第一讲原子结构.ppt

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1、第一讲原子结构现在学习的是第1页，共82页原子结构原子结构初赛：初赛：o 核外电子的可能空间状态数核外电子的可能空间状态数能层、能级（亚层）、轨道的概念能层、能级（亚层）、轨道的概念和电子的自旋。和电子的自旋。os、p、d原子轨道。用原子轨道。用s、p、d等来表示基态构型（包括中性原子、等来表示基态构型（包括中性原子、正离子和负离子）。正离子和负离子）。o给出原子序数写出原子的基态电子构型或反之（不要求对能级交错、排给出原子序数写出原子的基态电子构型或反之（不要求对能级交错、排布规律作解释；不要求量子数；不要求带正负号的波函数角向分布图像）。布规律作解释；不要求量子数；不要求带正负号的波函数角

2、向分布图像）。o原子半径和离子半径的概念。原子半径和离子半径的概念。o（泡林）电负性概念。金属与非金属电负性的范围。（泡林）电负性概念。金属与非金属电负性的范围。o电子跃迁的能量与光子的频率、波长的关系。可见光的波长范围、电子跃迁的能量与光子的频率、波长的关系。可见光的波长范围、频率范围与颜色。频率范围与颜色。决赛：决赛：o四个量子数、原子轨道（波函数的角度分布图像与轨道名称）。四个量子数、原子轨道（波函数的角度分布图像与轨道名称）。【2010年化学竞赛大纲年化学竞赛大纲】现在学习的是第2页，共82页 核外电子的运动状态核外电子的运动状态（1）微观粒子的二重性）微观粒子的二重性 光的波动性光的

3、波动性 c=v 光的微粒性光的微粒性 E=h 电子的波粒二重性电子的波粒二重性物质波物质波 1923年德布罗意（年德布罗意（L.de Broglie）类比爱因斯坦的）类比爱因斯坦的光子学说后提出，电子不但具有粒子性，也具有波动性。并光子学说后提出，电子不但具有粒子性，也具有波动性。并提出了联系电子粒子性和波动性的公式：提出了联系电子粒子性和波动性的公式：=现在学习的是第3页，共82页 （2）原子核外电子运动的研究历史）原子核外电子运动的研究历史认认卢瑟福原子模型卢瑟福原子模型玻尔原子模型玻尔原子模型汤姆生原子模型汤姆生原子模型道尔顿原子模型道尔顿原子模型量子力学原子模型量子力学原子模型识识逐逐

4、渐渐深深入入无电子无电子电子嵌于核中电子嵌于核中电子在核外运动电子在核外运动电子分层排布电子分层排布电子云电子云现在学习的是第4页，共82页 核外电子的运动状态核外电子的运动状态 玻尔模型玻尔模型电子在一定的轨道上运动、不损失能量。电子在一定的轨道上运动、不损失能量。不同轨道上的电子具有不同能量不同轨道上的电子具有不同能量E=J式中式中n=1，2正整数正整数电子离核近、能量低、最低能量状态称基态，激发态（能量高）电子离核近、能量低、最低能量状态称基态，激发态（能量高）只有当电子跃迁时，原子才释放或吸收能量。只有当电子跃迁时，原子才释放或吸收能量。E=h =h =hc现在学习的是第5页，共82页

5、 核外电子的运动状态核外电子的运动状态 玻尔模型玻尔模型波尔理论的应用：波尔理论的应用：解释氢原子光谱解释氢原子光谱电子跃迁时释放电子能量：电子跃迁时释放电子能量：=1.097105(-)cm1 式中式中1.097105称里德保常数称里德保常数计算氢原子的电离能计算氢原子的电离能n1n 时，时，氢原子电离能氢原子电离能 E=6.0231023 hc =1313 kJmol1现在学习的是第6页，共82页 1926 年，奥地利物理学家薛定谔（年，奥地利物理学家薛定谔（Schodinger)提出一个方程，提出一个方程，被命名为薛定谔方程。波函数被命名为薛定谔方程。波函数 就是通过解薛定谔方程得到的。

6、就是通过解薛定谔方程得到的。薛定谔方程薛定谔方程波函数和原子轨道波函数和原子轨道波函数波函数 的几何图象可以用来表示微观粒子活动的区域。的几何图象可以用来表示微观粒子活动的区域。核外电子的运动状态核外电子的运动状态（3）近代描述）近代描述 电子云电子云现在学习的是第7页，共82页 核外电子的运动状态核外电子的运动状态（3）近代描述）近代描述 电子云电子云 现现代代原原子子结结构构理理论论认认为为，电电子子在在原原子子核核外外高高速速运运动动，而而且且没没有有一一定定的的轨轨道道，所所以以，电电子子在在核核外外运运动动时时就就像像一一团团带带负负电电荷荷的的云云雾雾笼笼罩罩着着带带正正电电荷荷的

