第七章 原子的電子結(jié)構(gòu)

第七章原子的電子結(jié)構(gòu)1803年Dalton原子學(xué)說(shuō)（原子是不可分割的最小微粒）19世紀(jì)發(fā)現(xiàn)電子(陰極射線)1874年斯通尼(G.J.Stoney)把在導(dǎo)線內(nèi)流動(dòng)的電的基本單元稱為電子1897年湯姆遜(J.J.Thomson)通過(guò)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，測(cè)出了電子的荷質(zhì)比：

e/me=1.75881961011C·kg-1

1906年米立根(R.A.Millikan)懸浮油滴法測(cè)定出：電子的電荷：e=1.602177310-19C

電子的質(zhì)量:me=9.1110–31kg1904年，湯姆遜提出了第一個(gè)原子模型：棗糕模型

原子猶如一個(gè)體積頗大的帶正電球體，一定數(shù)量的電子均勻地分布在這個(gè)球體中，與球內(nèi)的正電荷中和，因而整個(gè)原子呈電中性。松軟的蛋糕

粒子散射實(shí)驗(yàn)

(1909,蓋革和馬斯登射)盧瑟福(E.Rutherford)

粒子：

He2+

質(zhì)量數(shù)4V=1.60107ms-1金箔約萬(wàn)分之一個(gè)別推測(cè)：（1）原子中存在帶正電的基本粒子，而且質(zhì)量比較大，但體積很?。▊€(gè)別折回）；（2）大部分空間是空的（大部分直線通過(guò)）1911年盧瑟福提出核型原子模型：原子中心有一個(gè)很小的正電荷核心，稱為原子核，原子的全部質(zhì)量幾乎都集中在原子核上，而數(shù)量和核電荷數(shù)相等的電子圍繞著原子核運(yùn)行。104號(hào)元素電磁波譜

1.氫原子光譜與玻爾理論可見(jiàn)光區(qū)：400nm700nm紫外區(qū)：10nm400nm紅外區(qū)：700nm1000m氫原子光譜

紫外區(qū)

可見(jiàn)區(qū)

紅外區(qū)397.007410.120434.010486.074656.210氫原子光譜是線光譜（可見(jiàn)區(qū)有5條譜線），而不是連續(xù)的帶光譜，這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符合經(jīng)典電磁學(xué)理論。按照經(jīng)典電磁學(xué)理論，電子繞核作圓周運(yùn)動(dòng)，原子不斷發(fā)射連續(xù)的電磁波（即原子光譜），故原子光譜應(yīng)該是連續(xù)的；而且電子的能量逐漸降低，最后墜入到原子核里去，使原子不復(fù)存在。1885年巴爾默(J.J.Balmer)上述五條譜線的波長(zhǎng)可以用一個(gè)簡(jiǎn)單公式表示：

=B=364.6nm

n=3=656.210nmn=4=486.074nmn=5=434.010nmn=6=410.120nmn=7=397.007nm

1890年里德堡(J.R.Rydberg)提出了描述氫光譜的通用公式為:

(波數(shù))==

n:正整數(shù),

n2>n1,R=1.09737107m-1(里德堡常數(shù)

)

n1=1,n2=2,3,4,……賴曼(Lyman)系遠(yuǎn)紫外區(qū)

n1=2,n2=3,4,5,……巴爾默

(Balmer)系可見(jiàn)區(qū)

n1=3,n2=4,5,6,……派興(Paschen)系近紅外區(qū)

n1=4,n2=5,6,7,……勃拉克(Bracket)系紅外區(qū)

n1=5,n2=6,7,8,……芬德(Pfund)系紅外區(qū)

Planck舊量子論(1900):

物質(zhì)吸收或者釋放能量不是連續(xù)的，而是量子化的,也就是說(shuō),能量只能按某一個(gè)最小單位一份一份地吸收或者釋放的。這一最小的能量單位稱為“能量子”。光的能量單位稱為“光量子”或“光子”。光子的能量大小E光=h

=C/

總能量E總=nh

玻爾理論（1913）中的兩個(gè)重要假設(shè)

1.量子化條件：核外電子只能在有確定半徑和能量的特定軌道上運(yùn)動(dòng)，而且每一個(gè)穩(wěn)定軌道的角動(dòng)量P是量子化的，它等于h/(2)的整數(shù)倍

