第4章　原子結構與週期表 4-1　原子說 4-2　原子的結構 4-3　原子軌域 4-4　電子組態 4-5　元素與週期表.

Presentation on theme: "第4章　原子結構與週期表 4-1　原子說 4-2　原子的結構 4-3　原子軌域 4-4　電子組態 4-5　元素與週期表."— Presentation transcript:

1 第4章　原子結構與週期表 4-1　原子說 4-2　原子的結構 4-3　原子軌域 4-4　電子組態 4-5　元素與週期表

2 4-1 原子說 道耳頓提出原子說： 1.物質是由極小且不能再分割的微粒組成，這種組成叫做原子
4-1　原子說 道耳頓提出原子說： 1.物質是由極小且不能再分割的微粒組成，這種組成叫做原子 2.同一元素所含原子，其性質與質量完全相同；不同元素所含原子，其性質與質量則不相同 3.不同原子形成物質時，其原子間的比例為一簡單整數比 4.化學反應進行時，原子重新排列組合，但其種類與原子總數不會改變 圖4-1　道耳頓畫像

3 以現今觀點，有部分內容需修正： 1.原子可再分割成更小微粒 2.同位素的存在，同種元素的原子，其性質與質量不一定相同 3.物質的形成，其原子間的比例不一定是簡單整數比，例如高溫超導物質 4.一般的化學反應，原子的種類及數目不會改變，但在核反應中，原子可轉變成他種原子

4 4-2　原子的結構 原子是由電子、質子、中子所組成

5 4-2-1 電 子 ．克魯克斯──發現陰極射線 ．湯姆森──研究陰極射線，發現荷質比e/m=1.759×10?8、提出原子模型
4-2-1　電　子 ．克魯克斯──發現陰極射線 ．湯姆森──研究陰極射線，發現荷質比e/m=1.759×10?8、提出原子模型 ．密立坎──經油滴實驗裝置得到電子電量為?1.602×10?19庫侖，代入荷質比可獲得電子質量為9.11×10?28克

6 圖4-2　湯姆森提出的原子核模型示意圖 圖4-3　油滴實驗裝置圖

7 4-2-2 質 子 拉塞福用α粒子撞擊金箔後發現： 1.大多數的α粒子筆直地穿過金原子 2.少數α粒子發生偏折
4-2-2　質　子 拉塞福用α粒子撞擊金箔後發現： 1.大多數的α粒子筆直地穿過金原子 2.少數α粒子發生偏折 3.極少數α粒子以很大的角度(甚至是180°) 反彈折回

8 圖4-9　α粒子散射實驗示意圖

9 原子核半徑約為原子半徑的十萬分之一 圖4-10　原子截面示意圖

10 拉塞福以α粒子撞擊氮原子核，發現質子 質子帶正電，帶電量與電子相等，質量為 電子的1840倍

11 4-2-3　中　子 查兌克以α粒子撞擊鈹原子核，發現了中子 中子不帶電，質量比質子略大

12 4-3　原子軌域 波耳研究氫原子光譜，發現它們具有特定能量及頻率 圖4-11　氫原子光譜

13 波耳引入量子化概念，提出氫原子模型： 1.電子繞核運動，其圓形軌道有特定的半徑 大小，分別以n = 1, 2, 3…表示 2.電子在特定軌道上具有一定的能量

14 3.原子受激發時，電子可吸收能量由低能階 躍遷至高能階，所吸收能量相當於兩能階 的能差
　　ΔE = E2 ? E1 4.電子從高能階返回低能階時，釋出能量以 電磁輻射表現

15 ．多電子原子無法以波耳原子模型解釋 ．量子力學修正了波耳原子模型的不足處，認為電子具有波粒二象性 ．電子在空間運動以機率密度表示即為軌域 ．主層為n ．副層分別有s、p、d、f、……

16 表4-1　軌域的主層與副層 32 18 8 2 主層可容納電子總數 14 10 6 各層軌域可容納電子數 7 5 3 1 副層軌域數 4f 4d 4p 4s 3d 3p 3s 2p 2s 1s 副層 n=4 n=3 n=2 n=1 主層

17 4-3-1 s 軌域 ．每一個n值均有相對應的s軌域 ．s軌域可以容納二個電子 ．外觀為機率密度非常對稱的球狀

18 (a)1s (b)2s 圖4-12　s軌域示意圖

19 4-3-2 p 軌域 ．n ? 2時，每一n值都有相對應的p軌域 ．p軌域的機率密度呈啞鈴狀分布 ．x、y、z這三軸的p軌域共可容納6個電子

20 圖4-13　p軌域示意圖

21 4-3-3 d 軌域和 f 軌域 ．n ? 3時，每一n值均有相對應的d軌域 ．n ? 4時，每一n值都有相對應的f軌域

22 4-4 電子組態 ．將各電子所佔有的軌域依能量次序由低至高排列，並將所含電子數表示出來，此即電子組態
4-4　電子組態 ．將各電子所佔有的軌域依能量次序由低至高排列，並將所含電子數表示出來，此即電子組態 ．原子所含電子未收激發而處於最低的能量狀態時稱為基態 ．電子受激發而分布於較高能量的軌域稱為激發態