7、的原原子子核核，因因此此，通通常常把把核核外外电电子子的运动比喻为电子云。的运动比喻为电子云。电电子子云云常常用用由由许许多多小小黑黑点点组组成成的的图图形形表表示示。实实际际上上是是使使用用统统计学原理来发现电子在原子核外运动的规律。计学原理来发现电子在原子核外运动的规律。现在学习的是第8页，共82页几率和几率密度几率和几率密度几率几率 电子在某一区域出现的次数叫几率。电子在某一区域出现的次数叫几率。几率密度几率密度 电子在单位体积内出现的几率。电子在单位体积内出现的几率。几率与电子出现区域的体积有关，也与所在研究区域单位体积内几率与电子出现区域的体积有关，也与所在研究区域单位体积内出现的次

8、数有关。出现的次数有关。几率与几率密度之间的关系几率与几率密度之间的关系 几率（几率（W）=几率密度几率密度 体积（体积（V）。量子力学理论证明，几率密度量子力学理论证明，几率密度 =|2，于是有，于是有 w =|2 V 现在学习的是第9页，共82页教材教材链接链接电电电电子子子子云云云云 电子在核外某处单位体积内出现的概率称为该处的概率(机率)密度。用点的稀密来表示电子在核外出现概率(机率)密度大小所得到的图形称为电子云现在学习的是第10页，共82页几率密度与电子云几率密度与电子云1s2s2 p 电子云图是几率密度电子云图是几率密度|2 的形象化说明。黑点密集的地方，的形象化说明。黑点密集的

9、地方，|2 的值大，几率密度大；反之几率密度小。的值大，几率密度大；反之几率密度小。现在学习的是第11页，共82页 径向分布径向分布 （r，）=R(r)Y(，)，讨论波函数讨论波函数 与与 r 之间的关系，只要讨论波函数的径向部分之间的关系，只要讨论波函数的径向部分 R(r)与与 r 之间的关系就之间的关系就可以。可以。几率密度几率密度|2随随 r 的变化，即表现为的变化，即表现为|R|2 随随 r 的变化。的变化。|R|2 对对 r 做图，得径向密度分布图：做图，得径向密度分布图：（4）波函数的空间图象）波函数的空间图象 r1s|R|22s3s 1s 2s 3s现在学习的是第12页，共82页

10、 角度分布图角度分布图 经过计算，得到经过计算，得到 以及与其对应以及与其对应 Y(，)和和|Y(，)|2 的数据。的数据。根据这些数据可以画出两种角度分布图：根据这些数据可以画出两种角度分布图：波函数的角度分布图和电子云的角度分布图。波函数的角度分布图和电子云的角度分布图。现在学习的是第13页，共82页zy+pypzzx+zx+s各种波函数的角度分布图各种波函数的角度分布图zx+px现在学习的是第14页，共82页+yxdxy+zxdxz+zydyz+d x2y2yx+d z2zx现在学习的是第15页，共82页各种电子云的角度分布图各种电子云的角度分布图zxspzzx 电子云的角度分布图比波函

11、数的角度分布图略电子云的角度分布图比波函数的角度分布图略“瘦瘦”些。电子云的角度分布图没有些。电子云的角度分布图没有 。dz2zxydx2y2xydxyx 作为波函数的符号，它表示原子轨道的对称性，因此作为波函数的符号，它表示原子轨道的对称性，因此在讨论化学键的形成时有重要作用。在讨论化学键的形成时有重要作用。波函数的角度分布图有波函数的角度分布图有 。它不表示电。它不表示电性的正负。性的正负。现在学习的是第16页，共82页电子云和原子轨道的关系电子云和原子轨道的关系 电子云图是用统计的方法获得的电子在核外空间出机的机会大电子云图是用统计的方法获得的电子在核外空间出机的机会大小所得到的图形，原

12、子轨道是指原子核外电子运动的空间，所以电小所得到的图形，原子轨道是指原子核外电子运动的空间，所以电子云图的界面图就是原子轨道的图像，电子云的形状决定原子轨道子云图的界面图就是原子轨道的图像，电子云的形状决定原子轨道的形状，电子云图在空间的伸展方向决定了原子轨道。的形状，电子云图在空间的伸展方向决定了原子轨道。现在学习的是第17页，共82页苏教版苏教版“物质结构与性质物质结构与性质”p11教材链接教材链接现在学习的是第18页，共82页四个量子数四个量子数波函数波函数 的下标的下标 1，0，0；2，0，0；2，1，0 所对应的所对应的 n，l，m，称为量子数。称为量子数。原子结构理论进一步指出，核

