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1、第七章 原子结构与元素周期律第1页，本讲稿共21页一、核外电子运动状态一、核外电子运动状态1、电子的波粒二象性、电子的波粒二象性（1）光子的波粒二象性）光子的波粒二象性（2）电子的波粒二象性（物质波、德布罗意波）电子的波粒二象性（物质波、德布罗意波）（3）核外电子运动的早期模型）核外电子运动的早期模型波尔模型波尔模型第2页，本讲稿共21页2、电子运动的近代描述、电子运动的近代描述电子云电子云一、核外电子运动状态一、核外电子运动状态（1）薛定谔方程：）薛定谔方程：(n,l,m,x,y,z)（2）四个量子数和原子轨道）四个量子数和原子轨道 主量子数主量子数 n n n n 决定原子轨道离核的远近，
2、是确定电子运动能量的主要决定原子轨道离核的远近，是确定电子运动能量的主要因素。因素。n n 取正整数取正整数1,2,3,4,5,6,7对应光谱学符号对应光谱学符号K,L,M,N,O,P,Q在氢原子或单电子体系中，电子的能量完全由在氢原子或单电子体系中，电子的能量完全由n n 决定。决定。E=eV13.6n n 2第3页，本讲稿共21页（2）四个量子数和原子轨道）四个量子数和原子轨道 角量子数角量子数 l l l l 决定原子轨道的形状，并在多电子原子中与决定原子轨道的形状，并在多电子原子中与n n 一起决定电子的能一起决定电子的能量量，l l 取取0,1,2,3,(n n1),取值受取值受n
3、n 限制。限制。l l :0 1 2 3 4 5光谱学符号：光谱学符号：s p d f g h n n 相同的原子轨道可以分为一种或几种不同形状的原子轨道，相同的原子轨道可以分为一种或几种不同形状的原子轨道，由由l l 来表示。来表示。l l=0 称为称为s轨道，是球形的；轨道，是球形的；l l=1 称为称为p轨道，是哑轨道，是哑铃形的；铃形的；l l=3 称为称为d轨道，是花瓣形的。轨道，是花瓣形的。例如：当例如：当n n=3时，时，l l 可取可取0，1，2，那么第，那么第3电子层就有电子层就有3种不同形状的种不同形状的原子轨道，分别为原子轨道，分别为3s，3p，3d，或者说在第或者说在第
4、3电子层有电子层有3个亚层。个亚层。第4页，本讲稿共21页（2）四个量子数和原子轨道）四个量子数和原子轨道 磁量子数磁量子数 m mm m 决定原子轨道的伸展方向，决定原子轨道的伸展方向，m m=0,1,2,l l,取值受取值受l l 限制，限制，对给定的对给定的l l，有，有2l l+1个个m m 值。值。例如，当例如，当l l =0时，时，m m=0，s轨道只有一个，在空间是球形对称的。轨道只有一个，在空间是球形对称的。当当l l =1时，时，m m=0,1，p轨道在空间有三个伸展方向，轨道在空间有三个伸展方向，形成三个等价轨道形成三个等价轨道（简并轨道）（简并轨道）px,py,pz。当当
5、l l =2时，时，m m=0,1,2，d轨道在空间轨道在空间有五个伸展方向，形成五个等价轨道（简并轨道）有五个伸展方向，形成五个等价轨道（简并轨道）dxy,dyz,dxz,dx2-y2,dz2。n n,l l,m m 一组量子数确定一个原子轨道，分别表示离核远近，形状，一组量子数确定一个原子轨道，分别表示离核远近，形状，伸展方向。伸展方向。第5页，本讲稿共21页（2）四个量子数和原子轨道）四个量子数和原子轨道 自旋自旋磁量子数磁量子数 m ms s m ms s 决定电子的自旋方向，取值只有两个决定电子的自旋方向，取值只有两个m ms s=1/2，取，取1/2时，时，电子自旋向上，用电子自旋
6、向上，用 表示；取表示；取1/2时，电子自旋向下，用时，电子自旋向下，用 表示。表示。第6页，本讲稿共21页（3）电子云图形）电子云图形电子云图形由电子云图形由l l 决定决定 当当l l =0时，称时，称s电子云，球形对称；电子云，球形对称；当当l l =1时，称时，称p电子云，哑铃形，在空间有三个方向电子云，哑铃形，在空间有三个方向px,py,pz 当当l l =2时，称时，称d电子云，花瓣形，在空间有五个方向电子云，花瓣形，在空间有五个方向dxy,dyz,dxz,dx2-y2,dz2 第7页，本讲稿共21页第8页，本讲稿共21页例例1、试比较、试比较Li2+离子的离子的2s和和2p轨道能
