化学与化学工程学院无机化学教研室 无机化学 主讲：安玉民.

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1 化学与化学工程学院无机化学教研室 无机化学 主讲：安玉民

2 绪 论 一、化学是研究物质及其变化的科学 二、无机化学的研究对象、发展和前景 三、无机化学的教学内容和学习方法

3 无机化学的学习方法 1、搞清每个基本概念、基本理论的引出要点和它们的内容。
2、每章知识及时归纳整理，寻找知识体系和知识脉络。加强知识的理解记忆和应用。 3、元素及其化合物的性质的掌握，应尽可能地运用基本理论去理解。同时学会用对比、类比等方法寻找它们的共性和个性，以加强对物质的理解记忆。

4 5、实验内容提前预习，带着问题去完成实验。实验操作仔细认真、实验现象观察准确无误、实验结果分析透彻。形成严谨的学风和求真务实的科学态度。

5 参考教材 [1] 北师大等校编.无机化学（上、下册）（第四版） [2] 北京师范大学.无机化学实验（第三版）
[3] 武汉大学等校编.无机化学(上、下册)（第三版） [4] 大连理工大学无机教研室.无机化学（第四版） [5] 庞锡涛.无机化学(上、下册) [6] 杨德壬.无机化学(上、下册) [7] 王志林等.无机化学学习指导 [8] 刘新锦等.无机元素化学 [9] 徐家宁.无机化学例题与习题

6 第 1 章 原子结构与元素周期系

7 主要内容 道尔顿原子论 相对原子质量 原子的起源和演化 原子结构的波尔行星模型 氢原子结构的量子力学模型 基态原子电子组态 元素周期系
元素周期性

8 重点、难点 1.氢原子结构的量子力学模型 2.基态原子电子组态 3.元素周期系 4.元素周期性 教学方法 ： 讲授法

9 1-1 道尔顿原子论 化学原子论的创立 化学原子论的内容：
每一种化学元素有一种原子；同种原子质量相同，不同种原子质量不同；原子不可再分；一种原子不会转变为另一种原子；化学反应只是改变了原子的结合方式，使反应前的物质变成反应后的物质。 1805年,道尔顿明确地提出了他的原子论，这个理论点有：每一种化学元素有一种原子；同种原子质量相同，不同种原子质量不同；原子不可再分;一种原子不会转变为另一种原子;化学反应只是改变了原子的结合方式,使反应前的物质变成反应后的物质。

10 1-2 相对原子质量（原子量） 1-2-1元素、原子序数和元素符号
具有一定核电荷数（等于核内质子数）的原子称为一种（化学）元素。按（化学）元素的核电荷数进行排序，所得序号叫做原子序数。每一种元素有一个用拉丁字母表达的元素符号。在不同场合，元素符号可以代表一种元素，或者该元素的一个原子，也可代表该元素的1摩尔原子。

11 1-2-2核素、同位素和同位素丰度 稳定核素 放射性核素 单核素元素 多核素元素 核素——具有一定质子数和一定中子数的原子（的总称）。
元素——具有一定质子数的原子（的总称）。 同位素——质子数相同中子数不同的原子（的总称）。 稳定核素 放射性核素 元素 单核素元素 多核素元素

12 核素符号—通常用元素符号左上下角添加数字作为核素符号
核素符号—通常用元素符号左上下角添加数字作为核素符号.核素符号左下角的数字是该核素的原子核里的质子数，左上角的数字称为该核素的质量数，即核内质子数与中子数之和。 同位素—具有相同核电荷数、不同中子数的核素属于同一种元素，在元素周期表里占据同一个位置，互称同位素。

13 同位素丰度—某元素的各种天然同位素的分数组成（原子百分比）称为同位素丰度。例如，氧的同位素丰度为：f（16O）=99
同位素丰度—某元素的各种天然同位素的分数组成（原子百分比）称为同位素丰度。例如，氧的同位素丰度为：f（16O）=99.76%,f（17O）=0.04%f,（18O）=0.20%,而单核素元素，如氟，同位素丰度为f（19F）=100%。有些元素的同位素丰度随取样样本不同而涨落，通常所说的同位素丰度是指从地壳（包括岩石、水和大气）为取样范围的多样本平均值。

14 1-2-3原子的质量 以原子质量单位u为单位的某核素一个原子的质量称为该核素的原子质量。1u等于核素12C的原子质量的1/12。有的资料用amu或mu作为原子质量单位的符号。1u等于多少?可着取决于对核素12C的一个原子的质量的测定。最近的数据是： 1u= （9）*10-24 g 核素的质量与12C的原子质量1/12之比称为核素的相对原子质量。核素的相对原子质量在数值上等于核素的原子质量，量纲为一。