13、外电子由于能量的不同，原子结构理论进一步指出，核外电子由于能量的不同，分布在离核远近不同的区域内运动，把这些区域叫做电子分布在离核远近不同的区域内运动，把这些区域叫做电子层；电子层又分为若干亚层；亚层还有不同的轨道；而在层；电子层又分为若干亚层；亚层还有不同的轨道；而在每个轨道中运动的电子还有两种不同的自旋。电子层、亚每个轨道中运动的电子还有两种不同的自旋。电子层、亚层、轨道、自旋四个方面决定了一个核外电子的运动状态。层、轨道、自旋四个方面决定了一个核外电子的运动状态。现在学习的是第19页，共82页四个量子数四个量子数 主量子数主量子数 n 取值取值 1，2，3，4 n 为正整数为正整数(自然

14、数自然数)，光谱光谱学上用学上用 K，L，M，N 表示表示。意义意义 表示原子轨道的大小，核外电子离核的远近，或者说是电子所在的表示原子轨道的大小，核外电子离核的远近，或者说是电子所在的电子层数。电子层数。n =1 表示第一层表示第一层(K 层层)，离核最近。，离核最近。n 越大离核越远。越大离核越远。主量子数主量子数 n 只能取只能取 1，2，3，4 等自然数，故能量只有不连续的几等自然数，故能量只有不连续的几种取值，即能量是量子化的。所以种取值，即能量是量子化的。所以 n 称为量子数。称为量子数。现在学习的是第20页，共82页 角量子数角量子数 l 取值取值 受主量子数受主量子数 n 的限

15、制，的限制，对于确定的主量子数对于确定的主量子数 n，角角量子数量子数 l 可以为可以为 0，1，2，3，4 (n 1)，共共 n 个取值，光谱学个取值，光谱学上依次用上依次用 s，p，d，f，g 表示表示。现在学习的是第21页，共82页 意义意义 角量子数角量子数 l 决定原子轨道的形状决定原子轨道的形状。例如。例如 n=4 时，时，l 有有 4 种取值，就是说核外第四层有种取值，就是说核外第四层有 4 种形状不同的原子轨道：种形状不同的原子轨道：l =0 表示表示 s 轨道，形状为球形，即轨道，形状为球形，即 4 s 轨道；轨道；l =1 表示表示 p 轨道，形状为哑铃形，轨道，形状为哑铃

16、形，4 p 轨道；轨道；l =2 表示表示 d 轨道，形状为花瓣形，轨道，形状为花瓣形，4 d 轨道；轨道；l =3 表示表示 f 轨道，形状更复杂，轨道，形状更复杂，4 f 轨道。轨道。由此可知，在第四层上，共有由此可知，在第四层上，共有 4 种不同形状的轨道。同层中种不同形状的轨道。同层中(即即 n 相同相同)不同形状的轨道称为亚层，也叫分层。就是说核外第四层有不同形状的轨道称为亚层，也叫分层。就是说核外第四层有 4 个亚层或分层。个亚层或分层。如如 n=3，角量子数角量子数 l 可取可取 0，1，2 共三个值，共三个值，依次表示为依次表示为 s，p，d 。现在学习的是第22页，共82页

17、磁量子数磁量子数 m 磁量子数磁量子数 m 取值受角量子数取值受角量子数 l 的影响的影响，对于给定的，对于给定的 l，m 可取：可取：0，1，2，3，l 。共共 2 l +1 个值。个值。若若 l =3，则则 m =0，1，2，3，共共 7 个值。个值。m 决定原子轨道的空间取向。决定原子轨道的空间取向。n 和和 l 一定的轨道，如一定的轨道，如 2 p 轨道轨道（n=2，l =1）在空间有三种不同的取向。在空间有三种不同的取向。现在学习的是第23页，共82页 每一种每一种 m 的取值，对应一种空间取向。的取值，对应一种空间取向。zyx m 的不同取值，或者说原子轨道的不同空间取向，一般不影

18、响能量。的不同取值，或者说原子轨道的不同空间取向，一般不影响能量。3 种不同取向的种不同取向的 2 p 轨道能量相同。我们说这轨道能量相同。我们说这 3 个原子轨道是能量简并轨道，个原子轨道是能量简并轨道，或者说或者说 2 p 轨道是轨道是 3 重简并的。重简并的。而而 3 d 则有则有 5 种不同的空间取向，种不同的空间取向，3 d 轨道是轨道是 5 重简并的。重简并的。现在学习的是第24页，共82页 自旋量子数自旋量子数 ms 电子既有围绕原子核的旋转运动，也有自身的旋转，称为电电子既有围绕原子核的旋转运动，也有自身的旋转，称为电子的自旋。子的自旋。m s 的取值只有两个，的取值只有两个，

