原子结构与元素周期表精.ppt

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1、原子结构与元素周期表第1页，本讲稿共29页第五章第五章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性一、原子与元素（自学）一、原子与元素（自学）二、原子结构的近代概念二、原子结构的近代概念运用运用1926年薛定谔建立起量子力学讨论研究原子结构，形成了近代概念。年薛定谔建立起量子力学讨论研究原子结构，形成了近代概念。（一）电子的波粒二象性（一）电子的波粒二象性。20世纪初，人们已发现光具有波粒二象性。世纪初，人们已发现光具有波粒二象性。对对电电子子来来说说，人人们们早早已已知知道道它它是是一一种种有有确确定定体体积积（直直径径d=10-15m）和和质量（质量（9.110-31kg）的粒子，故具有微粒

2、性。）的粒子，故具有微粒性。电电子子的的波波动动性性是是1927年年科科学学家家们们用用电电子子衍衍射射实实验验加加以以证证实实，如如p131图图示示电电子衍射环纹。与光的衍射图相似，因此电子也具有波动性。子衍射环纹。与光的衍射图相似，因此电子也具有波动性。以以后后进进一一步步证证明明，质质子子、中中子子等等微微观观粒粒子子也也具具有有波波粒粒二二象象性性，这这使使经典力学在证明微观粒子物质上出现问题。经典力学在证明微观粒子物质上出现问题。第2页，本讲稿共29页（一）电子的波粒二象性（一）电子的波粒二象性 微观粒子运动的特性：从波粒二象性的特点出发，原子中电子的运动微观粒子运动的特性：从波粒二

3、象性的特点出发，原子中电子的运动规律是怎样的？规律是怎样的？由由慢慢射射电电子子枪枪实实验验，推推论论：原原子子中中个个别别电电子子某某时时刻刻在在什什么么地地方方出出现现虽虽然然不不能能确确切切知知道道，也也没没有有确确定定数数量量，但但核核外外电电子子的的分分布布似似是是有有规规律律的的：电电子在核外空间某区域出现的机率较大，而另一些区域电子出现的几率较小。子在核外空间某区域出现的机率较大，而另一些区域电子出现的几率较小。量子力学认为：量子力学认为：原子核外电子的运动具有按机率分布的统计规律性。原子核外电子的运动具有按机率分布的统计规律性。（所谓统计是一种研究方法：即一个电子亿万次重复研究

4、，所得的结果我（所谓统计是一种研究方法：即一个电子亿万次重复研究，所得的结果我们所取的目的的研究方法）。们所取的目的的研究方法）。第3页，本讲稿共29页（二）原子轨道（二）原子轨道1、波函数、波函数1926年年薜薜定定谔谔根根据据波波一一粒粒二二象象性性的的概概念念提提出出了了一一个个描描述述微微观观离离子子运运动动的的基基本方程本方程薜定谔波动方程，它是一个二阶偏微分方法。薜定谔波动方程，它是一个二阶偏微分方法。式式中中：Y Y叫叫波波函函数数，E为为体体系系的的总总能能量量，V为为微微粒粒势势能能，h为为普普朗朗克克常常数数，m为微粒的质量，为微粒的质量，x、y、z为空间直角坐标。为空间直

5、角坐标。对对氢氢原原子子体体系系来来说说，Y Y是是描描述述氢氢原原子子核核外外电电子子运运动动状状态态的的数数学学表表示示式式，是是空空间间直直角角坐坐标标(x.y.z)的的函函数数。Y Y=f(x.y.z)；E为为氢氢原原子子H的的总总能能量量；V为电子的势能（即核对电子的吸引能）；为电子的势能（即核对电子的吸引能）；m为电子质量。为电子质量。第4页，本讲稿共29页 可可见见，量量子子力力学学是是用用波波函函数数和和与与其其对对应应的的能能量量来来描描述述微微粒粒粒粒子子运运动动状状态态的。的。原子中既然是描述电子运动状态的数学表示式，而且又是空间坐标原子中既然是描述电子运动状态的数学表示

