原子結(jié)構(gòu)與元素周期系詳解

2024/11/21原子結(jié)構(gòu)與元素周期系核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)核外電子的排布和元素周期系元素基本性質(zhì)的周期性2024/11/22第一部分核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)氫原子光譜和玻爾理論微觀粒子的波粒二象性波函數(shù)和原子軌道概率密度和電子云波函數(shù)的空間圖象四個(gè)量子數(shù)2024/11/231━1氫原子光譜和玻爾理論氫原子光譜和玻爾理論玻爾理論的應(yīng)用玻爾理論局限性

2024/11/24原子光譜——是不連續(xù)性的線狀光譜氫原子光譜——是最簡單的原子光譜玻爾的三點(diǎn)假設(shè)1、氫原子光譜和玻爾理論

2024/11/251.電子不是在任意軌道上繞核運(yùn)動(dòng)，而是在一些符合一定條件的軌道上運(yùn)動(dòng)，即電子軌道的角動(dòng)量P，必須等于h/2π的整數(shù)倍。這種符合量子化條件的軌道稱為穩(wěn)定軌道，電子在穩(wěn)定軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，并不放出能量。玻爾的三點(diǎn)假設(shè)2024/11/262.電子的軌道離核越遠(yuǎn)，原子所含的能量越大，原子在正?；蚍€(wěn)定狀態(tài)時(shí)（稱為基態(tài)），各電子盡可能處在離核最近的軌道上，這時(shí)原子的能量最低。當(dāng)原子從外界獲得能量時(shí)（如灼熱、放電、輻射等）電子可以躍遷到離核較遠(yuǎn)的軌道上去，即電子已被激發(fā)到較高能量級上，此時(shí)原子和電子處于激發(fā)態(tài)。

3.只有電子從較高的能級（即離核較遠(yuǎn)的軌道）躍遷到較低的能級（即離核較近的軌道）時(shí)，原子才會(huì)以光子形式放出能量。hν=E2-E1大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點(diǎn)2024/11/28玻爾理論局限性

對氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)無法說明不能說明多電子原子光譜結(jié)論：量子性是微觀世界的重要特征，要正確客觀地反映微觀世界微粒運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，就必須用建筑在微觀世界的量子性和微粒運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)性這兩個(gè)基本特征基礎(chǔ)上的量子力學(xué)來描述。2024/11/291━2微觀粒子的波粒二象性一、光和實(shí)物粒子的波粒二象性

1924年德國物理學(xué)家

LdeBroglie(德布羅意)提出假設(shè)：既然光是一種微粒又是一種波，那么靜止質(zhì)量不為零的實(shí)物粒子也含有相似的二象性

1927年C.J.Pavisson(戴維遜)和L.H.Germer(蓋末爾)獲得一種晶體的電子衍射圖，從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了deBroglie的假設(shè)，從此科學(xué)家們開始接受實(shí)物粒子的二象性。

2024/11/210感光屏幕薄晶體片衍射環(huán)紋電子槍電子束

電子衍射實(shí)驗(yàn)示意圖用電子槍發(fā)射高速電子通過薄晶體片射擊感光熒屏，得到明暗相間的環(huán)紋，類似于光波的衍射環(huán)紋。2024/11/211結(jié)論：

1.電子等實(shí)物粒子具有波粒二象性；

2.不能用經(jīng)典物理的波和粒的概念來理解它的行為。再次說明描述電子等微粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律只能用描述微粒運(yùn)動(dòng)規(guī)律的量子力學(xué)。2024/11/212