15 1-2-4元素的相对原子质量（原子量） 元素的相对原子质量（长期以来称为原子量）。根据国际原子量与同位素丰度委员会1979年的定义，原子量是指一种元素的1摩尔质量对核素12C的1摩尔质量的1/12的比值。这个定义表明： 元素的相对原子质量（原子量）是纯数。 单核素元素的相对原子质量（原子量）等于该元素的核素的相对原子质量。

16 多核素元素的相对原子质量（原子量）等于该元素的天然同位素相对原子质量的 加权平均值
用Ar 代表多核素元素的相对原子质量，则：  Ar=ΣfiMr,i 式中：f i ——同位素丰度； Mr,i——同位素相对原子质量

17 1-3 原子的起源和演化 宇宙之初 氢燃烧、氦燃烧、碳燃烧 α过程、e过程 重元素的诞生 宇宙大爆炸理论

18 1-4 原子结构的玻尔行星模型 1-4-1氢原子光谱 光谱仪可以测量物质发射或吸收的光的波长，拍摄各种光谱图。光谱图就像“指纹”辨人一样，可以辨别形成光谱的元素。人们用光谱分析发现了许多元素,如铯、铷、氦、镓、铟等十几种。 然而，直到本世纪初，人们只知道物质在高温或电激励下会发光，却不知道发光机理；人们知道每种元素有特定的光谱，却不知道为什么不同元素有不同光谱。

19 氢、氦、锂、钠、钡、汞、氖的发射光谱（从上到下）

20 氢光谱是所有元素的光谱中最简单的光谱。在可见光区，它的光谱只由几根分立的线状谱线组成,其波长和代号如下所示：
 谱线　 Hα Hβ Hγ Hδ H … 　编号(n) …　波长/nm … 　　不难发现，从红到紫,谱线的波长间隔越来越小。ｎ>5的谱线密得用肉眼几乎难以区分。1883年，瑞士的巴尔麦（J.J.Balmer ）发现，谱线波长(λ)与编号(n)之间存在如下经验方程：

21 里德堡(J.R.Rydberg 1854-1919)把巴尔麦的经验方程改写成如下的形式：
常数Ｒ后人称为里德堡常数，其数值为 ×107m-1。 氢的红外光谱和紫外光谱的谱线也符合里德堡方程，只需将1/22改为1/n12,n1=1,2,3,4;而把后一个n改写成n2=n1+1,n1+2,…即可。当ｎ1=2时,所得到的是可见光谱的谱线,称为巴尔麦系,当n1=3,得到氢的红外光谱,称为帕逊系,当n1=1,得到的是氢的紫外光谱,称为来曼系。

22 1-4-2玻尔理论 1、行星模型 电子不是在任意轨道上绕核运动，而是在一些符合一定条件的轨道（稳定轨道）上运动。 2、量子化条件
3、定态假设-基态和激发态

23 4、跃迁规则 处于激发态的电子不稳定，可以跃迁到离核较近的轨道上，这时会以光子形式放出能量，即释放出光能。 hν=E2-E1 利用玻尔理论计算原子轨道半径、轨道能量和里德堡常数。

24 当n=1时能量最低，此时能量为2.179×10-18J,此时对应的半径为52.9pm,称为玻尔半径。

25 1-5 氢原子结构（核外电子运动）的量子力学模型
1-5-1波粒二象性 物理学家们把光的粒子说和光的波动说统一起来，提出光的波粒二象性，认为光兼具粒子性和波动性两重性。 光的强度：I=h=2/4

26 P=mc=E/c=h/c=h/ 或 =h/P
上式等号的成立意味着： I=h=2/4 　　(1)在光的频率一定时，光子的密度()与光的振幅的平方(Y2)成正比： ∝Y2 　　这就是说，光的强度大，则光子的密度大，光波的振幅也大。 　　(2)光子的动量(P=mc，E=mc2其中m是光子的质量，c是光速)与光的波长(l)成反比： P=mc=E/c=h/c=h/ 或 =h/P 　　这意味着动量是粒子的特性，波长是波的特性，因而上式就是光的波粒二象性的数学表达式，这表明，光既是连续的波又是不连续的粒子流。