7、量的高低。能量各是多少轨道能量的高低。能量各是多少？例例2、下列说法是否正确？如不正确，应如何改正？、下列说法是否正确？如不正确，应如何改正？（1）s电子绕核旋转，其轨道为一圆圈，而电子绕核旋转，其轨道为一圆圈，而p电子是走电子是走字形。字形。（2）主量子数为）主量子数为1时，有自旋相反的两条轨道。时，有自旋相反的两条轨道。（3）主量子数为）主量子数为3时，有时，有3s、3p、3d、3f四条轨道。四条轨道。例例3、下列各组量子数哪些是不合理的，为什么？下列各组量子数哪些是不合理的，为什么？（1 1）n n=2=2，l l=1=1，m m=0 =0 （2 2）n n=2=2，l l=2 =2 m
8、 m=-1=-1 （3 3）n n=3=3，l l=0=0，m m=0 =0 （4 4）n n=3=3，l l=1=1，m m=+1=+1 （5 5）n n=2=2，l l=0=0，m m=-1 =-1 （6 6）n n=2=2，l l=3=3，m m=+2=+2(2)、(5)、(6)第9页，本讲稿共21页3、核外电子排布、核外电子排布（1）鲍林的轨道能级图）鲍林的轨道能级图每个能级组所填充的电子数每个能级组所填充的电子数=本周期元素的种类数本周期元素的种类数n n+0.7l l第10页，本讲稿共21页屏蔽效应：能量升高屏蔽效应：能量升高钻穿效应：能量降低钻穿效应：能量降低（2）核外电子排布的
9、三大规则）核外电子排布的三大规则 能量最低原理：能量最低原理：泡利原理：泡利原理：洪特规则：洪特规则：第11页，本讲稿共21页（3）电子排布的表示方法）电子排布的表示方法 轨道表示法：轨道表示法：电子排布式：电子排布式：“原子实原子实”：第12页，本讲稿共21页竞赛要求：根据原子序数写出周期表中所有元素的电子排布式竞赛要求：根据原子序数写出周期表中所有元素的电子排布式.步骤：步骤：1、记住稀有气体元素的原子序数，用待写原子的原子序数减去记住稀有气体元素的原子序数，用待写原子的原子序数减去比它小而接近的稀有气体原子序数，即得最外层能级组电子数。比它小而接近的稀有气体原子序数，即得最外层能级组电子
10、数。2、写出稀有气体符号，中括号括起，和最外层能级组。、写出稀有气体符号，中括号括起，和最外层能级组。3、按电子排布三大规则，依次填充最外层能级组。、按电子排布三大规则，依次填充最外层能级组。4、最后按、最后按n n 由小到大的顺序从新写出。由小到大的顺序从新写出。第13页，本讲稿共21页特殊情况：特殊情况：铌铌钌钌铑铑钯钯钨钨铂铂镧系镧系(57-71)除了：除了：57La(镧镧)58Ce(铈铈)64Gd(钆钆)71Lu(镥镥)是是5d16s2，其他镧系都是其他镧系都是4fn6s2 锕系锕系(89-103)除了除了：89Ac(锕锕)91Pa(镤镤)92U(铀铀)93Np(镎镎)96Cm(锔锔)
11、103Lr(铹铹)是是6d17s2，90Th(钍钍)是是6d27s2，其它锕系其它锕系 5f n7s2第14页，本讲稿共21页例4、已知某元素在氪前，当此元素的原子失去3个电子后，它的角量子数为2的轨道内电子恰好为半充满，试推断该元素。第15页，本讲稿共21页二、元素周期律二、元素周期律1、原子的电子层结构和周期律、原子的电子层结构和周期律（1）副族元素的族序数）副族元素的族序数=原子次外层原子次外层d电子数与最外层电子数与最外层s电子数之和电子数之和（、B、B除外）除外）由原子序数推测该元素在周期表中的位置一般方法：由原子序数推测该元素在周期表中的位置一般方法：记住稀有气体的原子序数，用原子
12、序数减去比它小而相近的稀有气体记住稀有气体的原子序数，用原子序数减去比它小而相近的稀有气体的原子序数，即得该元素所在的纵行数，周期数等于该稀有气体周期的原子序数，即得该元素所在的纵行数，周期数等于该稀有气体周期数加数加1。若是第。若是第6周期及以上的元素，用原子序数减去比它小而相近的周期及以上的元素，用原子序数减去比它小而相近的稀有气体原子序数，再减去稀有气体原子序数，再减去14得所在纵行数。得所在纵行数。第16页，本讲稿共21页（2）按价电子构型的不同把周期表分成五个区）按价电子构型的不同把周期表分成五个区s区ns1-2d区(n-1)d1-9ns1-2p区ns2np1-6f 区(n-2)f