二、測不準(zhǔn)原理和幾率概念測不準(zhǔn)原理：一個(gè)粒子的位置和動(dòng)量不能同時(shí)地、準(zhǔn)確地測定。注意：這里所討論的不確定性并不涉及所用的測量儀器的不完整性，它們是內(nèi)在固有的不可測定性。△x≥h/2πm×△v2024/11/213例1:對于m=10克的子彈，它的位置可精到

x

＝0.01cm,其速度測不準(zhǔn)情況為：速度不準(zhǔn)確程度過大∴對宏觀物體可同時(shí)測定位置與速度2024/11/214例2:對于微觀粒子如電子,m=9.1110-31Kg,半徑

r=10-10m，則

x至少要達(dá)到10-11

m才相對準(zhǔn)確，則其速度的測不準(zhǔn)情況為：∴若m非常小，則其位置與速度是不能同時(shí)準(zhǔn)確測定的2024/11/215結(jié)論：測不準(zhǔn)關(guān)系很好地反映了微觀粒子的運(yùn)動(dòng)特征——波粒二象性；根據(jù)量子力學(xué)理論，對微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律只能采用統(tǒng)計(jì)的方法作出幾率性的判斷。測不準(zhǔn)關(guān)系促使我們對微觀世界的客觀規(guī)律有了更全面更深刻的理解。2024/11/2161━3波函數(shù)和原子軌道薛定諤方程波函數(shù)和原子軌道

一定的波函數(shù)表示電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，狀態(tài)——軌道。

波函數(shù)叫做原子軌道，即波函數(shù)與原子軌道是同義詞。2024/11/217從薛定諤方程中求出的具體函數(shù)形式，即為方程的解。它是一個(gè)包含nlm三個(gè)常數(shù)項(xiàng)的三變量（x、y、z）的函數(shù)。通常用表示。應(yīng)當(dāng)指出，并不是每一個(gè)薛定諤方程的解都是合理的，都能表示電子運(yùn)動(dòng)的一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。所以，為了得到一個(gè)合理的解，就要求nlm不是任意的常數(shù)而是要符合一定的取值。在量子力學(xué)中把這類特定常數(shù)nlm稱為量子數(shù)。通過一組特定的nlm就可得出一個(gè)相應(yīng)的n，l，m（x、y、z），每一個(gè)即表示原子中核外電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。2024/11/218

（2）波函數(shù)和原子軌道波函數(shù)在量子力學(xué)中起了核心作用，展示出原子和分子中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，是探討化學(xué)鍵理論的重要基礎(chǔ)。按照實(shí)物粒子波的本性和測不準(zhǔn)原理的幾率概念，物理學(xué)家玻恩M.Born假定粒子的波函數(shù)已不再是振幅的函數(shù)，取代它的是粒子出現(xiàn)的幾率，當(dāng)這個(gè)波函數(shù)的絕對值越大，粒子出現(xiàn)的幾率也就越大。一定的波函數(shù)表示電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，

狀態(tài)——軌道。波函數(shù)叫做原子軌道，即波函數(shù)與原子軌道是同義詞。2024/11/219原子核外電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)每一個(gè)波函數(shù)都有對應(yīng)的能量E波函數(shù)ψ沒有明確的直觀的物理意義,但波函數(shù)絕對值的平方|ψ|2卻有明確的物理意義（3）波函數(shù)的意義2024/11/2204概率密度和電子云概率和概率密度

概率＝ψ|(x·y·z)|2dτ

概率密度＝=ψ|(x·y·z)|2電子云

|ψ|2的空間圖像就是電子云分布圖像2024/11/221、

電子云

||2的空間圖像就是電子云分布圖像即電子云是從統(tǒng)計(jì)的概念出發(fā)，對核外電子出現(xiàn)的概率密度做形象化的描述。當(dāng)電子云中黑點(diǎn)密的地方表示電子在此處出現(xiàn)的概率密度大，黑點(diǎn)稀的地方表示概率小。2024/11/2225、四個(gè)量子數(shù)量子

數(shù)

物

理

意

義取

值

范

圍主量子數(shù)n描述電子離核遠(yuǎn)近及能量高低n=1,2,3,…正整數(shù)角量子數(shù)l描述原子軌道的形狀及能量的高低l=0,1,2,…小于n的正整數(shù)磁量子數(shù)m描述原子軌道在空間的伸展方向自旋量子數(shù)ms描述電子的自旋方向ms=+1/2,-1/22－m=0,+1,-1,+2,,

…±l2024/11/223主量子數(shù)（n）角量子數(shù)（l）磁量子數(shù)（m）軌道符號軌道數(shù)1001s12002s110，＋1，-12p3