6、式，而且又是空间坐标的函数，的函数，Y Y=f(x.y.z)可以用其作图，可以用其作图，其空间图象可以形象地理解为电子运动其空间图象可以形象地理解为电子运动的空间范围的空间范围俗称俗称“原子轨道（又称原子轨函）原子轨道（又称原子轨函）”。波函数的空间图像波函数的空间图像就是原子轨道，原子轨道的数学表示式是波函数就是原子轨道，原子轨道的数学表示式是波函数，故波函数和原子轨道常，故波函数和原子轨道常作同义语使用。作同义语使用。对氢原子对氢原子，第5页，本讲稿共29页2、原子轨道角度分布图、原子轨道角度分布图Y Y=f(x.y.z)，有有四四个个量量在在空空间间不不便便作作图图，将将直直角角坐坐标标

7、变变为为球球半半径径（r.）然然后后利利用用数数学学中中的的变变量量分分离离法法，将将Y Y=f(r.)分分解解为为三三个个独独立立函函数数方方程程再再进进行行角角度度部部分分合合并并，即即Y Y=R(r)Y(.)。波波函函数数就就分分成成了了径径向向分分布布部部分分R(r)和角度分布部分（和角度分布部分（Y）。）。分布用的角度部分分布用的角度部分Y(.)作的图称为原子轨道的角度分布图。作的图称为原子轨道的角度分布图。注意图中的注意图中的“+”“”不是正、负电，而是不是正、负电，而是Y函数为正负值。函数为正负值。第6页，本讲稿共29页（三）电子云（三）电子云1、概率密度、概率密度电电子子在在原

8、原子子核核外外空空间间某某处处单单位位体体积积内内出出现现的的概概率率，称称为为概概率率密密度度（）。概率密度与概率密度与Y Y 间是怎样的关系？间是怎样的关系？在在光光的的波波动动方方程程中中，Y Y 代代表表电电磁磁波波的的电电磁磁场场强强度度，而而且且光光的的强强度度是是与光的电磁场强度与光的电磁场强度Y Y 的绝对值平方成正比。的绝对值平方成正比。用用类类比比的的方方法法，推推理理到到原原子子中中电电子子数数：在在原原子子核核外外某某处处空空间间电电子子出出现现的的概概率率密密度度（）也也是是和和电电子子波波在在该该处处的的强强度度（）的的绝绝对对值值平平方方成成正正比的。比的。在在研

9、研究究时时，有有实实际际意意义义的的只只是是它它在在空空间间各各处处的的相相对对密密度度，而而不不是是其其绝绝对对值值本本身身，故故作作图图时时可可不不考考虑虑与与 间间的的比比例例系系数数，因因此此，电子在原子内核外某处出现的概率密度可直接用电子在原子内核外某处出现的概率密度可直接用 来表示。来表示。即光的强度即光的强度 ，由于，由于。第7页，本讲稿共29页2、电子云、电子云 为了形象地表示核外电子运动的概率分布情况，化学上常用黑点为了形象地表示核外电子运动的概率分布情况，化学上常用黑点分布的疏密来表示电子出现概率密度的相对大小。分布的疏密来表示电子出现概率密度的相对大小。密密概率密度大，平

10、均体积内电子出现的机会多，概率密度大，平均体积内电子出现的机会多，用这种方法（小黑点的用这种方法（小黑点的疏密）来描述电子在核外出现的概率密度分布所得的空间图像称电子云。疏密）来描述电子在核外出现的概率密度分布所得的空间图像称电子云。由于概率密率由于概率密率 ，若以，若以 作图，可得到电子云的近似图象。作图，可得到电子云的近似图象。将的角度分布部分（将的角度分布部分（）作图，所得图象称为电子云角度分布图。）作图，所得图象称为电子云角度分布图。比较比较Y和和 两种角度分布图可得：两种角度分布图可得：相似点：图形基本相似。相似点：图形基本相似。不同点：（不同点：（1）原子轨道角度分布图有）原子轨道

