魯科版《原子結(jié)構(gòu)與元素周期律》資料

第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)1.幾個量的關(guān)系（1）質(zhì)量數(shù)（A）＝質(zhì)子數(shù)（Z）＋中子數(shù)（N）（2）原子：質(zhì)子數(shù)＝核電荷數(shù)＝原子序數(shù)＝核外電子數(shù)（3）陽離子：質(zhì)子數(shù)＝核電荷數(shù)＝原子序數(shù)>核外電子數(shù)（4）陰離子：質(zhì)子數(shù)＝核電荷數(shù)＝原子序數(shù)<核外電子數(shù)2、核外有10個電子的微粒：(1)分子：Ne、HF、H20、NH3、CH4。(2)陽離子：Mg2+、Na+、Al3+、NH4+、H30+(3)陰離子：N3-、O2-、F-、OH-、NH2-。前18號元素的原子結(jié)構(gòu)的特殊性(1)原子核中無中子的原子1eq\s\do2(\d\ba4(1))H(2)最外層有1個電子的元素：H、Li、Na(3)最外層有2個電子的元素：Be、Mg、He(4)最外層電子數(shù)等于次外層電子數(shù)的元素：Be、Al。(5)最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)2倍的元素：C；是次外層電子數(shù)3倍的元素：O；是次外層電子數(shù)4倍的元素：Ne。(6)電子層數(shù)與最外層電子數(shù)相等的元素：H、Be、A1。·(7)電子總數(shù)為最外層電子數(shù)2倍的元素：Be。(8)次外層電子數(shù)是最外層電子數(shù)2倍的元素：S：(9)內(nèi)層電子數(shù)是最外層電子數(shù)2倍的元素：Li、P3.元素周期律和元素周期表的重要意義元素周期律和周期表，揭示了元素之間的內(nèi)在聯(lián)系，反映了元素性質(zhì)與它的原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，在哲學(xué)、自然科學(xué)、生產(chǎn)實踐各方面都有重要意義。（1）在哲學(xué)方面，元素周期律揭示了元素原子核電荷數(shù)遞增引起元素性質(zhì)發(fā)生周期性變化的事實，有力地論證了事物變化的量變引起質(zhì)變的規(guī)律性。元素周期表是周期律的具體表現(xiàn)形式，它把元素納入一個系統(tǒng)內(nèi)，反映了元素間的內(nèi)在聯(lián)系，打破了曾經(jīng)認為元素是互相孤立的形而上學(xué)觀點。通過元素周期律和周期表的學(xué)習(xí)，可以加深對物質(zhì)世界對立統(tǒng)一規(guī)律的認識。（2）在自然科學(xué)方面，周期表為發(fā)展物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論提供了客觀依據(jù)。原子的電子層結(jié)構(gòu)與元素周期表有密切關(guān)系，周期表為發(fā)展過渡元素結(jié)構(gòu)、鑭系和錒系結(jié)構(gòu)理論、甚至為指導(dǎo)新元素的合成、預(yù)測新元素的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都提供了線索。元素周期律和周期表在自然科學(xué)的許多部門，首先是化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)、地球化學(xué)等方面，都是重要的工具。（3）在生產(chǎn)上的某些應(yīng)用由于在周期表中位置靠近的元素性質(zhì)相似，這就啟發(fā)人們在周期表中一定的區(qū)域內(nèi)尋找新的物質(zhì)。①農(nóng)藥多數(shù)是含Cl、P、S、N、As等元素的化合物。②半導(dǎo)體材料都是周期表里金屬與非金屬接界處的元素，如Ge、Si、Ga、Se等。③催化劑的選擇：人們在長期的生產(chǎn)實踐中，已發(fā)現(xiàn)過渡元素對許多化學(xué)反應(yīng)有良好的催化性能。進一步研究發(fā)現(xiàn)，這些元素的催化性能跟它們原子的d軌道沒有充滿有密切關(guān)系。于是，人們努力在過渡元素（包括稀土元素）中尋找各種優(yōu)良催化劑。例如，目前人們已能用鐵、鎳熔劑作催化劑，使石墨在高溫和高壓下轉(zhuǎn)化為金剛石；石油化工方面，如石油的催化裂化、重整等反應(yīng)，廣泛采用過渡元素作催化劑，特別是近年來發(fā)現(xiàn)少量稀土元素能大大改善催化劑的性能。④耐高溫、耐腐蝕的特種合金材料的制取：在周期表里從ⅢB到ⅥB的過渡元素，如鈦、鉭、鉬、鎢、鉻，具有耐高溫、耐腐蝕等特點。它們是制作特種合金的優(yōu)良材料，是制造火箭、導(dǎo)彈、宇宙飛船、飛機、坦克等的不可缺少的金屬。⑤礦物的尋找：地球上化學(xué)元素的分布跟它們在元素周期表里的位置有密切的聯(lián)系?？茖W(xué)實驗發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：相對原子質(zhì)量較小的元素在地殼中含量較多，相對原子質(zhì)量較大的元素在地殼中含量較少；偶數(shù)原子序的元素較多，奇數(shù)原子序的元素較少。