3003s110，＋1，-13p320，＋1，-1，＋2，-23d5

4

004s110，＋1，-14p320，＋1，-1，＋2，-24d530，＋1，-1，＋2，-2，＋3，-34f7

5005s110，＋1，-15p320，＋1，-1，＋2，-25d530，＋1，-1，＋2，-2，＋3，-35f7

40，＋1，-1，＋2，-2，＋3，-3,+4,-45g92024/11/224對比玻爾原子結(jié)構(gòu)模型和波動(dòng)力學(xué)模型兩者所得的結(jié)果可得：兩種理論都有著相同的能量表達(dá)式；波函數(shù)能解釋其它一些原子的性質(zhì)，如光譜線的強(qiáng)度等；從解薛定諤方程，量子數(shù)是通過邊界條件自然的出現(xiàn)，但在Bohr模型中它們是人為規(guī)定的。在Bohr理論中，電子占據(jù)像行星繞太陽的軌道；在波動(dòng)力學(xué)模型中（薛定諤方程）中，電子占據(jù)離域軌道，實(shí)驗(yàn)證明支持薛定諤方程所得圖像2024/11/225第二部分核外電子的排布和元素周期系多電子原子的能級核外電子層結(jié)構(gòu)的原則原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期系2024/11/2261、多電子原子的能級鮑林（L.Pauling）的近似能級圖

屏蔽效應(yīng)鉆穿效應(yīng)科頓原子軌道能級圖2024/11/2272024/11/228（1）鮑林（L.Pauling）的近似能級圖

近似能級圖是按原子軌道的能量高低而不是按原子軌道離核的遠(yuǎn)近順序排列起來。把能量相近的能級劃為一組，稱為能級

1s第一能級組

2s2p第二能級組

3s3p第三能級組

4s3d4p第四能級組

5s4d5p第五能級組

6s4f5d6p第六能級組

7s5f6d7p第七能級組在能級圖中可以看到：相鄰的兩個(gè)能級組之間的能量差較大，而在同一能級組中各能級的能量差較小。2024/11/229在能級圖中:所謂等價(jià)軌道是指其能量相同、成鍵能力相同，只是空間取向不同的軌道。角量子數(shù)l相同的能級，其能量由主量子數(shù)n決定，n越大，能量越高。主量子數(shù)n相同，角量子數(shù)l不同的能級，其能量隨l的增大而升高。主量子數(shù)n和角量子數(shù)l同時(shí)變化時(shí)，從圖中可知，能級的能量變化情況是比較復(fù)雜的。

2024/11/230（2）屏蔽效應(yīng)與斯萊脫（Slater）規(guī)則

在多電子原子中，每個(gè)電子不僅受到原子核對它的吸引力，而且還要受到其它電子的斥力。我們把這種內(nèi)層電子的排斥作用考慮為對核電荷的抵消或屏蔽，相當(dāng)于使核的有效核電荷數(shù)減少。2024/11/231（2）屏蔽效應(yīng)與斯萊脫（Slater）規(guī)則

Z*=Z－σE==

由于其它電子對某一電子的排斥作用而抵消了一部分核電荷，從而使有效核電荷降低，削弱了核電荷對該電子的吸引，這種作用稱為屏蔽作用和屏蔽效應(yīng)。2024/11/232為了計(jì)算屏蔽參數(shù)，斯萊脫Slater提出規(guī)則可近似計(jì)算。Slater規(guī)則暫不介紹

Z*=Z－σE==

2024/11/233鉆穿效應(yīng)

在原子中，對于同一主層的電子，因s電子比p、d、f電子在離核較近處出現(xiàn)的概率要多，表明s電子有滲入內(nèi)部空間而靠近核的本領(lǐng)，這種外層電子鉆到內(nèi)層空間而靠近原子核的現(xiàn)象，稱為鉆穿作用。由于電子的鉆穿作用的不同而使它的能量發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為鉆穿效應(yīng)。由于鉆穿效應(yīng)的存在，使得電子在核外排布時(shí)出現(xiàn)了能級交錯(cuò)的現(xiàn)象。2024/11/2342024/11/2352、核外電子層結(jié)構(gòu)的原則能量最低原理堡里不相容原理