19、+1/2 和和 1/2 。电子的自旋方式只有两种，通常。电子的自旋方式只有两种，通常用用 “”和和 “”表示。表示。ms 为自旋量子数。为自旋量子数。所以，描述一个电子的运动状态，要用四个量子数：所以，描述一个电子的运动状态，要用四个量子数：n，l，m，ms 同一原子中，没有四个量子数完全相同的两个电子存在。同一原子中，没有四个量子数完全相同的两个电子存在。现在学习的是第25页，共82页 例例 用四个量子数描述用四个量子数描述 n=4，l=3 的所有电子的运动状态。的所有电子的运动状态。解：解：l =3 对应的有对应的有 m =0，1，2，3，共共 7 个值。个值。即有即有 7 条轨道。每条轨

20、道中容纳两个自旋量子数分别为条轨道。每条轨道中容纳两个自旋量子数分别为 +1/2 和和 1/2 的自旋的自旋方向相反的电子，所以有方向相反的电子，所以有 2 7=14 个运动状态不同的电子。分别用个运动状态不同的电子。分别用 n，l，m，m s 描述如下：描述如下：n，l，m，m s 4 3 0 1/2 4 3 1 1/2 4 3 1 1/2 4 3 2 1/2 4 3 2 1/2 4 3 3 1/2 4 3 3 1/2 n，l，m，m s 4 3 0 1/2 4 3 1 1/2 4 3 1 1/2 4 3 2 1/2 4 3 2 1/2 4 3 3 1/2 4 3 3 1/2 现在学习的是第

21、26页，共82页（4）核外电子排布和元素周期律）核外电子排布和元素周期律 对于单电子体系，其能量为对于单电子体系，其能量为 即单电子体系中，轨道即单电子体系中，轨道(或轨道上的电子或轨道上的电子)的能量，只由主量子数的能量，只由主量子数 n 决定。决定。n 相同的轨道，能量相同相同的轨道，能量相同：E 4 s =E 4 p =E 4 d =E 4 f 而且而且 n 越大能量越高越大能量越高：E 1 s E 2 s E 3 s E 4 s 多电子体系中，电子不仅受到原子核的作用，而且受到其余电多电子体系中，电子不仅受到原子核的作用，而且受到其余电子的作用。故能量关系复杂。所以多电子体系中，能量不

22、只由主量子的作用。故能量关系复杂。所以多电子体系中，能量不只由主量子数子数 n 决定。决定。现在学习的是第27页，共82页 （1）原子轨道近似能级图原子轨道近似能级图 Pauling 根据大量光谱实验数据和理论计算，提出了多电子原子的根据大量光谱实验数据和理论计算，提出了多电子原子的原子轨道近似能级图。原子轨道近似能级图。第一组第一组 1s 第二组第二组 2s 2p 第三组第三组 3s 3p 第四组第四组 4s 3d 4p 第五组第五组 5s 4d 5p 第六组第六组 6s 4f 5d 6p 第七组第七组 7s 5f 6d 7p 其中除第一能级组只有其中除第一能级组只有一个能级外，其余各能级组

23、一个能级外，其余各能级组均以均以 ns 开始，以开始，以 np 结束。结束。所有的原子轨道，共分成七个能级组所有的原子轨道，共分成七个能级组多电子原子的能级多电子原子的能级现在学习的是第28页，共82页能量能量1s2s2p3s3p4s4p3d5s5p4d6s6p5d4f7s7p6d5f组内能级间能量差小组内能级间能量差小能级组间能量差大能级组间能量差大每个每个 代表一个原子轨道代表一个原子轨道 p 三重简并三重简并 d 五重简并五重简并 f 七重简并七重简并现在学习的是第29页，共82页 屏蔽效应屏蔽效应 如何解释如何解释1s2s3s4s5s 2p3p4p5p 3d4d5d 4f5f等能量次序

24、？等能量次序？现在学习的是第30页，共82页 屏蔽效应屏蔽效应 以以 Li 原子为例说明这个问题原子为例说明这个问题：研究外层的一个电子。研究外层的一个电子。它受到核的它受到核的 的引力，同时又受到内层电子的的引力，同时又受到内层电子的 2 的斥力。的斥力。实际上受到的引力已经不会恰好是实际上受到的引力已经不会恰好是+3，受到的斥力也不会恰，受到的斥力也不会恰好是好是 2，很复杂。，很复杂。我们把我们把 看成是一个整体，即被中和掉部分正电的看成是一个整体，即被中和掉部分正电的的原子核。的原子核。于是我们研究的对象于是我们研究的对象 外层的一个电子就相当于处在单电子体系中。中外层的一个电子就相当

