原子的結構和性質

原子的結構和性質第一頁，共11頁。原子結構參數(shù)分為兩類：一類與氣態(tài)自由原子的性質關聯(lián)，如I、Y、原子光譜線波長等，與別的原子無關，數(shù)值單一；另一類是用來表征化合物中原子性質的參數(shù)，如原子半徑，因原子并沒有明顯的邊界，原子半徑在化合物中才有意義，且隨化合物中原子所處環(huán)境不同而變?！裨影霃降臄?shù)值具有統(tǒng)計平均的含義，原子半徑包括：共價半徑(單鍵、雙鍵、三鍵)、離子半徑、金屬半徑和范德華半徑等等。3.原子的電離能衡量一個原子(或離子)丟失電子的難易程度，非常明顯地反映出元素性質的周期性。第二頁，共11頁。

由圖可明顯反映出各族元素的化學性質：(1)稀有氣體的I1總是處于極大值(完滿電子層)，堿金屬的I1處于極小值(原子實外僅一個電子)，易形成一價正離子；堿土金屬的I1比堿金屬稍大，I2仍較小，所以易形成二價正離子。(2)除過渡金屬外，同一周期元素的I1基本隨Z增加而增大(半徑減小)；同一族中隨Z增加I1減??；因此周期表左下角金屬性最強，右上角元素最穩(wěn)定。(3)過渡金屬的I1不規(guī)則地隨Z增加，同一周期中，最外層ns2相同，核電荷加一，(n－1)d軌道加一電子，所加電子大部分在ns以內(nèi)，有效核電荷增加不多，易失去最外層的s電子。第三頁，共11頁。I1和I2與Z的關系logI/eV習題P106：13,14第四頁，共11頁。6.相對論效應對元素周期性質的影響相對論效應：光速的有限值與把光速看作無窮大時互相比較所產(chǎn)生的差異。

物質的質量隨運動速度而變：◆相對論的穩(wěn)定效應：重原子由于運動速度快，質量增大，軌道半徑收縮而使能量降低的效應。按Bohr模型，H原子1s電子：mv2/r=e2/40r2，mvr=nh/2，則，mv=nh/2r∴v=

e2/40r（2r/nh）＝e2/20hn，n=1，用原子單位，v=1au=2.187×106m/s

第五頁，共11頁。只有光速的1/137，此時m為m0的1.00003倍，差別不大。對于原子序數(shù)為Z的原子，1s電子的平均速度為v=Z/n=Zau，速度增大Z倍。如Hg原子，Z=80，m=1.23m0，由于r=n2h20/me2Z，m增大，r收縮。由于正交性，2s，3s，4s，5s，6s等軌道也必將產(chǎn)生大小相當?shù)能壍朗湛s和相應的能量降低效應?！?周期元素的許多性質可用6s軌道上的電子具有特別大的相對論穩(wěn)定效應來解釋。v6=Z6/6。第六頁，共11頁。(1)基態(tài)電子組態(tài)：第6周期d區(qū)元素價層電子由第5周期的4dn5s1變?yōu)?dn－16s2。(2)6s2惰性電子對效應：Tl(6s26p1)、Pb(6s26p2)、Bi(6s26p3)在化合物中呈低價態(tài)，Tl＋比同族的In+半徑大，但兩個6s電子卻比In+更難電離。第七頁，共11頁。(3)Au和Hg的性質差異：二者價電子結構相似：Au4f145d106s1，Hg4f145d106s2，由于6s軌道收縮，能級顯著下降，與5d軌道一起形成最外層價軌道。因此Au具有類似鹵素的性質(差一個電子即為滿殼層)，如在氣相中形成Au2,可生成RbAu和CsAu；Hg具有類似于稀有氣體的性質，如氣態(tài)汞為單原子分子，I1～Z曲線上處于極大值，金屬汞中原子間結合力一部分是范德華引力。與金相比：第八頁，共11頁?！窆拿芏葹?3.53，金的密度為19.32；●汞的熔點為－39℃，金的熔點高達1064℃；●汞的熔化熱為2.30kJ/mol，金的熔化熱為12.8kJ/mol；●汞的電導為10.4kS/m，金的電導達426kS/m；●汞可存在Hg22+離子，此時與Au2是等電子體。第九頁，共11頁。(4)金屬的熔點由圖可見，從Cs到Hg，熔點先穩(wěn)定上升，到W達到最大，隨后下降。這是因為：6s軌道能量的降低，使5個5d軌道和1個6s軌道一起組成價軌道。平均而言，每個原子的6個價軌道與周圍原子形成3個成鍵3個反鍵軌道。價電子數(shù)少于6時，全填在成鍵軌道上，隨價電子數(shù)增加，能量降低增多，結合力增強，熔點穩(wěn)步上升，到價電子數(shù)為6的W，3個成鍵軌