無機及分析化學課件

無機及分析化學課件第1頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六鉆穿效應(yīng)-外層電子能夠避開其它電子的屏蔽而鉆穿到內(nèi)層，在離核較近的地方出現(xiàn)。鉆穿效應(yīng)強弱順序為：ns>np>nd>nf鉆穿效應(yīng)導致電子在離核較近的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的概率增大，因而受到其它電子的屏蔽減少，受核的吸引增強，響應(yīng)的能級降低。鉆穿效應(yīng)使各電子亞層能級的順序為：Ens<Enp<End<Enf屏蔽效應(yīng)使核對電子的有效吸引減弱，將導致軌道能級升高；而鉆穿效應(yīng)使核對電子的有效吸引加強，將導致軌道能級降低。電子與電子之間的作用使各自擁有了這種能量第2頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六5.2.1多電子原子軌道能級1.Pauling近似能級圖能量6s6p5d4f6p5d4f6s5s5p4d4s4p3d3s3p2s2p1s654321能級組5p4d5s4p3d4s3p3s2p2s1s鮑林反映能級相對能量高低一般來說n-1d高于ns層的能量第3頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六特點：其一，按能級高低而不是按電子層的順序排列。原子軌道1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p能級組一二三四五六七周期1234567電子最大容量288181832未滿其二，原子軌道與能級組、周期、電子最大容量的關(guān)系：第4頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六l相同，n不相同：n越大，能量越高；n相同，l不相同：l越大，能量越高；

（除氫原子外）n,l都不同：能級交錯。其四，各原子軌道的能級由n，l共同決定。其三，對n，l相同的軌道(等價軌道)，其能量相同。E1s<E2s<E3sE2p<E3p<E4pE3s<E3p<E3dEns<Enp<End<EnfE6s<E4f<E5d<E6pE4s<E3d<E4p第5頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六反應(yīng)電子進入軌道順序徐光憲，1920中國科學院資深院士，北京大學教授

第6頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六n+0.7l1s1.0第一能級組2s,2p2.0,2.7第二能級組3s,3p3.0,3.7第三能級組4s,3d,4p4.0,4.4,4.7第四能級組5s,4d,5p5.0,5.4,5.7第五能級組6s,4f,4d,6p6.0,6.1,6.4,6.7第六能級組7s,5f,5d,7p7.0,7.1,7.4,7.7第七能級組徐光憲教授(n+0.7l)規(guī)則，與Pauling的近似能級圖一致。第7頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六二、核外電子排布規(guī)律三種表達方式（1）在同一原子中，不可能存在所處狀態(tài)完全相同的電子；（2）在同一原子中，不可能存在四個量子數(shù)完全相同電子；（3）每一軌道只能容納自旋方向相反的兩個電子。1.Pauli不相容原理(Pauli’sExclusionPrinciple)第8頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六2.能量最低原理(TheLowestEnergyPrinciple)在不違背保里不相容原理的前提下，電子在各軌道上的排布方式應(yīng)使整個原子能量處于最低狀態(tài)，這就是能量最低原理。(Z=6)C:1s22s22p22p有三個軌道，兩個電子如何填充?提問：第9頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六3.洪特規(guī)則(Hund’sRule)

能量相同的軌道（如3條p軌道，5條d軌道，7條f軌道）叫等價軌道。電子分布到等價軌道時，總是優(yōu)先占據(jù)不同軌道，且平行自旋。特例：等價軌道處于全滿(p6、d10、f14)、半滿(p3、d5、f7)或全空狀態(tài)(p0、d0、f0)時能量較低，比較穩(wěn)定。例外：Pt，W原子