P=nh/(2)P=mvr

定態(tài)軌道的半徑：

r=nh/(2mv)

r=定態(tài)軌道半徑n=不連續(xù)的正整數(shù)

h=Planck常數(shù)（6.62610-34J?s）

m=電子的質(zhì)量v=電子的運(yùn)動(dòng)速度2.頻率條件：電子在這些軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)并不輻射出能量，電子在不同軌道之間躍遷時(shí)，原子會(huì)吸收或輻射能量（光子），并且光子的能量為躍遷軌道的能量之差。

E光=E=E2

E1

E光=h

=c/E=hc/

在此假設(shè)基礎(chǔ)上運(yùn)用牛頓力學(xué)原理,計(jì)算出氫原子各定態(tài)軌道的半徑和能量.在定態(tài)上，向心力和離心力達(dá)平衡：

=因?yàn)椋簃evr=nh/(2)

所以:v=nh/(2mer)=r==a0(a0=)r=a0n2/Z

a0

：波爾半徑，52.9pm（即0.529?）Z：核電荷數(shù)；n：正整數(shù)氫原子或類氫原子（單電子離子：He+,Li2+,Be3+等）

氫原子各定態(tài)軌道的半徑:

r=a0n2n=1r=52.9(1)2=52.9pmn=2r=52.9(2)2=212pmn=3r=52.9(3)2=477pmn=4r=52.9(4)2=634.8pm電子在各定態(tài)的總能量E為:E=Ek+EpEk=Ep=-=E

=

Ek+Ep=-=-Eh

Eh

(其中Eh=)=-氫原子或類氫原子（單電子離子：He+,Li2+,Be3+等）各定態(tài)軌道的能量:Eh=27.2eV=1a.u.Eh:哈特里能；a.u.：能量的原子單位e:1.60210-19CZ：核電荷數(shù)；n：正整數(shù)

氫原子各定態(tài)軌道的能量:

Eh=27.211396eV=1a.u.Eh:哈特里能；a.u.：能量的原子單位；e:1.60210-19Cn=1E=-0.5a.u.n=2E=-0.125a.u.n=3E=-0.056a.u.n=4E=-0.031a.u.n=E=0氫原子的軌道和能級(jí)圖

軌道圖

能級(jí)圖

Bohr理論對(duì)氫光譜的解釋:因?yàn)檐壍赖陌霃讲贿B續(xù)，所以軌道的能量也不連續(xù)因?yàn)镋=hc/，所以只能發(fā)射某些波長(zhǎng)的光因?yàn)闅湓拥能壍滥芰?/p>

1/=n2>n1

Eh/(2hc)=RH

1.0967759107m-1

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

1.09737107m-1

2.1.微觀粒子具有波粒二象性微觀粒子：電子、原子、中子等1923年，德布羅意(L.deBroglie)指出：微觀粒子也有波粒二象性，它們的波長(zhǎng)為：

=h/PP=mv=h/(mv)

任何運(yùn)動(dòng)的物體都有波動(dòng)性例：重0.10kg、速度為5.0m·s-1的籃球

=6.62610-34/(0.105.0)=1.310-33m后來(lái)，電子的衍射實(shí)驗(yàn)證明了德布羅意的觀點(diǎn)。

2.微觀粒子的特性和運(yùn)動(dòng)規(guī)律2.2.

不確定性原理(測(cè)不準(zhǔn)原理)

測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系式：

x

p=x：位置的測(cè)量誤差（或不確定性）p：動(dòng)量的測(cè)量誤差（或不確定性），即反映速度的測(cè)量誤差（或不確定性）p=mv

x

v=h/(4m)

h:planck常數(shù)6.62610-34J?s例：考察在一個(gè)直徑約為1.010-10m的原子內(nèi)電子的運(yùn)動(dòng)。若原子內(nèi)電子的空間位置的不確定性為x=1.010-10

m，計(jì)算其速度的不確定性。這個(gè)實(shí)例說(shuō)明，原子內(nèi)部電子運(yùn)動(dòng)的速度不確定性非常大。如果已知某一瞬間電子的空間位置，要問(wèn)過(guò)一段時(shí)間電子在哪里？問(wèn)答只能是：“不知道。”因?yàn)樗俣日`差實(shí)在太大了薛定諤(Schr?dinger)方程(1925年)