11、角度分布图有“+”、“-”之分，而电子云图之分，而电子云图 均为均为“+”；（2）电子云图要）电子云图要“瘦瘦”些，因些，因Y值一般是小于值一般是小于1的。的。第8页，本讲稿共29页（四）量子数（四）量子数 要要比比较较具具体体描描述述原原子子中中各各电电子子的的状状态态（电电子子所所在在的的电电子子层层，原原子子轨轨道道能能级级，形状，方向及电子自旋的方向等）则需要四个参数才行。形状，方向及电子自旋的方向等）则需要四个参数才行。1、主量子数（、主量子数（n）含义：（含义：（1）描述电子层离核的远近；）描述电子层离核的远近；（2）描述电子层能量的高低。）描述电子层能量的高低。取值：取零以外的正

12、整数，其中每一个数代表一个电子层。取值：取零以外的正整数，其中每一个数代表一个电子层。主量子数（主量子数（n）：）：1 2 3 4 5 电子层：电子层：第一层第一层 第二层第二层 第三层第三层 第四层第四层 第五层第五层 电子层符号：电子层符号：K L M N O n值越小，电子层离核越近，能量越低。值越小，电子层离核越近，能量越低。第9页，本讲稿共29页2、副（角）量子数（、副（角）量子数（l）含义：（含义：（1）在多电子原子中与）在多电子原子中与n一起决定电子亚层的能量，一起决定电子亚层的能量，l值值 越小，亚层能量越低。越小，亚层能量越低。（2）每一个）每一个l 值决定电子层中的一个亚层

13、；值决定电子层中的一个亚层；（3）每一个）每一个l值代表一种电子云或原子轨道的形状。值代表一种电子云或原子轨道的形状。取值：从取值：从0开始一直取到开始一直取到(n-1)的正整数的正整数副量子数副量子数(l):0 1 2 3 （n-1）电子亚层符号电子亚层符号:s p d f 原子轨道（或亚层）：球形原子轨道（或亚层）：球形 哑铃形哑铃形 花瓣形花瓣形第10页，本讲稿共29页3、磁量子数、磁量子数(m)含义：描述原子轨道或电子云在空间取向。含义：描述原子轨道或电子云在空间取向。取值：受取值：受l限制，可取限制，可取-l,-2,-1,0,1,2,+l(即即0,12l)原子轨道符号原子轨道符号：s

14、 Pz,Px.Py dz2 dx2.dy2 dx2-y2,dxy4、自旋量子数（、自旋量子数（ms）含义：描述核外电子的自旋状态含义：描述核外电子的自旋状态(绕电子自身的轴旋转运动）。绕电子自身的轴旋转运动）。取值：取值：综合上述，对原子核外的电子运动状态可用四个参数结合描述。综合上述，对原子核外的电子运动状态可用四个参数结合描述。第11页，本讲稿共29页 研研究究表表明明：在在同同一一原原子子中中，不不可可能能有有运运动动状状态态完完全全相相同同的的电电子子存存在在。换换句句话话说说，同同一一原原子子中中每每个个电电子子中中的的四四个个量量子子数数不不可可能能完完全全相相同同，因因此此可可推

15、推出出每每一一个个轨轨道道只只能能容容纳纳两两个个自自旋旋方方向向相相反反的的电电子子；因因此此可可推推出出各各电电子子层所能容纳电子最大数值。层所能容纳电子最大数值。归纳起来，原子结构的近代概念（是原子力学的原子模型），重点有：归纳起来，原子结构的近代概念（是原子力学的原子模型），重点有：（1）由由于于电电子子具具有有波波粒粒二二象象性性，所所以以核核外外电电子子运运动动没没有有固固定定的的轨轨道道，但但具具有有按照几率分布的统计规律性。按照几率分布的统计规律性。（2）可可用用薜薜定定谔谔方方程程描描述述核核外外电电子子的的运运动动，波波函函数数 是是描描述述核核外外电电子子运运动动的的数数

16、学学表表达达式式，方方程程中中每每一一个个合合理理的的解解，就就表表示示核核外外电电子子的的某某一一种种可可能能的稳定状态。的稳定状态。（3）原原子子轨轨道道为为 的的空空间间图图象象，以以 角角度度分分布布的的空空间间图图象象，作作为为原原子子轨轨道角度分布的近似描述。道角度分布的近似描述。（4）以以|2的的空空间间图图象象电电子子云云来来表表示示核核外外空空间间电电子子出出现现的的概概率率密密度。度。（5）以四个量子数来确定核外每一个电子的运动状态。）以四个量子数来确定核外每一个电子的运动状态。第12页，本讲稿共29页三、核外电子的分布：三、核外电子的分布：（一）基本原子中电子分布原理：（