（奧地利科學(xué)家）洪特（Hund）規(guī)則（德國科學(xué)家）2024/11/236⑴、能量最低原理

多電子原子在基態(tài)時(shí)，核外電子總是盡可能分布到能量最低的軌道，這稱為能量最低原理。

2024/11/237⑵、堡里不相容原理

一個(gè)電子的四個(gè)量子數(shù)為（3、2、0、-1/2）另一個(gè)電子的四個(gè)量子數(shù)為（3、2、0、+1/2）從保里原理可獲得以下幾個(gè)重要結(jié)論：a)每一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子只能有一個(gè)。b)由于每一個(gè)原子軌道包括兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以每一個(gè)原子軌道中最多只能容納兩個(gè)自旋不同的電子。c)因?yàn)閟、p、d、f各分層中原子軌道數(shù)為1、3、5、7所以各分層中相應(yīng)最多只能容納2、6、10、14個(gè)電子。d)每個(gè)電子層原子軌道的總數(shù)為n2個(gè)，因此，各電子層中電子的最大容量為2n2個(gè)。2024/11/238⑶、洪特（Hund）規(guī)則

電子分布到能量相同的等價(jià)軌道時(shí)，總是盡先以自旋相同的方向，單獨(dú)占領(lǐng)能量相同的軌道。

例:

7N2p2s1s

2024/11/239作為洪特規(guī)則的特例，等價(jià)軌道：全充滿p6、d10、f14

半充滿p3、d5、f7

全空p0、d0、f0

的結(jié)構(gòu)狀態(tài)比較穩(wěn)定例：19號K1s22s22p63s23p64s1

原子實(shí)結(jié)構(gòu)式為[Ar]4s124號Cr[Ar]3d54s12024/11/2403、原子的電子層結(jié)構(gòu)

和元素周期系原子的電子層原子的電子層結(jié)構(gòu)與元素的分區(qū)原子的電子層結(jié)構(gòu)與周期的關(guān)系原子的電子層結(jié)構(gòu)與族的關(guān)系元素周期系的發(fā)展前景2024/11/241原子的電子層

注意幾個(gè)例外:24號Cr3d54s129號Cu3d104s1

40號Zr4d25s241號Nb4d45s1

42號Mo4d55s143號Tc4d55s2

44號Ru4d75s145號Rh4d85s1

46號Pd4d102024/11/242原子的電子層結(jié)構(gòu)

與元素的分區(qū)

2024/11/243核外電子的排布（原子的電子層結(jié)構(gòu)）1 HHydrogen 氫 1s1

*2HeHelium 氦 1s2

3LiLithium鋰 1s22s14 BeBeryllium 鈹 1s22s2

5 B Boron 硼 1s22s22p1**6 C Carbon 碳 1s22s22p27 N Nitrogen 氮 1s22s22p38 O Oxygen 氧 1s22s22p49 F Fluorine 氟 1s22s22p510 Ne Neon 氖 1s22s22p6原子序數(shù)電子軌道圖元素符號

英文名稱中文名稱電子結(jié)構(gòu)式2024/11/24411 Na Sodium鈉

1s22s22p63s112 Mg Magnesium鎂1s22s22p63s213 Al Aluminium鋁1s22s22p63s23p114 Si Silicon 硅1s22s22p63s23p215P Phosphorus磷1s22s22p63s23p316Si Sulfur 硫1s22s22p63s23p417 Cl Chlorine 氯1s22s22p63s23p518Ar Argon 氬1s22s22p63s23p6原子序數(shù)元素符號英文名稱中文名稱電子結(jié)構(gòu)式2024/11/245

*[Ar]原子實(shí)，表示Ar的電子結(jié)構(gòu)式1s22s22p63s23p6。原子實(shí)后面是價(jià)層電子，即在化學(xué)反應(yīng)中可能發(fā)生變化的電子。