-------描述原子核外電子運(yùn)動(dòng)的波動(dòng)方程用波動(dòng)方程描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的科學(xué)稱為波動(dòng)力學(xué)或量子力學(xué)3.氫原子的量子力學(xué)模型+V=E

（在以x,y,z為變量的正交坐標(biāo)系中）

：核外電子運(yùn)動(dòng)的波函數(shù)me：電子質(zhì)量9.110-31Kgh：planck常數(shù)6.62610-34J?sE：電子的總能量；V：電子的勢(shì)能–電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（物理意義不明確）2

–核外空間某處電子出現(xiàn)的“幾率密度”（單位體積里出現(xiàn)的幾率）在一個(gè)體積為d=dxdydz的微小空間內(nèi)發(fā)現(xiàn)波粒子的幾率為：

w=2d因?yàn)樵谌靠臻g內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個(gè)粒子的總幾率是1，所以描述幾率密度的波函數(shù)必須滿足條件：

=1n：主量子數(shù)，1，2，3，…..，nl：角量子數(shù)，0，1，2，…..，n-10123456…..spdfghi…..m（ml）：磁量子數(shù)

0，1，2，……，l

原子軌道名稱波函數(shù)n=1,l=0,m=01s1s

n=2,l=0,m=02s2s

l=1,m=02Pz2pz

m=1,-12Px,2py2px,2py

原子軌道名稱波函數(shù)n=3,l=0,m=03s3s

l=1,m=03Pz3pz

m=1,-13Px,3py3px,3py

l=2,m=03dz2

m=1,-13dxz,3dyzm=2,-23dxy,3dx2-y2

P軌道組：PxPyPzd軌道組：dz2dxzdyzdxydx2-y2

=E-

（在以r,,為變量的球極坐標(biāo)系中）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換(n,l,m)(r,,)=R(n,l)(r)Y(l,m)(,)R(n,l)(r)：徑函數(shù)Y(l,m)(,)：角函數(shù)通過(guò)必要的數(shù)學(xué)運(yùn)算，可以得到三個(gè)通解（氫原子和類氫原子）：E=-n（主量子數(shù)）=1,2,3,4,5…………..l（角量子數(shù)）=0,1,2,3,4…………..n–1m（磁量子數(shù)）=0,1,2,………….l將量子數(shù)n,l,m代入后，得到一個(gè)特解,例如：

1s軌道：

n=1,l=0,R10(r)=l=0,m=0,

=2pz

軌道：

n=2,l=1,R21(r)=

l=1,m=0,

=a0：波爾半徑

52.9pmZ：核電荷數(shù)氫原子1s軌道：

n=1,l=0,R10(r)=2p軌道：

n=2,l=1,R21(r)=

R(n,l)(r)：徑函數(shù)氫原子軌道的徑函數(shù)

r=2a0r=1.9a0,7.1a0R(r)：沒(méi)有明確的物理意義R2(r)：電子沿徑向出現(xiàn)的幾率密度（概率密度）徑節(jié)面數(shù)：nl11s2s3s2p3p3d徑節(jié)面數(shù)：012010氫原子徑向幾率密度函數(shù)和電子云密度圖

一個(gè)半徑為r、厚度為dr的球殼

半徑為r的球的表面積：4r2

厚度為dr的球殼的體積為：

4r2dr

該球殼中出現(xiàn)電子的幾率：

R2(r)4r2dr

單位厚度球殼出現(xiàn)電子的幾率：

R2(r)4r2dr/dr=R2(r)4r2R2(r)4r2：在半徑為r，單位厚度球殼內(nèi)發(fā)現(xiàn)電子的幾率氫原子電子的徑向分布圖

r=1a0Y(l,m)(,)：角函數(shù)pz

軌道：l=1,m=0,

=pz軌道

a.角函數(shù)b.角度幾率密度函數(shù)c.電子云角度分布剖面圖在z軸方向角度幾率密度最大！Y(,)：沒(méi)有明確的物理意義Y2(,)：電子沿角向出現(xiàn)的幾率密度（概率密度）角節(jié)面數(shù)：l

spdf角節(jié)面數(shù)：0123總節(jié)面數(shù)(徑節(jié)面數(shù)+角節(jié)面數(shù))：nl1+l=n1如：3s:2；3p：2；2p：1px和py軌道