17、一）基本原子中电子分布原理：根根据据原原子子光光谱谱实实验验的的结结果果和和对对元元素素周周期期系系的的分分析析、归归纳纳，总总结结出出核核外外电电子子分布的基本原理（两个原理一个规则）：分布的基本原理（两个原理一个规则）：1、泡利（、泡利（Pauli）不相容原理）不相容原理在在同同一一原原子子中中，不不可可能能有有四四个个量量子子数数完完全全相相同同的的电电子子存存在在。即即每每一一个个轨轨道内最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。道内最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。2、能量最低原理、能量最低原理多多电电子子原原子子处处于于基基态态时时，核核外外电电子子的的分分布布在在不不违违反反泡泡利利

18、原原理理前前提提下下，总是尽先分布在能量较低的轨道，以使原子处于能量最低状态。总是尽先分布在能量较低的轨道，以使原子处于能量最低状态。3、洪特、洪特(Hund)规则规则原原子子在在同同一一亚亚层层的的等等价价轨轨道道上上分分布布电电子子时时，尽尽可可能能单单独独分分布布在在不不同同的的轨轨道道，而而且且自自旋旋方方向向相相同同（或或称称自自旋旋平平行行）。这这种种分分布布时时，原原子子的的能能量量较较低低，体系稳定。体系稳定。如如N原子原子1s22s22p3的轨道表示式的轨道表示式第13页，本讲稿共29页（二）多电子原子轨道的能级：（二）多电子原子轨道的能级：原原子子中中各各原原子子轨轨道道能

19、能级级的的高高低低，主主要要根根据据光光谱谱实实验验确确定定，也也可可从从理理论论上上计计算算，原原子子轨轨道道能能级级的的相相对对高高低低，用用图图示示法法近近似似表表示示就就为为近近似似能能级级图图。在无机化学中比较实用的是鲍林（在无机化学中比较实用的是鲍林（Pauling）近似能级图。）近似能级图。1939年年L.Pauling对对周周期期系系中中各各元元素素原原子子的的原原子子轨轨道道能能级级图图进进行行分分析析、归归纳纳，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近近似似能能级级图图，以以表表示示各各原原子子轨轨道道之之间间能量的相对高低顺序。从近似能级图中看出：能量的相对

20、高低顺序。从近似能级图中看出：（1）各电子层能级相对高低为）各电子层能级相对高低为KLMNO（2）同同一一原原子子同同一一电电子子层层内内，对对多多电电子子原原子子来来说说，电电子子间间的的相相互互作作用用造造成成同同层层能能级级的的分分裂裂成成若若干干亚亚层层，各各亚亚层层能能级级的的相相对对高高低低为为：EnsEnpEndEnf（3）同同一一电电子子亚亚层层内内，各各原原子子轨轨道道能能级级相相同同，如如Enpx=Enpy=Enpz。（4）同一原子内，不同类型的亚层间，有能级交错现象。如）同一原子内，不同类型的亚层间，有能级交错现象。如E4sE3dE4p等。等。（5）若若把把能能级级相相近

21、近的的电电子子亚亚层层组组合合，可可得得到到若若干干能能级级组组，它它与与元元素素所所在在周周期有关。期有关。第14页，本讲稿共29页 对鲍林能级图，需明确几点：对鲍林能级图，需明确几点：（1）近似能级图是一归纳结果，不能完全反映情况，所以只有）近似能级图是一归纳结果，不能完全反映情况，所以只有近似含义。近似含义。（2）它它原原意意是是反反映映同同一一原原子子内内各各原原子子轨轨道道间间的的相相对对高高低低，所所以以不不能能用用它它来来比比较不同元素原子轨道能级的相对高低。较不同元素原子轨道能级的相对高低。（3）经经进进一一步步研研究究发发现现，近近似似能能级级图图实实际际上上只只反反映映同同