27 1-5-2德布罗意关系式 1927年, 德布罗意假定：所有的实物粒子都具有跟光一样的波粒二象性，引起科学界的轰动。
1-5-2德布罗意关系式  1927年, 德布罗意假定：所有的实物粒子都具有跟光一样的波粒二象性，引起科学界的轰动。 这就是说，表明光的波粒二象性的关系式不仅是光的特性，而且是所有像电子、质子、中子、原子等实物粒子的特性。这就赋予这个关系式以新的内涵，后来称为德布罗意关系式： =h/P=h/mv 按德布罗意关系式计算的各种实物粒子的质量、速度和波长。

28 实物颗粒的质量、速度与波长的关系 实物 质量m/kg 速度v/(m.s-1) 波长λ/pm 1V电压加速的电子 9.1×10-31
5.9×105 1200 100V电压加速的电子 5.9×106 120 1000V电压加速的电子 1.9×107 37 10000V电压加速的电子 5.9×107 12 He原子（300K） 6.6×10-27 1.4×103 72 Xe原子（300K） 2.3×10-25 2.4×102 垒球 2.0×10-1 30 1.1×10-22 枪弹 1.0×10-2 1.0×103 6.6×10-23

29 这一关系式被戴维森和革尔麦的电子衍射实验所证实。
计算表明，宏观物体的波长太短，根本无法测量，也无法察觉，因此我们对宏观物体不必考察其波动性，而对高速运动着的质量很小的微观物体，如核外电子，就要考察其波动性。 这一关系式被戴维森和革尔麦的电子衍射实验所证实。

30 (x)·(mv)≥h/4＝5.273×10-35kg·m2·s-1
1-5-3海森堡不确定原理 量子力学论证了，不能用描述宏观物体运动的“轨迹”概念来描述微观物体的运动。 所谓“轨迹”，就意味着运动中的物体在每一确定的时刻就有一确定的位置。微观粒子不同于宏观物体,它们的运动是无轨迹的，即在一确定的时间没有一确定的位置。 这一点可以用海森堡不确定原理来说明：对于一个物体的动量(mv)的测量的偏差(mv)和对该物体的位置(x)的测量偏差(x)的乘积处于普朗克常数的数量级,　　即： (x)·(mv)≥h/4＝5.273×10-35kg·m2·s-1

31 对于氢原子的基态电子，玻尔理论得出结论是：氢原子核外电子的玻尔半径是52. 9pm;它的运动速度为2
对于氢原子的基态电子，玻尔理论得出结论是：氢原子核外电子的玻尔半径是52.9pm;它的运动速度为2.18×107m/s,相当于光速(3×108m/s)的7％。已知电子的质量为9.1×10-31kg,假设我们对电子速度的测量准确量v=104m/s时，即： 　　(mv)=9.1×10-31×104kg·m/s 　　 =9.1×10-27kg·m/s 这样,电子的运动坐标的测量偏差就会大到: 　　x=5.273×10-35kg·m2·s-1÷9.1×10-27kg·m/s 　　=5795×10-12m= 5795 pm 这就是说，这个电子在相当于玻尔半径的约110倍(5795/52.9)的内外空间里都可以找到,则必须打破轨迹的束缚：宏观→确定时间→确定位置→轨迹。

32 1-5-4氢原子的量子力学模型 1、 电子云 电子出现几率密度大的地方，电子云浓密一些，电子出现几率密度小的地方，电子云稀薄一些。
　　 为了形象化地表示出电子的几率密度分布，可以将其看作为带负电荷的电子云。 　　 电子出现几率密度大的地方，电子云浓密一些，电子出现几率密度小的地方，电子云稀薄一些。 　　因此，电子云的正确意义并不是电子真的象云那样分散，不再是一个粒子，而只是电子行为统计结果的一种形象表示。 　　电子云图象中每一个小黑点表示电子出现在核外空间中的一次几率，几率密度越大，电子云图象中的小黑点越密。

33 （1）电子云的角度部分图示

34 （2）电子云的径向部分图示 　　D=4pr2R。D函数称为电子的径向分布函数，其物理意义是离核r“无限薄球壳”里电子出现的几率（几率等于几率密度乘体积，这里的体积就是极薄球壳的体积）。 　　D值越大表明在这个球壳里电子出现的几率越大。因而D函数可以称为电子球面几率图象（“球面”是“无限薄球壳”的形象语言）。氢原子的电子处于1s,2s,2p, 3s,3p,3d等轨道的D函数图象