角

函

數(shù)

角度幾率密度函數(shù)

電子云角度分布

pxpyPx:在x軸方向角度幾率密度最大！Py:在y軸方向角度幾率密度最大！s:l=0,m=0s:在任何方向角度幾率密度都一樣！d軌道

:在z軸方向角度幾率密度最大！:在x軸和z軸的角平分線方向角度幾率密度最大！:在y軸和z軸的角平分線方向角度幾率密度最大！:在x軸和y軸方向角度幾率密度最大！:在x軸和y軸的角平分線方向角度幾率密度最大！2pz和3pz軌道的電子云空間分布

五個(gè)3d軌道的電子云空間分布的截面

n---

主量子數(shù)（正整數(shù)）描述原子中電子出現(xiàn)幾率最大處離核的遠(yuǎn)近，是決定原子軌道能量高低的主要因數(shù)。對(duì)氫原子和類氫原子：在氫原子和類氫原子中，軌道的能量?jī)H僅由主量子數(shù)n決定，跟角量子數(shù)l和磁量子數(shù)m無(wú)關(guān)。對(duì)同一個(gè)單電子原子或離子（即Z相同），相同主量子數(shù)的軌道有相同的能量。如：E3s=E3p=E3dEns=Enp=End=EnfEh=27.2eV=1a.u.Eh:哈特里能a.u.：能量的原子單位Z：核電荷數(shù)氫原子的能級(jí)圖

單電子原子或離子中電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的能量?jī)H由主量子數(shù)n決定，跟角量子數(shù)l、磁量子數(shù)m

無(wú)關(guān)。

l-----

角量子數(shù)是一個(gè)決定電子繞核運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量的量子數(shù)。因?yàn)樵诹孔恿W(xué)中，電子繞核運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量M為：

M=決定軌道的形狀s:l=0,球形p:l=1,啞鈴形d:l=2,花瓣形

m（ml）

--–磁量子數(shù)決定軌道的伸展方向s:m=0,向四周伸展Pz:m=0,沿z軸方向伸展

Px

沿x軸方向伸展

m=1Py

沿y軸方向伸展n,l,m三個(gè)量子數(shù)為電子繞核運(yùn)動(dòng)的量子數(shù)原子軌道是由n,l,m三個(gè)量子數(shù)決定的ms–----自旋量子數(shù)描述電子的自旋方向的量子數(shù)取值：+1/2或–1/2氫原子束在不均勻磁場(chǎng)中的分裂電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是由n,l,m,ms四個(gè)量子數(shù)決定的原子軌道是由n,l,m三個(gè)量子數(shù)決定的例1：給出下列量子數(shù)組所描述的軌道的符號(hào)n=3,l=23p軌道3d軌道n=3,l=1給出2p軌道量子數(shù)（n,l,m）的組合n=2,l=1,m=0,1給出3d軌道量子數(shù)（n,l,m）的組合n=3,l=2,m=0,1,2例2：寫(xiě)出電子在下列軌道中的所有可能的量子數(shù)（包括自旋量子數(shù)），并指出每個(gè)軌道包括多少個(gè)不同的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？n=3,l=1,m=0,1,ms=1/23p軌道包括6個(gè)不同的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)3p3pzn=3,l=1,m=0,ms=1/23pz軌道包括2個(gè)不同的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)例3：在銅的x射線譜中，當(dāng)一個(gè)電子從2p軌道變到1s軌道時(shí)，發(fā)射出波長(zhǎng)為1.54?的射線。在銅中這些軌道間能量差為多少？解：E=h

=hc/=6.62610-343108/(1.5410-10)=1.2910-15(J)例4：下面哪些量子數(shù)組決定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是允許的（A）。

A.n=2,l=1,m=0,ms=-1/2B.n=2,l=2,m=-1,ms=1/2C.n=3,l=0,m=1,ms=-1/2D.n=2,l=3,m=2,ms=-1/24.1.多電子原子的軌道能級(jí)

中心場(chǎng)近似

V=Z*：有效核電荷數(shù)