25、于处在单电子体系中。中和后的核电荷和后的核电荷 Z 变成了有效核电荷变成了有效核电荷 Z*。现在学习的是第31页，共82页 在多电子体系中，核外其它电子抵消部分核电荷，使被讨论的电子受到的在多电子体系中，核外其它电子抵消部分核电荷，使被讨论的电子受到的核的作用变小。这种作用称为其它电子对被讨论电子的屏蔽效应。核的作用变小。这种作用称为其它电子对被讨论电子的屏蔽效应。Z*=Z ，为屏蔽常数。为屏蔽常数。于是公式于是公式 ，变成，变成 受到屏蔽作用的大小，对于角量子数受到屏蔽作用的大小，对于角量子数l相同主量子数不同相同主量子数不同 的轨道能量的轨道能量有以下递减次序：有以下递减次序：E 1s E

26、 2s E 3s r 共共 因金属晶体中的原子轨道无重叠。因金属晶体中的原子轨道无重叠。范德华半径范德华半径 单原子分子单原子分子(He，Ne 等等)，原子间靠范德华力，即分，原子间靠范德华力，即分子间作用力结合，因此无法得到共价半径。子间作用力结合，因此无法得到共价半径。在低温高压下，稀有气体形成晶体。原子核间距的一半定义为范德华在低温高压下，稀有气体形成晶体。原子核间距的一半定义为范德华半径。半径。讨论原子半径的变化规律时，经常采用共价半径。讨论原子半径的变化规律时，经常采用共价半径。使用范德华半径讨论原子半径的变化规律时，显得比共价半使用范德华半径讨论原子半径的变化规律时，显得比共价半径

27、大。径大。因为在稀有气体形成的晶体中，原子尚未相切。因为在稀有气体形成的晶体中，原子尚未相切。现在学习的是第50页，共82页原子半径的定义原子半径的定义R1范德华半径，范德华半径，R2共价半径共价半径 现在学习的是第51页，共82页 原子半径在周期表中的变化原子半径在周期表中的变化 只有当只有当 d5，d10，f7，f14 半充满和全充满时，层中电子的对称性较高，半充满和全充满时，层中电子的对称性较高，这时这时 占主导地位，占主导地位，占主导地位，占主导地位，原子半径原子半径 r 增大增大。核电荷数核电荷数 Z 增大，对电子吸引力增大，使得原子半径增大，对电子吸引力增大，使得原子半径 r 有减

28、小有减小的趋势。的趋势。核外电子数增加，电子之间排斥力增大，使得原子半径核外电子数增加，电子之间排斥力增大，使得原子半径 r 有有增大的趋势。增大的趋势。以以以以 为主。即同周期中从左向右原子半径减小。为主。即同周期中从左向右原子半径减小。为主。即同周期中从左向右原子半径减小。为主。即同周期中从左向右原子半径减小。(a)同周期中同周期中 从左向右，在原子序数增加的过程中，有两个因素在影响原子半从左向右，在原子序数增加的过程中，有两个因素在影响原子半径的变化径的变化这是一对矛盾，这是一对矛盾，以哪方面为主？以哪方面为主？现在学习的是第52页，共82页 短周期的主族元素，以第短周期的主族元素，以第

29、 3 周期为例周期为例MgNaAlSiPSClAr r/pm 154 136 118 117 110 104 99 154 长周期的过渡元素长周期的过渡元素，以第以第 4 周期的第一过渡系列为例周期的第一过渡系列为例ScTiVCrMnFeCoNiCuZn Sc Ni，8 个元素，个元素，r 减少了减少了 29 pm。相邻元素之间，平均减相邻元素之间，平均减少幅度少幅度 4 pm 许。许。Na Cl，7 个元素，个元素，r 减少了减少了 55 pm。相邻元素之间，平均减相邻元素之间，平均减少幅度少幅度 10 pm 许。许。Ar 为范德华半径，为范德华半径，所以比较大。所以比较大。r/pm 144

30、 132 122 118 117 117 116 115 117 125 现在学习的是第53页，共82页 短周期短周期短周期短周期主族元素，电子填加到外层轨道，对核的正电荷中和少，主族元素，电子填加到外层轨道，对核的正电荷中和少，有效核电荷有效核电荷 Z*增加得多。所以增加得多。所以 r 减小的幅度大。减小的幅度大。长周期长周期长周期长周期过渡元素，电子填加到次外层轨道，对核的正电荷中和多，过渡元素，电子填加到次外层轨道，对核的正电荷中和多，Z*增加得少，所以增加得少，所以 r 减小的幅度小。减小的幅度小。短周期主族元素原子半径平均减少幅度短周期主族元素原子半径平均减少幅度 10 pm，长周期