13、0-14(n-1)d 0-1ns2ds区(n-1)d10ns1-2第17页，本讲稿共21页例例5 甲元素是第三周期甲元素是第三周期p区元素，其最低化合价为区元素，其最低化合价为-1价；乙元素是第四周价；乙元素是第四周期期d区元素，其最高化合价为区元素，其最高化合价为+4价，填写下表：价，填写下表：元素元素价价层电层电子构型子构型周期周期族族金属或非金属金属或非金属电负电负性相性相对对高低高低甲甲乙乙例例6 某元素原子共有某元素原子共有3个价个价电电子，其中一个价子，其中一个价电电子的四个量子数子的四个量子数为为n=3、l=2、m=2、ms=+试试回答：回答：（1）写出）写出该该元素原子核外元素
14、原子核外电电子排布式子排布式（2）写出）写出该该元素的原子序数，指出在周期表中所元素的原子序数，指出在周期表中所处处的分区、周期数和的分区、周期数和族序数，是金属族序数，是金属还还是非金属以及最高正价化合价。是非金属以及最高正价化合价。例例7、现有、现有A、B、C、D四种元素，四种元素，A是第五周期是第五周期IA族元素，族元素，B是第三周期元素。是第三周期元素。B、C、D的价的价电子分别为电子分别为2、2和和7个。四种元素原子序数从小到大的顺序是个。四种元素原子序数从小到大的顺序是B、C、D、A。已知。已知C和和D的次外层电的次外层电子均为子均为18个。个。（1）判断）判断A、B、C、D是什么
15、元素？是什么元素？（2）写出）写出A、B、C、D的简单离子；的简单离子；（3）写出碱性最强的最高价氧化物水化物的化学式；）写出碱性最强的最高价氧化物水化物的化学式；（4）写出酸性最强的最高价氧化物水化物的化学式；）写出酸性最强的最高价氧化物水化物的化学式；第18页，本讲稿共21页二、元素周期律二、元素周期律2、元素基本性质的周期性、元素基本性质的周期性（1）原子半径：）原子半径：两个原子核间距的一半。（包括共价半径、金属半径、两个原子核间距的一半。（包括共价半径、金属半径、范德华半径）范德华半径）副族元素（过渡金属）原子半径的变化规律：副族元素（过渡金属）原子半径的变化规律：同一周期从左到右原
16、子半径也是减小的，但减幅变小了，到同一周期从左到右原子半径也是减小的，但减幅变小了，到了了dsds区原子半径反而略有增大。区原子半径反而略有增大。f f区元素原子半径减幅更小，而区元素原子半径减幅更小，而f f区半充满或全充满时，原子半径不减小反而增大。区半充满或全充满时，原子半径不减小反而增大。同族从上到下变化不明显，第五和第六周期同族过渡元素原同族从上到下变化不明显，第五和第六周期同族过渡元素原子半径很接近，性质相似，在自然界能共生，子半径很接近，性质相似，在自然界能共生，所以难以分离，所以难以分离，这是由于镧系收缩的结果。这是由于镧系收缩的结果。第19页，本讲稿共21页2、元素基本性质的
17、周期性、元素基本性质的周期性（2）电离能：）电离能：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需要的能量，称元素的第一电离能子所需要的能量，称元素的第一电离能 I1。I 越小，越容易易失电子，金属性强越小，越容易易失电子，金属性强（3）电子亲合能）电子亲合能：一个基态的气态原子得到一个电子形成一价气态负一个基态的气态原子得到一个电子形成一价气态负离子所放出的能量。称该原子的第一电子亲合能。离子所放出的能量。称该原子的第一电子亲合能。习惯上把放出能量的电子亲合能习惯上把放出能量的电子亲合能EA用正号表示。用正号表示。EA反映原子得电子
18、难易程度。反映原子得电子难易程度。EA越越大，越容易易得电子，非大，越容易易得电子，非金属性强。金属性强。（4）电负性：）电负性：原子在分子中吸引电子的能力。原子在分子中吸引电子的能力。F的负电性为的负电性为4.0，其它原子的负电性均为相对值，以其它原子的负电性均为相对值，以Xp表示。表示。金属的电负性一般小于金属的电负性一般小于1.9，而非金属元素的电负性一般大于，而非金属元素的电负性一般大于2.2，处处于于1.9与与2.2之间的元素人们把它们称为之间的元素人们把它们称为“类金属类金属”，它们既有金属性，它们既有金属性又有非金属性。又有非金属性。第20页，本讲稿共21页31 下列化学键中碳的正电性最强的是 A.CF B.CO C.CSi D.CCl32 电子构型为Xe4f145d76s2的元素是 A.稀有气体 B.过渡元素 C.主族元素 D.稀土元素33 下列离子中最外层电子数为8的是 A.Ga3+B.Ti4+C.Cu+D.Li+例例8、2003年全国初赛第三题年全国初赛第三题第21页，本讲稿共21页