其中一個(gè)重要結(jié)論:在多電子原子中，電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也是由n,l,ml

和ms

四個(gè)量子數(shù)決定的，電子在由這四個(gè)量子數(shù)所決定的各運(yùn)動(dòng)狀態(tài)上的空間分布特征完全和在單電子原子中一樣。4.多電子原子的結(jié)構(gòu)與周期律原子光譜給出的鋰和鈉的能級(jí)圖能級(jí)分裂:Ens<Enp<End<Enf

能級(jí)交錯(cuò):E4s<E3d,E5s<E4d

對(duì)于同一個(gè)多電子原子，原子軌道能量不僅與主量子數(shù)n有關(guān)，還與角量子數(shù)l有關(guān)。4.2.屏蔽效應(yīng)和穿透效應(yīng)(其中Eh為哈特里能，即1a.u.)

Z*----稱為作用在電子上的有效核電荷和原子的核電荷數(shù)Z之間的關(guān)系為：

Z*=Z

-----稱為屏蔽常數(shù)

屏蔽效應(yīng)E=-Z*2Eh/

(2n*2)穿透效應(yīng)（穿透作用）電子在主量子數(shù)相同而角量子數(shù)不同的軌道上的徑向分布是不一樣的，從而導(dǎo)致內(nèi)層電子對(duì)它們的屏蔽效應(yīng)不同，這種影響就形象地稱為穿透效應(yīng)2s和2p電子向1s電子云的穿透

E2s<E2pE=-Z*2Eh/

(2n*2)Z*=Z2s軌道上的電子穿入1s電子云的比例較大穿透能力：ns軌道>np軌道>nd軌道>nf軌道>...屏蔽常數(shù)：ns<np<nd<nf軌道能量：Ens<Enp<End<Enf在多電子原子中，角量子數(shù)l對(duì)原子軌道能量的影響起源于電子的徑向分布原子序數(shù)小時(shí)，不會(huì)發(fā)生能級(jí)交錯(cuò)原子序數(shù)大時(shí)，會(huì)發(fā)生能級(jí)交錯(cuò)，因?yàn)榇藭r(shí)穿透效應(yīng)比較明顯多電子原子軌道

能級(jí)圖

隨原子序數(shù)增加多電子原子中各原子軌道能量的變化趨勢(shì)

原子序數(shù)Z=1，氫原子Ens=Enp=End=Enf同一個(gè)多電子原子：1s<2s<2p<3s<3p<3d能級(jí)交錯(cuò)：E3d>E4s

（Z=1519：P,S,Cl,Ar,K）E4d>E5s

同樣的軌道在不同的原子中，能量也是不一樣的，總的趨勢(shì)是Z增加，E下降E=-Z*2Eh/

(2n*2)Z*=Z原子軌道在能量上的這種變化特征最終決定了多電子原子的電子結(jié)構(gòu)，即電子的排布4.3.多電子原子的基態(tài)電子構(gòu)型（電子排布）核外電子在各原子軌道上的分配稱為原子的電子結(jié)構(gòu)基態(tài)：原子處于能量最低的狀態(tài)，電子排布是唯一的激發(fā)態(tài)：電子排布不是唯一的，與激發(fā)的能量有關(guān)按照核內(nèi)加1個(gè)質(zhì)子、核外加1個(gè)電子的方式逐個(gè)構(gòu)建原子，隨著原子序數(shù)的遞增，每個(gè)新增加的核外電子將按如下順序陸續(xù)填滿各個(gè)原子軌道，這條經(jīng)驗(yàn)規(guī)則就叫構(gòu)造原理。

占有這些軌道的元素目前還沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)

1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p(1s)(2s2p)(3s3p)(4s3d4p)(5s4d5p)(6s4f5d6p)(7s5f6d7p)分成7個(gè)能級(jí)組，每個(gè)能級(jí)組中原子軌道的能量相接近。4s3d4p：第四周期元素所對(duì)應(yīng)的能級(jí)組7s5f6d7p：第七周期元素所對(duì)應(yīng)的能級(jí)組

光譜學(xué)家把n相同的電子分為一層，如n=1,K層，

n=2,L層，n=3M層……

化學(xué)家喜歡根據(jù)能量上的某種相似性把由n和l決定的各亞層按如下的方式分層：

第1層：1s

第2層：2s2p第3層：3s3p

第4層：4s3d4p第5層：5s4d5p

第6層：6s4f5d6p第7層：7s5f6d7p1.泡里原理（泡里不相容原理）

---在原子中不存在四個(gè)量子數(shù)完全相同的二個(gè)電子。也可以說(shuō)：每個(gè)由三個(gè)繞核量子數(shù)決定的軌道只能接納二個(gè)自旋相反的電子。排布規(guī)則：s:2,p:6,d:10,f:14,g:182.