**

雖先排4s后排3d，但電子結(jié)構(gòu)式中先寫3d，后寫4s

**21 Sc Scandium 鈧 [Ar]3d14s222 Ti Titanium鈦 [Ar]3d24s223 V Vanadium釩 [Ar]3d34s2

24

Cr Chromium鉻[Ar]3d54s1

25 MnManganese錳[Ar]3d54s226 Fe Iron鐵 [Ar]

3d64s227 Co Cobalt 鈷[Ar]

3d74s228 Ni Nickel 鎳 [Ar]

3d84s2

*19 K Potassium 鉀[Ar]4s120 Ca Calcium 鈣 [Ar]4s2

2024/11/2461元素的周期

周期的劃分與能級組的劃分完全一致，每個(gè)能級組都獨(dú)自對應(yīng)一個(gè)周期。共有七個(gè)能級組，所以共有七個(gè)周期。HHe1

第一周期：2種元素第一能級組：2個(gè)電子1個(gè)能級1s1個(gè)軌道BeLiBCNOFNe2

第二周期：8種元素第二能級組：8個(gè)電子2個(gè)能級2s2p4個(gè)軌道

(2)元素周期系2024/11/247MgNaAlSiPSClAr3

第三周期：8種元素第三能級組：8個(gè)電子2個(gè)能級3s3p4個(gè)軌道

KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr4YZrNbMoTcRhPdRuAgCdSrRbInSnSbTeIXe5

第五周期：18種元素第五能級組：18個(gè)電子3個(gè)能級5s4d5p9個(gè)軌道

第四周期：18種元素第四能級組：18個(gè)電子3個(gè)能級4s3d4p9個(gè)軌道

2024/11/248

第七周期：32種元素第七能級組：32個(gè)電子4個(gè)能級7s5f6d7p16個(gè)軌道

BaCs6sCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu4fLaHfTaWReIrPtOsAuHg5dTlPbBiPoAtRn6p

第六周期：32種元素第六能級組：32個(gè)電子4個(gè)能級6s4f5d6p16個(gè)軌道

RaFr7sThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr5fAcRfDbSgBhHsMtUunUuuUub6d7p2024/11/249

2元素的區(qū)和族s區(qū)元素包括IA族，IIA族，價(jià)層電子組態(tài)為ns1~2

，屬于活潑金屬。p區(qū)元素包括IIIA族，IVA族，VA族，VIA族，VIIA族，0族（VIIIA族），價(jià)層電子組態(tài)為ns2np1~6

，右上方為非金屬元素，左下方為金屬元素。s區(qū)和p區(qū)元素的族數(shù)，等于價(jià)層電子中s電子數(shù)與p電子數(shù)之和。若和數(shù)為8，則為0族元素，也稱為VIIIA族。

價(jià)層電子是指排在稀有氣體原子實(shí)后面的電子，在化學(xué)反應(yīng)中能發(fā)生變化的基本是價(jià)層電子。2024/11/250d區(qū)元素包括IIIB族，IVB族，VB族，VIB族，VIIB族，VIII族。價(jià)層電子組態(tài)一般為(n－1)d1~8ns2

，為過渡金屬。(n－1)d中的電子由不充滿向充滿過渡。第4，5，6周期的過渡元素分別稱為第一，第二，第三過渡系列元素。d區(qū)元素的族數(shù)，等于價(jià)層電子中(n－1)d的電子數(shù)與

ns的電子數(shù)之和；若和數(shù)大于或等于8，則為VIII族元素。ds區(qū)元素價(jià)層電子組態(tài)為(n－1)d10ns1~2

。有時(shí)將d區(qū)和ds區(qū)定義為過渡金屬。ds區(qū)元素的族數(shù)，等于價(jià)層電子中ns的電子數(shù)。f區(qū)元素價(jià)層電子組態(tài)為

(n－2)f0~14(n－1)d0~2ns2

，包括鑭系和錒系元素，稱為內(nèi)過渡元素。(n－2)f中的電子由不充滿向充滿過渡。有時(shí)認(rèn)為f區(qū)元素屬于IIIB族。2024/11/251原子的電子層結(jié)構(gòu)