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36 我们从图中看到，D函数图象是峰形的，峰数恰等于相应能级的主量子数n和角量子数l之差（n–l）。
特别要指出的是，氢原子的1s电子的D函数图象表明，该电子在离核52.9pm的球壳内出现的几率是最大的。52.9pm正好是玻尔半径ao 这就表明，玻尔理论说1s电子在52.9pm的圆形线性轨道上运行的结论是对氢原子核外基态电子运动的一种近似描述，而新量子力学则说，1s电子在原子核外任何一个点上都可能出现，只是在离核52.9pm的球壳内（不再是线性轨道）出现的几率最大

37 s电子是球形的，s电子的电子云图象是球形对称的，不存在取向问题。
（3）电子云在空间的取向 　　s电子是球形的，s电子的电子云图象是球形对称的，不存在取向问题。 　　p、d、f电子则与s电子不同。量子力学的结论是：p电子有3种取向，它们相互垂直（正交），分别叫px、py和pz电子。d电子有5种取向，分别叫dz2、dx2–y2、dxy、dxz和dyz。f电子有7种取向。 　　为方便起见，我们今后用“轨道”一词来描述不同状态的电子云。这里的“轨道”可以理解为电子在核外空间几率密度较大的区域。 　　换句话说，第一能层只有1个“轨道”——1s轨道；第二能层有4个“轨道”——2s轨道、2px轨道、2py轨道、2pz轨道；……，第n能层有n2个“轨道。

38 2、核外电子的可能运动状态 4个量子数 主量子数 ：n = 1、2、3、4----。表示原子中电子出现几率最大区域离核的远近，是决定电子能量高低的重要因素。决定电子层数。 角（副）量子数： L = 0、1、2 --- (n-1)； 表示原子轨道或电子云的形状，表示同一电子层中具有不同状态的分层，与多电子原子中的电子的能量有关。从能量角度上看，这些分层常称为能级。Ens＜Enp＜End＜Enf

39 n 确定时，L可取 L (n-1)的所有整数。
磁量子数：m =  i 取 0、1、 表示原子轨道或电子云在空间的伸展方向 m取 m   L 的所有整数。 自旋量子数m s ，其值为  1/2 。每一个电子层中，由于原子轨道形状的不同，可有不同的分层；又由于原子轨道在空间伸展方向不同，每一个分层中可有几个不同的原子轨道；每一个原子轨道中又可有两个电子处于自旋方向不同的运动状态。

40 电子的自旋 电子有两种相反的自旋方向—顺时针方向和逆时针方向 核外电子运动状态必须用4个量子数 n、L、m、m s 来描述，缺一不可。

41 1-6 基态原子组态（电子排布） 1-6-1.构造原理 1、多电子原子的能级
　除氢(及类氢原子)外的多电子原子中核外电子不止一个，不但存在电子与原子核之间的相互作用，而且还存在电子之间的相互作用。 　（1） 屏蔽效应 　如：锂原子核外的三个电子是1s22s1我们选定任何一个电子，其处在原子核和其余两个电子的共同作用之中，且这三个电子又在不停地运动，因此，要精确地确定其余两个电子对这个电子的作用是很困难的。我们用近似的方法来处理。

42 其余两个电子对所选定的电子的排斥作用，认为是它们屏蔽或削弱了原子核对选定电子的吸引作用。
这种其余电子对所选定的电子的排斥作用，相当于降低了部分核电荷（）对指定电子的吸引力，称为屏蔽效应。 　　—“屏蔽常数”或将原有核电荷抵消的部分。 　　Z-=Z* 　　Z*—有效核电荷

43 （2） 斯莱特规则-估算屏蔽常数的方法 　　（1）先将电子按内外次序分组：ns,np一组nd一组nf一组如：1s;2s,2p;3s3p;3d;4s,4p;4d;4f;5s,5p;5d;5f。 　　（2）外组电子对内组电子的屏蔽作用=0 　　（3）同一组，=0.35(但1s，=0.3) 　　（4）对ns,np，(n-1)组的=0.85；更内的各组=1 　　（5）对nd、nf的内组电子=1 　　这样能量公式为：

44 从能量公式中可知E与n有关，但与l有关，因此角量子数也间接地与能量联系。
例：求算基态钾原子的4s和3d电子的能量。(此题从填充电子的次序来看,最后一个电子是填入3d轨道,还是4s轨道) K 1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d1 3d=181=18,Z*=19-18=1 K 1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s1 4s=101+8 0.85 =16.8, Z*=2.2