22、一一原原子子外外电电子子层层中中原原子子轨轨道能级的相对高低，而不一定能完全反映内电子层原子轨道能级的高低。道能级的相对高低，而不一定能完全反映内电子层原子轨道能级的高低。（4）电电子子在在某某一一轨轨道道上上的的能能量量，实实际际与与原原子子序序数数（核核电电荷荷）有有关关。核核电电荷荷越越多多，对对电电子子的的吸吸引引力力越越大大。电电子子离离核核越越近近，使使其其所所在在较较高高能能量量降降得得越越低低，轨道能级之间的相对高低，与近似能级图会有所不同。轨道能级之间的相对高低，与近似能级图会有所不同。第15页，本讲稿共29页（三）基态原子中电子的分布（三）基态原子中电子的分布1、核外电子填

23、入轨道的顺序、核外电子填入轨道的顺序应应用用近近似似能能级级图图，并并根根据据最最低低能能量量原原理理，可可设设计计出出核核外外电电子子填填入入轨道顺序图。轨道顺序图。据据此此顺顺序序图图，再再根根据据“两两个个原原理理一一条条规规则则”，可可以以准准确确无无误误地地写写出出91种种元元素原子的核外电子分布式来。素原子的核外电子分布式来。在在110种元素中，只有种元素中，只有19种元素原子层外电子的分布稍有例外：种元素原子层外电子的分布稍有例外：它它们们是是若若再再对对它它们们进进一一步步分分析析归归纳纳还还得得到到一一条条特特殊殊规规律律全全充充满满，半半充充满满规规则则：对对同同一一电电子

24、子亚亚层层，当当电电子子分分布布为为全全充充满满（P6、d10、f14）、半半充充满满（P3、d5、f7）或或全全空空（P0、d0、f0)时时，电电子子云云分分布布呈呈球球状状，原原子子结结构构较较稳定，可挑出稳定，可挑出8种元素，剩余种元素，剩余11种可作例外。种可作例外。第16页，本讲稿共29页2、基态原子的价层电子构型、基态原子的价层电子构型 价价电电子子所所在在亚亚层层，称称价价层层。原原子子的的价价层层电电子子构构型型指指价价层层的的电电子子分分布布式式，它它能能反反映映该该元元素素原原子子电电子子层层结结构构的的特特征征。要要注注意意价价层层电电子子不不一一定定全全部部都都是是价价

25、电电子子，如如Ag价层电子构型为价层电子构型为4d105s1，但氧化数只有，但氧化数只有+1、+2、+3。第17页，本讲稿共29页（四）简单基态阳离子的电子分布（四）简单基态阳离子的电子分布 按按近近似似能能级级图图，基基态态原原子子外外层层（最最高高能能级级组组）轨轨道道是是能能级级高高低低顺顺序序为为：EnsE(n-2)fE(n-1)dEnp 若若按按此此顺顺序序，Fe2+的的电电子子分分布布式式似似乎乎应应为为Ar3d44s2，实实际际是是Ar3d64s0，原原因因是是：阳阳离离子子的的有有效效核核电电荷荷比比原原子子的的多多，造造成成基基态态阳阳离离子子的的轨轨道道能能级级与基态原子的

26、轨道能级有所不同。与基态原子的轨道能级有所不同。通通过过对对基基态态原原子子和和基基态态阳阳离离子子内内轨轨道道能能级级的的研研究究，从从大大量量光光谱谱数数据据归纳出如下经验规律：基态原子外层电子填充顺序：归纳出如下经验规律：基态原子外层电子填充顺序：ns(n2)f(n-1)dnp 价电子电离顺序：价电子电离顺序：npns(nl)d(n2)f第18页，本讲稿共29页（五）元素周期系与核外电子分布的关系（五）元素周期系与核外电子分布的关系 1、周期、周期 如如何何根根据据核核外外电电子子分分布布确确定定元元素素在在周周期期表表中中的的周周期期数数?方方法法是是：按按填填充充顺顺序序，最后一个电