能級排列序列

光譜實驗序列

Cr

Mo

Cu

Ag

Au

[Ar]3d

44s

2

[Kr]4d

45s

2

[Ar]3d

94s

2

[Kr]4d

95s

2

[Xe]4f

145d

96s

2

[Ar]3d

54s

1

[Kr]4d

55s

1

[Ar]3d

104s

1

[Kr]4d

105s

1

[Xe]4f14

5d106s

1

第10頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六電子的分布

按三原則，利用能級圖的填充順序，寫出原子的電子排布式能級組由低（n，l）至高(n，l)、由左至右的次序填入諸能級。然后在各軌道符號的右上角用數(shù)字表示該軌道上的電子數(shù)，沒有填入電子的全空軌道則不必列出。例如，基態(tài)鈦原子（Z=22）的電子分布為（右上角數(shù)字為填入的電子數(shù)）：1s22s22p63s23p64s23d2故態(tài)鈦原子的電子分布式寫成（按電子層而不是按能級組的次序書寫）22Ti1s22s22p63s23p63d24s2電子排布式按同層電子進行書寫三、核外電子的排布和元素周期系

第11頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六原則：價層電子分布式主族元素：ns、np軌道電子排布副族元素（n-2）f、(n-1)d、ns軌道電子排布舉例：Cr：3d54s1Cu：3d104s1第12頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六

3d104s1

[Ar]3d104s1

Cu

3d54s1

[Ar]3d54s1

Cr

3s23p5

[Ne]3s23p5

Cl

3d64s2

[Ar]3d64s2

Fe

3s23p1

[Ne]3s23p1

Al

3s1

1s22s22p63s1

Na價電子層結(jié)構(gòu)

電子排布式

原子[Ar]—原子實，表示Ar的電子結(jié)構(gòu)式1s22s22p63s23p6同周期惰性元素的電子結(jié)構(gòu)式第13頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六

基態(tài)陽離子的電子排布原子失電子變成簡單陽離子時總是先失去最外層電子一般，在原子的最高能級組中同時有ns,np,(n-1)d和(n-2)f，按規(guī)則，失電子的先后次序是：np>ns>(n-1)d>(n-2)f

26Fe[Ar]3d64s2

[Ar]3d64s0

[Ar]3d54s0

[Ar]3d44s2

[Ar]3d34s2

Fe2+ Fe3+××第14頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六思考1：以下排列

s→p→s→d→p→s→f→d→p

是否具有周期性？答：若按以下方式排列

s→p s→d→p s→f→d→p從s始，至p終，具有周期性。思考2：元素性質(zhì)為何呈現(xiàn)周期性？答：元素性質(zhì)取決于原子的特征電子構(gòu)型。由于原子的特征電子構(gòu)型具有周期性，因此元素性質(zhì)也具有周期性。2.電子層結(jié)構(gòu)與周期表第15頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六

元素原子的電子層結(jié)構(gòu)呈周期性變化，導致元素性質(zhì)周期性變化,這就是元素周期律。

周期的劃分與能級組的劃分完全一致，每個能級組都獨自對應(yīng)一個周期。共有七個能級組，所以共有七個周期。1)元素周期律2)元素的周期周期短周期（一，二，三）長周期（四，五，六，七）按照各元素原子核外電子排布的順序排列就形成了元素周期表