23 圖4-14　氫原子的軌域能階示意圖

24 圖4-15　多電子原子的軌域能階示意圖

25 4-4-1　遞建原理 ．電子填入軌域的順序，必須由低能階漸至高能階 ．若違背此原則，則原子組態處於激發態

26 4-4-2　包立不相容原理 ．每個軌域最多只能容納二個電子，且此二個電子的自旋方向相反 ．若違背此原理，則其電子組態不成立

27 4-4-3　洪德定則 電子佔有軌域時，需分別先佔有該軌域，待能量相等的軌域均成半滿狀態時，再繼續填入，此即洪德定則

28 表4-2　原子序21～30過渡元素的基態電子組態 [Ar] ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 鋅 30 [Ar] ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 銅 29 [Ar] ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ 鎳 28 [Ar] ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ 鈷 27 [Ar] ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ 鐵 26 [Ar] ↑↓ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 錳 25 [Ar] ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 鉻 24 [Ar] ↑↓ ↑ ↑ ↑ 釩 23 [Ar] ↑↓ ↑ ↑ 鈦 22 [Ar] ↑↓ ↑ 　 鈧 21 　　4s軌域　　3d軌域 元素 原子序

29 表4-3 原子序1～36原子的基態電子組態 [Ar] 3d104s24p6 [Ar] 3d104s24p5 [Ar] 3d104s24p4
表4-3　原子序1～36原子的基態電子組態 [Ar] 3d104s24p6 [Ar] 3d104s24p5 [Ar] 3d104s24p4 [Ar] 3d104s24p3 [Ar] 3d104s24p2 [Ar] 3d104s24p1 [Ar] 3d104s2 [Ar] 3d104s1 [Ar] 3d84s2 [Ar] 3d74s2 [Ar] 3d64s2 [Ar] 3d54s2 [Ar] 3d54s1 [Ar] 3d34s2 [Ar] 3d24s2 [Ar] 3d14s2 [Ar] 4s2 [Ar] 4s1 基態電子組態 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 原子序 氪 溴 硒 砷 鍺 鎵 鋅 銅 鎳 鈷 鐵 錳 鉻 釩 鈦 鈧 鈣 鉀 元素 [Ne] 3s23p6 [Ne] 3s23p5 [Ne] 3s23p4 [Ne] 3s23p3 [Ne] 3s23p2 [Ne] 3s23p1 [Ne] 3s2 1s22s22p63s1或[Ne] 3s1 1s22s22p6 1s22s22p5 1s22s22p4 1s22s22p3 1s22s22p2 1s22s22p1 1s22s2 1s22s1 1s2 1s1 Kr Ar 氬 18 Br Cl 氯 17 Se S 硫 16 As P 磷 15 Ge Si 矽 14 Ga Al 鋁 13 Zn Mg 鎂 12 Cu Na 鈉 11 Ni Ne 氖 10 Co F 氟 9 Fe O 氧 8 Mn N 氮 7 Cr C 碳 6 V B 硼 5 Ti Be 鈹 4 Sc Li 鋰 3 Ca He 氦 2 K H 氫 1 符號

30 4-5　元素與週期表 ．門得列夫建立了週期表 ．現今利用原子的電子組態說明原子結構遞變規律性及元素週期表 圖4-18　門得列夫紀念幣

31 4-5-1 週期表 德貝萊納研究元素原子量與其化性的關聯性 表4-4 德貝萊納的元素分類表 碘I 126.9 溴Br 79.9
4-5-1　週期表 德貝萊納研究元素原子量與其化性的關聯性 表4-4　德貝萊納的元素分類表 碘I 溴Br 氯Cl 碲Te 硒Se 硫S 銻Sb 砷As 磷P 鋇Ba 鍶Sr 鈣Ca 鉀K 鈉Na 鋰Li

32 ．門得列夫提出元素週期律，並預測了11種未知元素的性質
．莫斯利建立了元素的原子序，現代週期表即以原子序取代原子量排列

33 4-5-2 元素的規律性 橫列為週期，縱行為族： 1.A區為主族元素，包括金屬與非金屬元素，具有多樣的化性與物性
4-5-2　元素的規律性 橫列為週期，縱行為族： 1.A區為主族元素，包括金屬與非金屬元素，具有多樣的化性與物性 2.B區為過渡元素，均為金屬元素，所形成的化合物大部分具有特殊的顏色 3.C區為內過渡元素，包括鑭系及錒系元素，為金屬元素，大部分具有放射性及顏色 圖4-17 週期表中的元素分布

34 ．金屬性：同族元素由上至下漸增 ．非金屬性：同週期元素由左至右漸增 圖4-18　週期表中金屬與非金屬性質的趨勢

35 ．原子半徑：同族元素由上至下漸增；同週期元素由左至右漸減(限第2、3週期)
．原子量：大致隨原子序增加而增加 ．原子半徑：同族元素由上至下漸增；同週期元素由左至右漸減(限第2、3週期) 圖4-19　週期表中原子半徑大小分布情形

36 表4-5　鹼金族元素的性質 2.65 678.5 28.4 132.9 Cs 銫 2.48 687.9 39.05 85.47 Rb 銣 2.27 773.9 63.65 39.10 K 鉀 1.86 883.0 97.81 22.99 Na 鈉 1.52 1347.0 180.54 6.941 Li 鋰 原子半徑(?) 沸點(°C) 熔點(°C) 原子量 符號 元素