27、子填入的能级组序号，为该元素的周期数。最后一个电子填入的能级组序号，为该元素的周期数。如如:35Br Ar3d104s24p5；47Ag Kr4d105ds1 显然：各周期内所含的元素种数与相应能级组内轨道所能容纳的电子显然：各周期内所含的元素种数与相应能级组内轨道所能容纳的电子数相等。数相等。第19页，本讲稿共29页2、元素周期系中元素的分区：、元素周期系中元素的分区：根根据据元元素素原原子子价价层层电电子子构构型型的的不不同同，可可以以把把周周期期表表中中的的元元素素所所在在位位置置分分成成s.p.d.ds和和f五个区。五个区。3、族（主族、副族）：、族（主族、副族）：按传统习惯，周期系分

28、为按传统习惯，周期系分为7个主族（个主族（A），），7个副族（个副族（B）及第）及第族，零族。族，零族。第20页，本讲稿共29页方法是：按电子填充顺序，最后一个电子进入的情况决定，有如下方法是：按电子填充顺序，最后一个电子进入的情况决定，有如下具体情况：具体情况：说说明明：1986年年IUPAC推推荐荐了了族族的的新新表表示示法法，即即每每一一纵纵行行为为一一族族共共18族族，考考虑虑到到“族族”的的旧旧表表示示法法仍仍有有许许多多优优势势，所所以以我我们们仍仍用用这这种种旧旧表表示法。示法。第21页，本讲稿共29页四、原子性质的周期性四、原子性质的周期性 原原子子的的电电子子层层结结构构随随

29、核核电电荷荷的的递递增增呈呈现现周周期期性性变变化化，影影响响到到原原子子的的某某些些性性质，如原子半径、电离能、电子亲合能和电负性等，也呈周期性变化。质，如原子半径、电离能、电子亲合能和电负性等，也呈周期性变化。（一）原子半径（一）原子半径 原原子子没没有有鲜鲜明明的的界界面面，所所以以原原子子半半径径是是根根据据原原子子存存在在的的不不同同形形式式来来定定义义，常用的有以下三种：常用的有以下三种：（1）共共价价半半径径：两两相相同同原原子子形形成成共共价价键键时时，其其核核间间距距的的一一半半，称称原原子子的的共共价价半半径径，如如ClCl核核间间距距为为198pm，rCl=99pm。有有

30、共共价价单单键键、双双键键、叁叁键。未说明时，通常指共价单键半径。键。未说明时，通常指共价单键半径。（2）金金属属半半径径：金金属属单单质质的的晶晶体体中中，两两相相邻邻金金属属原原子子核核间间距距离离的的一一半半，称金属原子的金属半径，如称金属原子的金属半径，如dCu-Cu=256pm，rCu=128pm。（3）范范德德华华半半径径：在在分分子子晶晶体体中中，分分子子间间以以范范德德华华力力结结合合，如如稀稀有有气气体体相相邻邻两两原原子子核核间间距距的的一一半半，称称该该原原子子的的范范德德华华半半径径。如如dNe-Ne=320pm,rNe=160pm。第22页，本讲稿共29页原子半径变化

31、规律：原子半径变化规律：（1）周周期期：主主族族：由由左左向向右右，随随核核电电荷荷的的增增加加，原原子子共共价价半半径径的的变变化趋势总的是减少的。化趋势总的是减少的。d区区：由由左左向向右右，随随核核电电荷荷的的增增加加，原原子子半半径径会会略略有有减减少少，从从IB起起略有增大。略有增大。这是由于这是由于(n1)d轨道的充满，较为显著地抵消核电荷对外层轨道的充满，较为显著地抵消核电荷对外层ns电子的引力。电子的引力。f区区：内内过过渡渡元元素素，由由于于电电子子增增加加在在(n2)f轨轨道道，半半径径减减小小的的幅幅度度比比d区区更更小小，从从La到到Lu共共经经过过15种种元元素素，原