31、的过渡元素平长周期的过渡元素平均减少幅度均减少幅度 4 pm。造成这种不同的原因是什么？造成这种不同的原因是什么？Cu，Zn 为为 d10 结构，电子斥力大，结构，电子斥力大，所以所以 r 不但没减小，反而有所增不但没减小，反而有所增加。加。ScTiVCrMnFeCoNiCuZn r/pm 144 132 122 118 117 117 116 115 117 125 试设想超长周期的内过渡元素，会是怎样的情况。试设想超长周期的内过渡元素，会是怎样的情况。现在学习的是第54页，共82页 镧系收缩镧系收缩LaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu 15 种元素，种元素，r 共减

32、小共减小 11 pm。电子填到内层电子填到内层 (n2)f 轨道，屏蔽轨道，屏蔽系数更大，系数更大，Z*增加的幅度更小。所以增加的幅度更小。所以 r 减小的幅度很小。减小的幅度很小。r/pm 161 160 158 158 158 170 158 r/pm 169 165 164 164 163 162 185 162 Eu 4f7 6s2，f 轨道半充满，轨道半充满，Yb 4f14 6s2，f 轨道全充满，电子斥轨道全充满，电子斥力的影响占主导地位，原子半径变大。力的影响占主导地位，原子半径变大。将将 15 镧系种元素，原子半径共减小镧系种元素，原子半径共减小 11 pm 这一事实，称为镧系

33、这一事实，称为镧系收缩。收缩。现在学习的是第55页，共82页 K Ca Sc Ti V Crr/pm 203 174 144 132 122 118 Rb Sr Y Zr Nb Mor/pm 216 191 162 145 134 130 Cs Ba La Hf Ta Wr/pm 235 198 169 144 134 130 镧系收缩造成的影响镧系收缩造成的影响 对于镧系元素自身的影响，使对于镧系元素自身的影响，使 15 种镧系元素的半径相似，性质相近，种镧系元素的半径相似，性质相近，分离困难。分离困难。对于镧后元素的影响，使得第二、第三过渡系的同族元素半径相对于镧后元素的影响，使得第二、第

34、三过渡系的同族元素半径相近，性质相近，分离困难。近，性质相近，分离困难。现在学习的是第56页，共82页 (b)同族中同族中 同族中，从上到下，有两种因素影响原子半径的变化趋势同族中，从上到下，有两种因素影响原子半径的变化趋势 核电荷核电荷 Z 增加许多，对电子吸引力增大，增加许多，对电子吸引力增大，使使 r 减小；减小；核外电子增多，增加一个电子层，使核外电子增多，增加一个电子层，使 r 增大。增大。主族元素主族元素 Li 123 pm Na 154 pm K 203 pm Rb 216 pm Cs 235 pmr r 增大增大增大增大 在这一对矛盾中，在这一对矛盾中，起主导作用。同族中，从上

35、到下，原子半径起主导作用。同族中，从上到下，原子半径增大。增大。现在学习的是第57页，共82页副族元素副族元素 Ti V Cr r/pm 132 122 118 Zr Nb Mo 145 134 130 Hf Ta W 144 134 130 第二过渡系列比第一第二过渡系列比第一过渡系列原子半径过渡系列原子半径 r 增大增大 1213 pm。电离能电离能 第三过渡系列和第二过渡第三过渡系列和第二过渡系列原子半径系列原子半径 r 相近或相等。相近或相等。这是镧系收缩的影响结果。这是镧系收缩的影响结果。1 基本概念基本概念 使一个原子失去一个电子变成正离子是需要吸收能量的。使一个原子失去一个电子变

36、成正离子是需要吸收能量的。H(g)H+(g)+e H 0 吸热吸热这一过程相当于这一过程相当于1s 态电子态电子自由电子自由电子现在学习的是第58页，共82页 怎样讨论这一过程的能量变化呢怎样讨论这一过程的能量变化呢？1 电子伏特的能量为，一个电子电子伏特的能量为，一个电子(电量电量=1.602 1019 库仑库仑)通过电压通过电压为为 1 伏特的电场时的电功。伏特的电场时的电功。W=W=1.602 1019 库仑库仑 1 伏特伏特=1.602 1019 焦耳焦耳 因为因为 E =13.6()2 eV，所以所以 E1s=13.6 eV，而而 E自由自由=13.6()2 eV 1s 态电子态电子

37、 自由电子自由电子 E =E自由自由 E1s 因而因而 E=0 (13.6)=13.6(eV)于是反应中电离出于是反应中电离出 1 mol 电子所需的能量为：电子所需的能量为：E=1.602 1019 13.6 6.02 1023 =1312 (kJmol1)现在学习的是第59页，共82页 电离能的定义电离能的定义 某元素某元素 1 mol 基态气态原子，失去最高能级的基态气态原子，失去最高能级的 1 个个电子，形成电子，形成 1 mol 气态离子气态离子(M+)所吸收的能量，叫这种元素的第一电所吸收的能量，叫这种元素的第一电离能离能 (用用 I1 表示表示)。电离能经常以电离能经常以 1 m