與周期的關(guān)系

各周期元素的數(shù)目＝相應(yīng)能級組中原子軌道所能容納的電子總數(shù)＝2、8、8、18、18、32p區(qū)從左上到右下的對角線為B、Si、As、Te、At，在此諸元素的右上方位是非金屬，左下方位金屬，對角線上及附近的元素是準(zhǔn)金屬，有些具有半導(dǎo)體的性質(zhì)，周期表中約4/5的元素是金屬。2024/11/252原子的電子層結(jié)構(gòu)

與族的關(guān)系

主族元素的族數(shù)（包括ds區(qū)）＝該元素原子的最外層電子數(shù)＝該族元素的最高化合價(jià)（除氧、氟外）副族元素的族數(shù)=最高能級組中的電子總數(shù)或副族數(shù)＝（s+d）電子數(shù)－10

2024/11/253副族元素的氧化態(tài)均能呈現(xiàn)多種2024/11/254元素周期系的發(fā)展前景2024/11/255第三部分

元素基本性質(zhì)的周期性原子半徑電離能

元素的電負(fù)性

電子親合勢

2024/11/256⑴

原子半徑A.共價(jià)半徑——同種元素的兩個(gè)原子共價(jià)單鍵連接時(shí)，核間距的一半。一般單鍵半徑>雙鍵半徑>叁鍵半徑B.金屬半徑——緊密堆積的金屬晶體中以金屬鍵結(jié)合的同種原子核間距離的一半。同一原子的金屬半徑要大于共價(jià)半徑10～15%。C.范德華半徑——非鍵合原子之間只靠分子間的作用力互相接近時(shí)，兩原子的核間距的一半。一般范德華半徑最大（非鍵合），共價(jià)半徑最小（軌道重疊），金屬半徑位中間（緊密堆積）2024/11/257⑵原子半徑在周期中的變化在短周期中，從左往右隨著核電荷數(shù)的增加，原子核對外層電子的吸引作用也相應(yīng)地增強(qiáng)，使原子半徑逐漸縮小。在長周期中，自左向右原子半徑縮小程度不大。周期系中各相鄰元素原子半徑減少的平均幅度為：非過渡金屬（～0.1pm）＞過渡元素（～0.05pm）＞內(nèi)過渡元素（＜0.01pm）2024/11/258

（1）原子半徑在周期表中的變化

只有當(dāng)d5，d10，f7，f14半充滿和全充滿時(shí)，層中電子的對稱性較高，這時(shí)②占主導(dǎo)地位，原子半徑

r增大。

①核電荷數(shù)Z增大，對電子吸引力增大，使得原子半徑r有減小的趨勢。②核外電子數(shù)增加，電子之間排斥力增大，使得原子半徑

r有增大的趨勢。

以①為主。即同周期中從左向右原子半徑減小。

(a)同周期中從左向右，在原子序數(shù)增加的過程中，有兩個(gè)因素在影響原子半徑的變化這是一對矛盾，以哪方面為主？2024/11/259

短周期的主族元素，以第3周期為例MgNaAlSiPSClArr/pm15413611811711010499154

長周期的過渡元素，以第4周期的第一過渡系列為例ScTiVCrMnFeCoNiCuZnSc——Ni，8個(gè)元素，r減少了

29pm。相鄰元素之間，平均減少幅度4pm許。Na——Cl，7個(gè)元素，r減少了

55pm。相鄰元素之間，平均減少幅度10pm許。

Ar為范德華半徑，所以比較大。r/pm1441321221181171171161151171252024/11/260

短周期主族元素，電子填加到外層軌道，對核的正電荷中和少，有效核電荷Z*增加得多。所以r減小的幅度大。

長周期過渡元素，電子填加到次外層軌道，對核的正電荷中和多，Z*增加得少，所以r減小的幅度小。

短周期主族元素原子半徑平均減少幅度10pm，長周期的過渡元素平均減少幅度4pm。造成這種不同的原因是什么？Cu，Zn為

d10

結(jié)構(gòu)，電子斥力大，所以r不但沒減小，反而有所增加。ScTiVCrMnFeCoNiCuZnr/pm144132122118117117116115117125