能量最低原理---在不違反泡里原理的前提下，電子總是先進(jìn)入能量最低的軌道。Z=2He1s21s12s1(激發(fā)態(tài))Z=3Li1s22s11s12s2(激發(fā)態(tài))1s12s12p1(激發(fā)態(tài))1s3(不允許或禁阻)3.洪特規(guī)則---

第一規(guī)則：在填充主量子數(shù)和角量子數(shù)相同的各個(gè)軌道時(shí)，電子總是先按自旋平行的方式單獨(dú)地占有各個(gè)軌道，而后再配對(duì)。等價(jià)軌道：能量相等，軌道形狀大致相同，成鍵能力相等（2p，3d，4f）

第二規(guī)則：主量子數(shù)和角量子數(shù)相同的軌道組處于半充滿或全充滿狀態(tài)時(shí)，體系的能量低，這二種狀態(tài)相對(duì)比較穩(wěn)定。電子排布式N31s22s22p6Z=22Ti1s22s22p63s23p63d24s2

或[Ar]3d54s1

Z=24Cr1s22s22p63s23p63d54s1

或[Ar]3d54s1

電子構(gòu)型的軌道圖式：填充電子時(shí)，先填4s軌道，再填3d軌道！失去電子時(shí)，先失去4s軌道上的電子，再失去3d軌道上的電子！Cr3+

1s22s22p63s23p63d3

Mo[Kr]4d55s1Z=26Fe1s22s22p63s23p63d64s2

電子構(gòu)型的軌道圖式：Fe2+1s22s22p63s23p63d6Fe3+1s22s22p63s23p63d5

Z=29Cu1s22s22p63s23p63d104s1

或[Ar]3d104s1

Cu+1s22s22p63s23p63d10

Cu2+1s22s22p63s23p63d9

Ag[Kr]4d105s1

Au[Xe]4f145d106s1

然而視電子在(n-1)d軌道的交換能以及(n-1)d和ns軌道的能量差的相對(duì)大小，有些原子也會(huì)采取(n-1)d4ns1、

(n-1)d7ns1、(n-1)d8ns1、(n-1)d9ns1甚至(n-1)d10ns0等電子構(gòu)型。例如：

Nb：[Kr]4d45s1Ru：[Kr]4d75s1Rh：[Kr]4d85s1

Pt：[Xe]4f145d96s1Pd：[Kr]4d10順磁性：具有成單電子，成單電子數(shù)越多，原子（或離子）的順磁性越大。

O1s22s22p4

Fe1s22s22p63s23p63d64s2

Cu1s22s22p63s23p63d104s1

Cu+1s22s22p63s23p63d10

(，2個(gè)成單電子)(，4個(gè)成單電子)(，1個(gè)成單電子)(X，沒(méi)有成單電子)8個(gè)主族：1A,2A,3A,4A,5A,6A,7A,8A8個(gè)副族：1B,2B,3B,4B,5B,6B,7B,8B共18個(gè)族：1,2,3,4,…..,17,18

7個(gè)周期第一周期：1s2

第二周期：2s2p8

第三周期：3s3p8

第四周期：4s3d4p18

第五周期：5s4d5p18

第六周期：6s4f5d6p32

第七周期：7s5f6d7p32共：118短周期元素長(zhǎng)周期元素s區(qū)

價(jià)層電子填充在ns亞層的元素,包括第1族(堿金屬元素)、第2族(堿土金屬元素)元素。價(jià)電子構(gòu)型：ns1-2p區(qū)

價(jià)層電子填入np亞層的元素,包括第13至18族元素。價(jià)電子構(gòu)型：ns2np1-6d區(qū)