32、原子子半半径径仅仅收收缩缩了了12pm左左右右，La系系收收缩缩影响很大，使影响很大，使La后第六周期元素与上周期同族元素半径接近。后第六周期元素与上周期同族元素半径接近。（2）族族：主主族族，从从上上到到下下，r显显著著增增大大。副副族族除除Sc副副族族外外从从上上到到下下一一般般略略增大，第五、六周期元素半径接近。增大，第五、六周期元素半径接近。r对对性性质质的的影影响响：r越越大大，越越易易失失电电子子；r越越小小，越越易易吸吸电电子子。但但必必须须注注意意，难难失失电电子子不不一一定定易易得得电电子子，如如稀稀有有气气体体，得得失失电电子子都都不不易易（即即还还与与电电子子层层结结构有

33、关）。构有关）。第23页，本讲稿共29页 (二）电离能（二）电离能（I）和电子亲合能（）和电子亲合能（EA）：）：I衡量失电子难易；衡量失电子难易；EA得电子难易得电子难易1、电离能（、电离能（I）气态原子失电子变成气态阳离子（即电离）克服核电荷的引力所需要的能量，单位：气态原子失电子变成气态阳离子（即电离）克服核电荷的引力所需要的能量，单位：kJmol-1。从基态（能量最低状态）中性气态原子失去从基态（能量最低状态）中性气态原子失去1个电子形成气态个电子形成气态“+1”氧化值阳离子所须能量，称氧化值阳离子所须能量，称I1。依次类似有。依次类似有I2等。等。如：如：Mg(g)-e-Mg+(g)

34、I1=H1=783kJmol-1 Mg+(g)-e-Mg2+(g)I2=H2=1451kJmol-1显然显然I值越大，失电子越难，因此可用于衡量失电子难易。值越大，失电子越难，因此可用于衡量失电子难易。I的变化规律：的变化规律：（1）周期：）周期：主族主族，从左到右，从左到右，I1渐增大；渐增大；过渡元素族过渡元素族，不十分规律；，不十分规律；（2）族：）族：主族主族，从上到下，从上到下，I1渐减少（原子半径增大）；渐减少（原子半径增大）；过渡元素过渡元素略增大（核电荷起较显著作用，略增大（核电荷起较显著作用，r增加不多）。增加不多）。注意注意：I只能衡量气态原子失电子变为气态离子的难易，至于

35、金属在溶液中发生化学反应形成只能衡量气态原子失电子变为气态离子的难易，至于金属在溶液中发生化学反应形成阳离子的影响，应根据电极电势来估量。阳离子的影响，应根据电极电势来估量。第24页，本讲稿共29页 2、电子亲合能（、电子亲合能（EA）基基态态的的中中性性气气态态原原子子得得到到一一个个电电子子形形成成气气态态-1氧氧化化值值阴阴离离子子所所放放出的能量，称原子的出的能量，称原子的EA1 。如如 O(g)+e-O-(g)=-141kJmol-1 一一般般为为负负值值，因因电电子子落落入入中中性性原原子子的的核核场场里里，势势能能降降低低，体体系系能能量量减减小小，唯唯稀稀有有气气体体（ns2n

36、p6）和和IIA原原子子（ns2）最最外外电电子子亚亚层层已已全全充充满满，需需加加合合一一个个电电子子，环环境境必必须须对对外外做做功功，即即体体系系吸吸收收能能量量，此此时时，为为正正值值，因因环环境要对体系做功。境要对体系做功。所有所有EA2都均为正值。都均为正值。显然，显然，代数值越小，原子越易得电子。代数值越小，原子越易得电子。变变化化规规律律：无无论论是是周周期期或或族族中中，主主族族元元素素的的 的的代代数数值值一一般般都都是是随随着着原原子子半半径径减减小小而而减减小小的的。同同周周期期从从左左到到右右 总总的的是是（代代数数值值）减减小小的的（因因r减减小小）。主族从上到下，

37、主族从上到下，总的趋势是增大的（用总的趋势是增大的（用r增大）。增大）。注意：注意：I和和 仅表示孤立气态原子或离子得失电子的能力。仅表示孤立气态原子或离子得失电子的能力。第25页，本讲稿共29页（三）电负性（三）电负性（）某某原原子子难难失失电电子子，不不一一定定易易得得电电子子，为为了了能能比比较较全全面面地地描描述述不不同同元元素素原原子在分子中对成键电子吸引的能力，鲍林提出了电负性的概念。子在分子中对成键电子吸引的能力，鲍林提出了电负性的概念。电电负负性性分分子子中中元元素素原原子子吸吸引引电电子子的的能能力力，他他指指定定(F)=4.0，然然后后通通过过计计算算得得到到其其它它元元素