試設(shè)想超長周期的內(nèi)過渡元素，會(huì)是怎樣的情況。2024/11/261

（b）鑭系收縮LaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu15種元素，r共減小11pm。電子填到內(nèi)層(n－2)f軌道，屏蔽系數(shù)更大，Z*增加的幅度更小。所以r減小的幅度很小。r/pm161160158158158170158r/pm169165164164163162185162Eu4f76s2，f軌道半充滿，Yb4f146s2，f軌道全充滿，電子斥力的影響占主導(dǎo)地位，原子半徑變大。

將15鑭系種元素，原子半徑共減小11pm這一事實(shí)，稱為鑭系收縮。2024/11/262KCaScTiVCrr/pm203174144132122118RbSrYZrNbMor/pm216191162145134130CsBaLaHfTaWr/pm235198169144134130

鑭系收縮造成的影響對于鑭系元素自身的影響，使15種鑭系元素的半徑相似，性質(zhì)相近，分離困難。

對于鑭后元素的影響，使得第二、第三過渡系的同族元素半徑相近，性質(zhì)相近，分離困難。

2024/11/263

(c)同族中同族中，從上到下，有兩種因素影響原子半徑的變化趨勢①核電荷Z增加許多，對電子吸引力增大，使r減??；②核外電子增多，增加一個(gè)電子層，使r增大。

主族元素Li123pmNa154pmK203pmRb216pmCs235pmr增大

在這一對矛盾中，②起主導(dǎo)作用。同族中，從上到下，原子半徑增大。2024/11/264副族元素

TiVCrr/pm132122118ZrNbMo145134130HfTaW144134130

第二過渡系列比第一過渡系列原子半徑r增大

12－13pm。

第三過渡系列和第二過渡系列原子半徑

r相近或相等。這是鑭系收縮的影響結(jié)果。

2024/11/265原子半徑在族中變化

在同一主族中，從上到下，隨著核電荷數(shù)增加，元素原子的電子層數(shù)增多，原子半徑增大。副族元素的元素半徑變化不明顯，特別是第五、六周期的元素的原子半徑非常相近。這主要是由于鑭系收縮所造成的結(jié)果。2024/11/266離子半徑

在離子晶體中，正負(fù)離子間的吸引作用和排斥作用達(dá)平衡時(shí)，使正、負(fù)離子間保持著一定的平衡距離，這個(gè)距離叫核間距，結(jié)晶學(xué)上常以符號d表示。

離子半徑大致有如下的變化規(guī)律：在周期表各主族元素中，由于自上而下電子層依次增多，所以具有相同電荷數(shù)的同族離子的半徑依次增大。

例如Li+<Na+<K+<Rb+<Cs+

F－<Cl－<Br－<I－

2024/11/267在同一周期中主族元素隨著族數(shù)遞增，正離子的電荷數(shù)增大，離子半徑依次減小。

例如Na+>Mg2+>Al3+

若同一元素能形成幾種不同電荷的正離子時(shí)，則高價(jià)離子的半徑小于低價(jià)離子的半徑。

例如rFe3+(60pm)＜rFe2+(75pm)負(fù)離子的半徑較大，正離子的半徑較小。周期表中處于相鄰族的左上方和右上方斜對角線上的正離子半徑近似相等。

例如Li＋(60pm)～Mg2＋(65pm)

Sc3＋(81pm)～Zr4＋(80pm)

Na+(95pm)～Ca2+(99pm)2024/11/2683—2電離能定義：從氣態(tài)的基態(tài)原子中移去一個(gè)電子所需的最低能量，用焓的改變量來表示

從氣態(tài)的一價(jià)正離子中移去一個(gè)電子的焓的改變量

元素的第一電離勢越小，表示它越容易失去電子，即該元素的金屬性越強(qiáng)。

2024/11/2692024/11/270影響因素原子核電荷——（同一周期）即電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)越多、半徑越小、核對外層電子引力越大、越不易失去電子，電離勢越大。原子半徑——（同族元素）原子半徑越大、原子核對外層電子的引力越小，越容易失去電子，電離勢越小。電子層結(jié)構(gòu)——穩(wěn)定的8電子結(jié)構(gòu)（同周期末層）電離勢最大。2024/11/2713電離能與價(jià)態(tài)之間的關(guān)系