38、ol 原子为单位进行计算，所以电离能的物理学单原子为单位进行计算，所以电离能的物理学单位是位是 kJmol1。1 mol 气态离子气态离子(M+)继续失去最高能级的继续失去最高能级的 1 mol 电子，形成电子，形成 1 mol 气态离子气态离子(M2+)所吸收的能量则为第二电离能所吸收的能量则为第二电离能 I2。即即 M(g)M+(g)+e H =I1 M+(g)M2+(g)+e H =I2 用类似的方法定义用类似的方法定义 I3，I4，In。现在学习的是第60页，共82页苏教版苏教版“物质结构与性质物质结构与性质”p20教材链接教材链接现在学习的是第61页，共82页 2 第一电离能的变化规

39、律第一电离能的变化规律 同周期中，从左向右，核电荷同周期中，从左向右，核电荷 Z 增大，原子半径增大，原子半径 r 减小。核对电子减小。核对电子的吸引增强，愈来愈不易失去电子，所以第一电离能的吸引增强，愈来愈不易失去电子，所以第一电离能 I1 增大。增大。(1)同周期中同周期中 短周期主族元素短周期主族元素 I1/kJmol 1 Li Be B C N O F Ne 520 900 801 1086 1402 1314 1681 2081 B 硼硼 电子结构为电子结构为 He 2s2 2p1，失去失去 2p 的一个电子，达到类似于的一个电子，达到类似于 Be 的的 2s2 全充满的稳定结构。所

40、以其全充满的稳定结构。所以其 I1 小于小于 Be。规律是从左向右第一电离能增大。但是有两处出现反常。规律是从左向右第一电离能增大。但是有两处出现反常。比较比较B 和和 Be、O 和和 N的第一电离能的大小关系？的第一电离能的大小关系？现在学习的是第62页，共82页 N 氮氮 电子结构为电子结构为 He 2s2 2p3，2p3 为半充满结构，比较稳定，不为半充满结构，比较稳定，不易失去电子。易失去电子。I1 增大明显。增大明显。O 氧氧 电子结构为电子结构为 He 2s2 2p4，失去失去 2p4 的一个电子，即可达到的一个电子，即可达到 2p3 半充满稳定结构。所以半充满稳定结构。所以 I1

41、 有所降低，以至于小于氮的第一电离能。有所降低，以至于小于氮的第一电离能。Ne 氖氖 电子结构为电子结构为 He 2s2 2p6，为全充满结构，不易失去电为全充满结构，不易失去电子，子，所以其电离能在同周期中最大。所以其电离能在同周期中最大。长周期长周期长周期长周期副族元素副族元素 I1/kJmol1 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn 631 658 650 653 717 759 758 737 746 906 总趋势上看，长周期副族元素的电离能随总趋势上看，长周期副族元素的电离能随 Z 的增加而增加，但增加的幅的增加而增加，但增加的幅度较主族元素小些。度较主族元素小

42、些。现在学习的是第63页，共82页 Zn 的电子结构为的电子结构为 Ar 3d10 4s2，属于稳定结构，不易失去电子，所属于稳定结构，不易失去电子，所以以 Zn 的的 I1 比较大。比较大。原因是副族元素的原子半径减小的幅度较主族元素小。原因是副族元素的原子半径减小的幅度较主族元素小。内过渡元素第一电离能增加的幅度更小，且规律性更差。内过渡元素第一电离能增加的幅度更小，且规律性更差。(2)同族中同族中 同族中自上而下，有互相矛盾的两种因素影响电离能变化。同族中自上而下，有互相矛盾的两种因素影响电离能变化。核电荷数核电荷数 Z 增大，核对电子吸引力增大。增大，核对电子吸引力增大。I 增大；增大

43、；电子层增加，原子半径增大，电子离核远，核对电子吸引力减小。电子层增加，原子半径增大，电子离核远，核对电子吸引力减小。I 减小。减小。这对矛盾中，这对矛盾中，以以以以 为主导。为主导。为主导。为主导。所以，同族中自上而下，元素的电离能减小。所以，同族中自上而下，元素的电离能减小。现在学习的是第64页，共82页 副族元素的电离能副族元素的电离能 第二过渡第二过渡系列明显小于系列明显小于 第三过渡系列。原因第三过渡系列。原因是第二、三过渡系的半径相近，但是第二、三过渡系的半径相近，但第三过渡系列的核电荷数要比第二第三过渡系列的核电荷数要比第二过渡系列大得多。过渡系列大得多。主族主族主族主族 I1/