處于地球表面的元素多數(shù)呈現(xiàn)高價，處于巖石深處的元素多數(shù)呈現(xiàn)低價；堿金屬一般是強烈的親石元素，主要富集于巖石圈的最上部；熔點、離子半徑、電負性大小相近的元素往往共生在一起，同處于一種礦石中。在巖漿演化過程中，電負性小的、離子半徑較小的、熔點較高的元素和化合物往往首先析出，進入晶格，分布在地殼的外表面。有的科學(xué)家把周期表中性質(zhì)相似的元素分為十個區(qū)域，并認為同一區(qū)域的元素往往是伴生礦，這對探礦具有指導(dǎo)意義。4.元素的金屬性與非金屬性跟原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系從化學(xué)的觀點來看，金屬原子易失電子而變成陽離子，非金屬原子易跟電子結(jié)合而變成陰離子。元素的原子得失電子的能力顯然與原子核對外層電子特別是最外層電子的引力有著十分密切的關(guān)系。原子核對外層電子吸引力的強弱主要與原子的核電荷數(shù)、原子半徑和原子的電子層結(jié)構(gòu)等有關(guān)。我們常用電離能來表示原子失電子的難易，并用電子親合能來表示原子與電子結(jié)合的難易。從元素的一個最低能態(tài)的氣態(tài)原子中去掉1個電子成為一價氣態(tài)陽離子時所需消耗的能量叫該元素的第一電離能，從一價氣態(tài)陽離子中再去掉1個電子所需消耗的能量叫第二電離能，單位常用電子伏特（eV）。電離能的數(shù)據(jù)表明，同主族元素從上到下電離能減小，即越向下，元素越易失去電子。同周期元素從左到右，電離能增大。一般說來，元素的電離能數(shù)值越大，它的金屬性越弱。原子的電子親合能是元素的一個氣態(tài)原子獲得1個電子成為一價氣態(tài)陰離子時所放出的能量。電子親合能越大，元素的原子就越容易跟電子結(jié)合。一般說來，元素的電子親合能越大，它的非金屬性越強。元素的原子在化合物分子中把電子吸引向自己的本領(lǐng)叫做元素的電負性。元素的電負性同電離能和電子親合能有一定的聯(lián)系。我們可把電負性的數(shù)值作為元素金屬性或非金屬性的綜合量度。金屬的電負性較小，金屬的電負性越小，它的活動性越強。非金屬的電負性較大，非金屬的電負性越大，它的活動性也越強。同一周期中，各元素的原子核外電子層數(shù)相同，但從左到右，核電荷數(shù)依次增多，原子半徑逐漸減小，電離能趨于增大，失電子越來越難，得電子能力逐漸增強，因此金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強。在短周期中這種遞變很顯著，但在長周期中，自左至右，元素的金屬性減弱很慢。因為長周期中過渡元素增加的電子進入尚未填滿的次外層，即填入d軌道（第六周期鑭系元素電子進入倒數(shù)第三層，即填入f軌道），所以在長周期的前半部各元素的原子中，最外層電子數(shù)不超過2個，由于這些元素的原子半徑和電離能依次僅略有改變，因此金屬性減弱很慢。在長周期的后半部分各元素的原子中，最外層上的電子數(shù)依次增加，因此金屬性的減弱和非金屬性的增強才變得顯著。在各主族內(nèi)，從上到下，隨原子序數(shù)的增加，雖然原子的核電荷數(shù)是增加了，但原子的電子層數(shù)也隨著增多，原子半徑也增大，內(nèi)層電子的屏蔽效應(yīng)也加大。由于這些原因，原子核對外層電子的引力減弱，原子易失去電子，因而元素的金屬性也增強。5.元素周期表的終點在哪里？1869年俄國化學(xué)家門捷列夫?qū)敃r已發(fā)現(xiàn)的63種元素列成元素周期表，并留下一些空格，預(yù)示著這些元素的存在。在元素周期表的指導(dǎo)下，人們“按因索驥”找出了這些元素。元素種類到底是否有限？周期表有否終點？20世紀30～40年代，人們發(fā)現(xiàn)了92號元素，就有人提出92號是否是周期表的最后一種元素。然而從1937年起，人們用人工合成法在近50年時間又合成近20種元素，元素周期表的尾巴增長了。這時又有人預(yù)言，105號元素該是周期表的盡頭了，其理由是核電荷越來越大，核內(nèi)質(zhì)子數(shù)也越來越大，質(zhì)子間的排斥力將遠遠超過核子間作用力，導(dǎo)致它發(fā)生蛻變，然而不久，又陸續(xù)合成了106～109號元素。這些元素存在的時間很短，如107號元素半衰期只有2μs，照此推算元素周期表是否到盡頭了？1969年起，理論物理學(xué)家從理論上探索“超重元素”存在的可能性，他們認為具有2，8，14，28，50，82，114，126，184等這些“幻數(shù)”的質(zhì)子和中子，其原子核比較穩(wěn)定，這就是說，隨著原子序數(shù)的遞增，其原子核不一定不穩(wěn)定。因此在109號元素之后還能合成一大批元素，這樣，第七周期32種元素將會被填滿，第八周期也將填滿（按理論計算，第八周期元素共50種，其中7種主族元素，1種惰性元素，10種過渡元素或副族元素，還有32種超錒系元素，列在元素周期表錒系元素的下方）。然而理論的唯一檢驗標準是實踐，能否不斷合成新元素至今還是一個謎，科學(xué)家將上天（如到月球）入地（如海底