首先要明確，失去電子形成正離子后，有效核電荷數(shù)Z*增加，半徑r減小，故核對電子引力大，再失去電子更加不易。所以對于一種元素而言有I1<I2<I3<I4……

結(jié)論電離能逐級加大。

分析下列數(shù)據(jù)，探討電離能與價(jià)態(tài)之間的關(guān)系。I1I2I3I4I5I6Li520728911815Be90017571484921007B8012427366025026C10862353462162233783047277N1402285645787475944553266

電離能

kJ?mol-12024/11/272I1I2I3I4I5I6Li520728911815Be90017571484921007B8012427366025026C10862353462162233783047277N1402285645787475944553266

電離能

kJ?mol-1Li=14.02倍，擴(kuò)大14倍。I2

過大，不易生成+2價(jià)離子，所以鋰經(jīng)常以+1價(jià)態(tài)存在，形成Li+

。Be=1.95倍，=8.45倍。I3

過大，不易生成+3價(jià)離子，所以鈹經(jīng)常以+2價(jià)態(tài)存在，形成Be2+。2024/11/273I1I2I3I4I5I6B8012427366025026C10862353462162233783047277N1402285645787475944553266

電離能

kJ?mol-1B=1.38倍，=6.83倍。I4

過大，所以B(IV)不易形成，B(III)是常見價(jià)態(tài)。C=1.35倍，

=6.08倍。I5過大，所以

C(V)不易形成，C(IV)是常見價(jià)態(tài)。N=1.26倍，=5.67倍。I6

過大，所以

N(VI)不易形成，N(V)是常見價(jià)態(tài)。2024/11/274變化規(guī)律

同一主族元素，從上向下，隨著原子半徑的增大，元素的第一電離勢依次減小。在同一周期中元素的第一電離勢從左到右總趨勢上依次增大，金屬性減弱。2024/11/2753—3電子親合勢電子親合能

電子親合能(Y)是指氣態(tài)的基態(tài)原子獲得一個(gè)電子成為一價(jià)負(fù)離子所放出的能量：

具有最大電子親合能為Cl原子，鹵素的電子親合能最大，和鹵素相鄰的氧族元素，電子親合能也較大。2024/11/276在周期、族中的變化規(guī)律

電子親合能隨原子半徑的減少而增大。因?yàn)榘霃綔p小，原子核對電子的引力增大。在周期中是按由左向右的方向增大，在族中是按由上向下的方向減少。反?，F(xiàn)象是由于第二周期的氧、氟原子半徑很小，電子云密集程度很大，電子間排斥力很強(qiáng)，以致當(dāng)原子結(jié)合一個(gè)電子形成負(fù)離子時(shí)，由于電子間的相互排斥作用致使放出的能量減少。而第三周期的硫、氯原子半徑較大，并且有空的d軌可以容納電子，電子間的相互作用顯著就減小，因而當(dāng)原子結(jié)合電子形成負(fù)離子時(shí)放出的能量最大。2024/11/2773—4元素的電負(fù)性

L．Pauling定義電負(fù)性為“在一個(gè)分子中，一個(gè)原子將電子吸引到它自身的能力”。2024/11/278

兩種原子所形成的異核鍵鍵能和兩種同核鍵鍵能的平均值之間的差別，提出元素的電負(fù)性定量標(biāo)度數(shù)據(jù)，稱為電負(fù)性的Pauling標(biāo)度χP。

2024/11/279

在同一周期中，從左到右電負(fù)性遞增，元素的非金屬性逐漸增強(qiáng)；在同一主族中，從上到下電負(fù)性遞減，元素的非金屬性減弱右上方氟的電負(fù)性最大，非金屬性最強(qiáng)，左下方銫的電負(fù)性最小，金屬性最強(qiáng)。2024/11/280

在同一周期中，從左到右電負(fù)性遞增，元素的非金屬性逐漸增強(qiáng)；在同一主族中，從上到下電負(fù)性遞減，元素的非金屬性減弱有上方氟的電負(fù)性最