價(jià)層電子陸續(xù)填充(n1)d亞層的元素，包括第3到12

族元素。d區(qū)元素的性質(zhì)在第2族和第13族元素之間逐步過(guò)渡，所以也叫過(guò)渡元素。價(jià)電子構(gòu)型：(n-1)d1-6ns1-2

f區(qū)

價(jià)層電子陸續(xù)填充(n2)f亞層的元素，包括第6周期的鑭系和第7周期的錒系等28個(gè)元素,也稱為內(nèi)過(guò)渡元素。例5：根據(jù)電子排布規(guī)律預(yù)測(cè)：（1）第八周期有多少個(gè)元素（2）首次出現(xiàn)5g電子的元素的原子序數(shù)（3）Z=114的元素在周期表的位置要求：第一到第四周期元素和所有主族元素的原子序數(shù)、元素符號(hào)、基態(tài)電子構(gòu)型（電子排布式）、電子構(gòu)型的軌道圖式。8s8p8d8f8g9s9p9d9f9g（1）第八周期對(duì)應(yīng)的能級(jí)組

8s5g6f7d8p

2+18+14+10+6=50種元素（2）首次出現(xiàn)5g電子的元素的原子序數(shù)：118+2+1=121（3）Z=114的元素在周期表的位置：第七周期第14族(或4A族)例6：Ni的價(jià)電子構(gòu)型：3d84s2在周期表中第____四___周期，第____10____族，____d____區(qū)，成單電子數(shù)____2______。5.1.原子半徑(r)

共價(jià)半徑---同種元素兩個(gè)原子以共價(jià)單鍵結(jié)合時(shí)兩原子核間距的一半。單質(zhì)的結(jié)晶半徑----單質(zhì)晶體中相鄰兩個(gè)原子的核間距的一半。

vanderWaals半徑---原子間以vanderWaals力相互作用時(shí)相鄰兩個(gè)原子的核間距的一半。

5.元素基本性質(zhì)的周期變化規(guī)律范德華半徑>

單質(zhì)的結(jié)晶半徑>

共價(jià)半徑比較不同原子的半徑時(shí)，應(yīng)以同一種原子半徑進(jìn)行比較！同一族元素的原子半徑隨周期數(shù)增加而增大（從上到下依次增加）。副族元素：同一族元素從上到下原子半徑增加的幅度比主族元素小，特別是第五、六周期的原子半徑比較接近。同一周期元素的原子半徑隨原子序數(shù)增加而減?。◤淖蟮接乙来螠p?。?。長(zhǎng)周期元素：主族元素原子半徑減小的幅度與短周期元素原子半徑減小的幅度相同，過(guò)渡元素原子半徑減小的幅度明顯要小，內(nèi)過(guò)渡元素原子半徑減小的幅度更小。原子半徑變化規(guī)律

H的原子半徑最小，F(xiàn)r的原子半徑最大（不考慮放射性則為Cs）特殊性：F<Ne,Cl<Ard區(qū)元素的縮容效應(yīng)鑭系縮容效應(yīng)（鑭系收縮效應(yīng)）第11族(銅分族)和第12族(鋅分族)元素的原子半徑也都比同周期的其它d區(qū)元素的原子半徑要大一些H

30

78120

原子半徑（單位：pm）He128122Li123152Be

89113.3H

30

78120元素符號(hào)共價(jià)半徑單質(zhì)的結(jié)晶半徑范德瓦爾半徑B

88

83208C

77185N

70

71154O

66140F

58

70.9135Ne160Na153.7231Mg136160Al125143.1205Si117117200P110115190S104104185Cl

99181Ar174191K203227231Ca174197.3Sc144160.6Ti132144.8V132.1Cr124.9Mn117124Fe117124.1Co116125.3Ni115124.6Cu117127.8Zn125133.2Ga125122.1Ge122122.5As121125200Se117125.2200Br114195Kr189198Rb247.5244Sr192215.1

Y162181Zr145160Nb134142.9Mo129134.2Tc135.8Ru124134Rh125134.5Pd128137.6Ag134144.4Cd141148.9In150162.6Sn140140.5Sb141182220Te137143.2220I133215Xe209218Cs235265.4262Ba198217.3La169187.7Hf144156.4Ta134143W130137.0Re128137.0Os126135Ir126135.7Pt129138Au134144.2Hg144160Tl155170.4Pb154175.0Bi152155240Po153167AtRnFr270Ra223Ac187.8鑭系縮容效應(yīng)（鑭系收縮效應(yīng)）