44、kJmol1 Be 900 Mg 738 Ca 590 Sr 550 Ba 503 I 变小变小 Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu ZnI1/kJmol-1 658 650 653 717 759 758 737 746 906 Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag CdI1/kJmol-1 660 664 685 702 711 720 805 731 868 Hf Ta W Re Os Ir Pt Au HgI1/kJmol-1 654 761 770 760 840 880 870 890 1007现在学习的是第65页，共82页 1 概念概念 1 mol 某元素的基

45、态气态原子，得到某元素的基态气态原子，得到 1mol 电子，形成气态负离子电子，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。用时所放出的能量，叫该元素的第一电子亲合能。用 E1 表示。同表示。同样有样有 E2，E3，E4 等。等。例如例如 F(g)+e =F(g)H=322 kJmol 1，则则 E1=H =322 kJmol 1 电子亲合能电子亲合能 2 第一电子亲合能在周期表中的变化第一电子亲合能在周期表中的变化 若原子的核电荷若原子的核电荷 Z 大，原子半径大，原子半径 r 小，核对电子引力大，结合电小，核对电子引力大，结合电子后释放的能量多，于是电子亲合能子后释放的

46、能量多，于是电子亲合能 E 大。大。测得的电子亲合能数据不全，有些是计算出来的。测得的电子亲合能数据不全，有些是计算出来的。必须注意的是，电子亲合能定义为形成负离子时所放出的能量，所以电必须注意的是，电子亲合能定义为形成负离子时所放出的能量，所以电子亲合能子亲合能 E 的符号与过程的的符号与过程的 H 的符号相反。的符号相反。现在学习的是第66页，共82页 因为因为 N 的电子结构为的电子结构为 He 2s2 2p3，2p 轨道半充满，比较稳定。故轨道半充满，比较稳定。故 N 原子不易得电子，如果得到电子，非但不释放能量，反而要吸收能原子不易得电子，如果得到电子，非但不释放能量，反而要吸收能量

47、。所以量。所以 E 为负值。为负值。从上到下电子亲合能逐渐变小，从上到下电子亲合能逐渐变小，但 F 元素元素反常。反常。因为因为 F 的原子半径非常小，电子云密度的原子半径非常小，电子云密度大，排斥外来电子，不易与之结合，所以大，排斥外来电子，不易与之结合，所以 E 反而反而比较小。比较小。同主族同主族 F 322 Cl 348.7 Br 324.5 I 295 E kJmol1 出于同种原因，出于同种原因，O 元素比同族的元素比同族的 S 元素元素和和 Se 元素的电子亲合能小。元素的电子亲合能小。同周期同周期 B C N O F E/kJmol 1 23 122 (58)141 322 从

48、左向右，电子亲合能从左向右，电子亲合能 E 增大，其中氮元素的增大，其中氮元素的(58)是是计算值。计算值。现在学习的是第67页，共82页 既然既然 F 的电子亲合能比的电子亲合能比 Cl 的电子亲合能小，为何的电子亲合能小，为何 F2 反而比反而比 Cl2 活活泼呢泼呢?注意，这是注意，这是 F2 与与 Cl2 两种物质的化学活性的比较，或者说是分子活两种物质的化学活性的比较，或者说是分子活泼性的比较，而不是原子活泼性的比较。泼性的比较，而不是原子活泼性的比较。首先看首先看分子的离解能分子的离解能 1/2 F2(g)F (g)H1=154.8 kJmol 1 1/2 Cl2(g)Cl(g)H

49、2=239.7 kJmol 1 再看电子亲合能再看电子亲合能 F(g)+e F(g)H3=322 kJmol 1 Cl(g)+e Cl(g)H4=348.7 kJmol 1 1/2 F2 (g)F(g)F (g)H5 =H1 +H3 现在学习的是第68页，共82页 综合考虑分子的离解能，元素的电子亲合能，结果综合考虑分子的离解能，元素的电子亲合能，结果DH5 H6，即氟的反应比氯的相应反应释放的能量多。即氟的反应比氯的相应反应释放的能量多。所以，所以，F2 比比 Cl2 更活泼。更活泼。1/2 Cl2(g)Cl(g)Cl(g)H6 =H2 +H4 =239.7 +(348.7)=109（kJm

50、ol）H5 =154.8 +(322)=167.2（kJmol）现在学习的是第69页，共82页元素的电负性元素的电负性 电离能电离能 I，表示元素的原子失去电子，形成正离子的能力的表示元素的原子失去电子，形成正离子的能力的大小；大小；电子亲合能电子亲合能 E，表示元素的原子得到电子，形成负离子的能表示元素的原子得到电子，形成负离子的能力的大小。力的大小。为什么不用电离能衡量原子吸引成键电子的能力而用电负性为什么不用电离能衡量原子吸引成键电子的能力而用电负性？二者有何差异？二者有何差异？现在学习的是第70页，共82页 1932年，年，Pauling 提出了电负性的概念提出了电负性的概念 电负性表