第16頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六0IIAIAIIBIVBIIIBVBVIBVIIBVIIIIBVIIAIIIAIVAVAVIAH

氫He氦Li

鋰Be鈹B硼C碳N氮O氧F氟Ne氖Na鈉Mg鎂Al鋁Si硅P磷S硫Cl氯Ar氬K鉀Ca鈣Sc鈧Ti鈦V釩Cr鉻Mn錳Fe鐵Co鈷Ni鎳Cu銅Zn鋅Ga鎵Ge鍺As砷Se硒Br溴Kr氪Rb銣Sr鍶Y釔Zr鋯Nb鈮Mo鉬Tc锝Ru釕Rh銠Pd鈀Ag銀Cd鎘In銦Sn錫Sb銻Te碲I碘Xe氙Cs銫Ba鋇Lu镥Hf鉿Ta鉭W鎢Re錸Os鋨Ir銥Pt鉑Au金Hg汞Tl鉈Pb鉛Bi鉍Po釙At砹Rn氡Fr鈁Ra鐳Lr鐒RfDbSgBhHsMtUunUunUun鑭系La鑭Ce鈰Pr鐠Nd釹Pm钷Sm釤Eu銪Gd釓Tb鋱Dy鏑Ho鈥Er鉺Tm銩Yb鐿錒系A(chǔ)c錒Th釷Pa鏷U鈾Np镎Pu钚Am镅Cm鋦Bk锫Cf锎Es锿Fm鐨Md鍆No锘族周期1234567元素周期表p區(qū)s區(qū)d區(qū)f區(qū)第17頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六周期與能級組的關(guān)系周期能級組能級組內(nèi)原子軌道能級組內(nèi)軌道能容納電子數(shù)各周期中元素種數(shù)1234567一二三四五六七1s2s2p3s3p4s3d5p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d（未完）288181832未滿28818183223(未完)3）各周期元素的數(shù)目第18頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六（3）周期和族（PeriodsandGroup）a.周期周期數(shù)＝電子層層數(shù)n＝能級組數(shù)主族元素的族數(shù)＝最外電子層電子數(shù)(nsnp)副族元素的族數(shù)＝最外電子層電子數(shù)＋次外層的電子數(shù)(n-1)dns(ⅠB,ⅡB,Ⅷ族的兩除外)b.族（最后一個電子進入的軌道）按電子填充順序,最后電子若填入到次外層的(n-1)d或倒數(shù)第三層(n-2)f軌道的稱為副族。第19頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六1234567ⅠAⅦBⅡAⅢBⅣBBBBⅤⅥⅧⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦBAAAAALa*Ac*La*Ac*周期、族與原子的電子層結(jié)構(gòu)第20頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六（4）區(qū)（Blocks）價層電子構(gòu)型電子數(shù)族區(qū)ns1-2ns=1-2ⅠA,ⅡAsns2np1-6ns+np=3-8ⅢA-ⅦApns2np6ns+np=8零族p(n-1)d10ns1-2ns=1-2ⅠB,ⅡBd(n-1)d1-5ns1-2(n-1)d+ns=3-7ⅢB-ⅦBd(n-1)d6-8ns1-2(n-1)d+ns=8-10Ⅷd(n-2)f1-14ns2f(maingroupelements)主族元素(transitionelements)過渡元素(innerTransitionelements)內(nèi)過渡元素區(qū)與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系第21頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六0123ⅦBⅠBⅡB4ds區(qū)(n-1)d10

ns2567鑭系錒系長式周期表元素分區(qū)示意圖ⅠAⅦⅡAⅢBⅣBBBBⅤⅥⅢⅣⅤⅥⅦAAAAA(n-2)f1-14(n-1)d0-1ns2f區(qū)d區(qū)s區(qū)p區(qū)ns1-ns2(n-1)d1-8

ns2ns2

np1-6第22頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六例寫出下列各原子序數(shù)的電子層構(gòu)型，并指出元素所在周期表中的周期、族、元素名稱及元素符號。

(1)Z=18；(2)Z=24；(3)Z=29；(4)Z=80(1)1s22s22p63s23p6，三周期，第0族，為Ar；(2)1s22s22p63s23p63d54s1，第四周期，第ⅥB族，為鉻，Cr；(4)1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s2，第六周期，第ⅡB族，為汞，Hg。(3)1s22s22p63s23p63d104s1，第四周期，第ⅠB族，為銅，Cu；第23頁，共25頁，2023年，2月20日，星期六若元素最外層僅有一個電子，該電子的量子數(shù)為n=4，l=0，m=0，ms=+1/2。問：

(1)符合上述條件的元素可以有幾個？原子序數(shù)各為多少？

(2)寫出相應(yīng)元素原子的電子結(jié)構(gòu)，并指出在周期表中所處的區(qū)域和位置。解：(1)滿足上