38、素原原子子值值。电电负负性性（）越越大大，表表示示它它的的原原子子在在分分子子中中吸吸引成键电子的能力键强。）引成键电子的能力键强。）变化规律变化规律：（：（1）同周期：从左到右，）同周期：从左到右，渐增大。渐增大。（2）同族：主族：从上到下，）同族：主族：从上到下，渐减小；渐减小；副族：从上到下：副族：从上到下：IIIB-VB，渐减小；渐减小；IB-IIB，变大。变大。说明：说明：鲍林电负性值是一个相对值，本身没有单位。鲍林电负性值是一个相对值，本身没有单位。由于定义及计算方法不同，又有几套电负性数据，所以由于定义及计算方法不同，又有几套电负性数据，所以 使用时要用同一套数值来比较。使用时要

39、用同一套数值来比较。如何定义电负性至今仍有争论。如何定义电负性至今仍有争论。第26页，本讲稿共29页（四）元素的氧化数（四）元素的氧化数元素的氧化数与原子的价电子数直接相关。元素的氧化数与原子的价电子数直接相关。1、主族元素的氧化数、主族元素的氧化数主主族族元元素素原原子子只只有有最最外外层层是是价价电电子子，能能参参与与成成键键，因因此此主主族族（该该F.O外外），最最高氧化数等于该原子的价电子总数。高氧化数等于该原子的价电子总数。2、副族元素的氧化数、副族元素的氧化数IIIB-VIIB：元元素素的的最最高高氧氧化化数数=价价电电子子总总数数，价价电电子子(n-1)d1-5+ns2。但但IB

40、和和族元素的氧化数变化不规律，族元素的氧化数变化不规律，IIB的最高氧化数为的最高氧化数为+2。第27页，本讲稿共29页（五）元素的金属性和非金属性（五）元素的金属性和非金属性 从从化化学学规规定定：易易失失电电子子变变成成阳阳离离子子即即金金属属性性强强；反反之之，若若易易得得电电子变成阴离子则非金属性强。子变成阴离子则非金属性强。元元素素金金属属性性与与非非金金属属性性的的强强弱弱，可可用用原原子子参参数数（如如原原子子的的半半径径、I、EA、X等原子的性质，称原子参数）进行比较：等原子的性质，称原子参数）进行比较：元素原子的元素原子的I越小，或电负性越小，或电负性X越小越小元素金属性越强

41、。元素金属性越强。元素原子的元素原子的EA的代数值越小，或的代数值越小，或X越大越大元素非金属性越强。元素非金属性越强。变化规律变化规律：（1）同同周周期期：从从左左到到右右，X渐渐增增大大，元元素素的的金金属属性性渐渐减减弱弱，非非金金属属性性渐渐强。强。（2）同同族族：主主族族，从从上上到到下下，元元素素原原子子的的X减减小小，金金属属性性渐渐强强，非非金金属属性渐弱。性渐弱。副族，副族，第28页，本讲稿共29页基本要求：基本要求：1、熟悉四个量子数对核外电子运动状态的描述，熟悉、熟悉四个量子数对核外电子运动状态的描述，熟悉s、p、d原子轨道和电子云角度部分的形状和伸展方向。原子轨道和电子云角度部分的形状和伸展方向。2、掌握原子核外电子排布的一般规律及其与元素周期表的联、掌握原子核外电子排布的一般规律及其与元素周期表的联系。系。3、会从原子半径、电子层结构和有效核电荷来了解元素一些、会从原子半径、电子层结构和有效核电荷来了解元素一些性质（电离能、电子亲合能、电负性、元素的氧化数、元素的金性质（电离能、电子亲合能、电负性、元素的氧化数、元素的金属性和非金属性）的周期性变化规律。属性和非金属性）的周期性变化规律。第29页，本讲稿共29页