈现现第第一一电电离离能能变变小小的的趋趋势势（He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn第第一一电电离离能能逐逐个个降降低低，H、Li、Na、K、Rb、Cs的的第第一一电电离离能能也也逐逐个个降降低低，尽尽管管后后几几个个碱碱金金属属的的电电离离能能相相差差不不大大K：418.6；Rb：402.9；Cs：375.6；Fr：约：约375kJ/mol）。）。第第第第一一
49、一一电电电电离离离离能能能能大大大大小小小小是是是是碱碱碱碱金金金金属属属属最最最最活活活活泼泼泼泼而而而而稀稀稀稀有有有有气气气气体体体体最不活泼的最主要原因。最不活泼的最主要原因。最不活泼的最主要原因。最不活泼的最主要原因。第64页，讲稿共78张，创作于星期日(3)同同一一短短周周期期从从左左到到右右第第一一电电离离能能并并非非单单调调地地增增大大。例例如如：第第二二周周期期硼硼的的第第一一电电离离能能比比铍铍的的小小，出出现现一一个个锯锯齿齿形形变变化化；随随后后的的氧氧的的第第一一电电离离能能比比氮氮小小，又又出出现现一一个个锯锯齿齿形形。第第三三周周期期铝铝和和镁镁、硫硫和磷之间也同
50、样出现和磷之间也同样出现2个锯齿。个锯齿。同同周周期期的的前前一一锯锯齿齿是是由由于于Be、Mg的的离离去去电电子子是是相相对对稳稳定定的的已已充充满满的的ns电电子子，需需要要提提供供额额外外的的能能量量；同同周周期期的的后后一一锯锯齿齿是是由由于于N、P的的离离去去电电子子是是相相对对稳稳定定的的半半充充满满的的np3能能级级，需需要要提提供供额额外外的的能能量，导致第二个锯齿。量，导致第二个锯齿。第65页，讲稿共78张，创作于星期日(4)同同一一长长周周期期从从左左到到右右第第一一电电离离能能的的变变化化情情况况比比较较复复杂杂，但但总总的的看看来来，其其中中过过渡渡金金属属(d区区和和