YZrNbMo

162145134129160181142.9134.2

LaHfTaW

169144134130187.7156.4143137.05.2.電離能(I)

電離：Ionization

氣態(tài)基態(tài)原子失去電子變?yōu)闅鈶B(tài)基態(tài)離子時(shí)所吸收的能量稱為原子的電離能。I（正值）

E(g)=E

(g)+e

(g)H1=I1E

(g)=E2

(g)+e

(g)H2=I2例如：

Na(g)=Na+(g)+e

(g)I1=

496kJ/molNa+(g)=Na2+(g)+e

(g)I2=

4562kJ/mol

Mg:I1=738kJ/molI2=

1451kJ/molI3=

7733kJ/mol

同一族元素的電離能都隨原子序數(shù)增加而減小。（從上到下依次減?。┩恢芷谠氐碾婋x能隨原子序數(shù)的增加而增大。（從左到右依次增加）

He最大不考慮放射性Cs最小全部元素的電離能隨著原子序數(shù)的增加呈現(xiàn)：在同一周期由小變大，進(jìn)入一個(gè)新的周期后突然減小而后有逐漸增大的周期性變化趨勢(shì)。

第一電離能變化規(guī)律第2和第3周期元素的第一電離能

特殊性：Be>B,N>OMg>Al,P>S

ns2

ns2np3d區(qū)元素的縮容效應(yīng)鑭系縮容效應(yīng)（鑭系收縮效應(yīng)）電離能的大小反映了原子金屬性的強(qiáng)弱，電離能越小，表示越容易失去電子，金屬性越強(qiáng)。H1312電離能I（單位：kJmol-1）He23725250Li5207298Be9001757V6541496元素符號(hào)第一電離能第二電離能B8012427C10862353N14022856O13143388F16813374Ne20813952Na4964562Mg7381451Al5781817Si7871577P10121903S10002251Cl12512297Ar15212666K4193051Ca5901145Sc6311235Ti6851310V6501414Cr6541496Mn7171509Fe7591561Co7581646Ni7461753Cu7371958Zn9061733Ga5791979Ge7621537As9441798Se9412045Br11402100Kr13512350Rb4032633Sr5501064Y6161181Zr6601267Nb6641382Mo6851558Tc

7021472Ru7111617Rh7201744Pd8051875Ag7312074Cd

8681631In5581821Sn7091412Sb8321595Te8691790I10081846Xe11702046Cs3762230Ba

503965La5381067Hf6541440Ta761W

770Re

760Os

840Ir

880Pt

8701791Au8901980Hg10071810Tl5891971Pb7161450Bi7031610Po812AtRn1037

氣態(tài)基態(tài)原子獲得一個(gè)電子變?yōu)闅鈶B(tài)基態(tài)負(fù)離子時(shí)所釋放的能量稱為電子親和能

E(g)+e-(g)=E-(g)A=-H

例如:Cl(g)+e-(g)=Cl-(g)H=-349kJ/mol

A=349kJ/mol5.3.電子親和能(A)

例如：

S(g)+e-

S-(g)H1=-200.4kJ/molA1=-H1=200.4kJ/molS-(g)+e-

S2-(g)H2=590kJ/molA2=-H2=-590kJ/mol周期性變化的總趨勢(shì)和電離能的變化趨勢(shì)一致：同族元素的電子親和能隨原子序數(shù)增加而減?。◤纳系较乱来螠p小)同周期元素的電子親和能隨原子序數(shù)增加而增大(從左到右依次增大）電子親和能的變化規(guī)律特殊性：惰性氣體的親和能為負(fù)值，第2,12族有類似行為np半滿的元素比相鄰者略小第2周期的B、C、N、O、F等元素的電子親和能都比第3周期的同族元素Al、Si、P、S、Cl的電子親和能小。這是由于第2周期元素的原子半徑特別小，外面進(jìn)去的電子會(huì)受到已占電子的較大排斥，因而就削弱了這些元素的氣態(tài)原子親合電子的能力。