45 （3） 钻穿效应 为什么电子在填充时会发生能级交错现象？ 外层电子钻到内层空间而靠近原子核的现象，称为钻穿作用。钻穿作用越大的电子的能量越低。因电子的钻穿作用不同而使它的能量发生变化的现象，称为钻穿效应。 可从图中看出4s轨道3d轨道钻得深，可以更好地回避其它电子的屏蔽，所以填充电子时先填充4s电子。

46 2）构造原理 大量实验与理论研究表明，如果假定每个电子的运动是独立的，又假定所有电子的相互作用力可以集中到原子核上，如同在原子核上添加一份负电荷，那么，氢原子电子运动状态——能层、能级、轨道和自旋——的概念可以迁移到多电子原子上描述其电子运动状态，但对基态原子，必须遵循如下原理：

47 (1)泡利原理——基态多电子原子中不可能同时存在4个量子数完全相同的电子。或，在一个轨道里最多只能容纳2个电子，它们的自旋方向相反。
　 (2)洪特规则——基态多电子原子中同一能级的轨道能量相等，称为简并轨道；基态多电子原子的电子总是首先自旋平行地、单独地填入简并轨道。 　　例如，2p能级有3个简并轨道，如果2p能级上有3个电子，它们将分别处于2px、2py和2pz轨道，而且自旋平行，如氮原子。如果2p能级有4个电子，其中一个轨道将有1对自旋相反的电子，这对电子处于哪一个2p轨道可认为没有差别。

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49 (3)能量最低原理——基态原子是处于最低能量状态的原子。
　　能量最低原理认为，基态原子核外电子的排布力求使整个原子的能量处于最低状态。 　　随核电荷数递增，大多数元素的电中性基态原子的电子按如下顺序填入核外电子运动轨道，叫做构造原理。

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51 随核电荷数递增,电子每一次从填入ns能级开始到填满np能级,称为建立一个周期，于是有：
第二周期：2s，2p 8 第三周期：3s，3p 8 第四周期：4s，3d，4p 第五周期：5s，4d，5p 第六周期：6s，4f，5d，6p 第七周期：7s，5f，5d， ?

52 1-6-2基态原子电子排布 周期系中有约20个元素的基态电中性原子的电子组态（electron configuration，又叫构型或排布)不符合构造原理，常见元素是： 元素 按构造原理的组态 实测组态　 (24Cr) s22s22p63s23p63d44s s22s22p63s23p63d54s1 (29Cu) s22s22p63s23p63d94s s22s22p63s23p63d104s1 (42Mo) s22s22p63s23p63d104s24p64d45s s22s22p63s23p63d104s24p64d55s1 (47Ag) s22s22p63s23p63d104s24p64d95s2　 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1 (79Au) s2···4s24p64d104f145s25p65d96s1　 1s2···4s24p64d104f145s25p65d106s1

53 铬和钼的组态为(n-1)d5ns1,而不是(n-1)d4ns2,这被称为“半充满规则”，这种组态使原子更稳定。但同族的钨却符合构造原理，不符合“半满规则”。
某些镧系元素和锕系元素也符合“半满规则”——以7个f轨道填满一半的(n-2)f7构型来代替(n-2)f8。 铜族元素基态原子电子组态为(n-1)d10ns1,而不是(n-1)d9ns2,这被称为“全充满规则”。 考察周期表可发现，第5周期有较多副族元素的电子组态不符合构造原理，多数具有5s1的最外层构型,尤其是钯(4d105s0)，是最特殊的例子。这表明第五周期元素的电子组态比较复杂，难以用简单规则来概括。

54 第五周期过渡金属原子的4d能级和5s能级的轨道能差别较小，导致5s1构型比5s2构型的能量更低。第六周期，其过渡金属的电子组态多数遵循构造原理，可归咎为6s能级能量降低、稳定性增大，与这种现象相关的还有第6周期p区元素的所谓“6s2惰性电子对效应”。这是由于6s电子相对于5d电子有更强的钻穿效应，受到原子核的有效吸引更大。 这种效应致使核外电子向原子核紧缩，整个原子的能量下降。6s2惰性电子对效应对第六周期元素许多性质也有明显影响，如原子半径、过渡后元素的低价稳定性、汞在常温下呈液态等等。

55 实验还表明，当电中性原子失去电子形成正离子时，总是首先失去最外层电子，因此，副族元素基态正离子的电子组态不符合构造原理。我国著名化学家徐光宪将电中性原子和正离子的电子组态的差异总结为：基态电中性原子的电子组态符合(n+0.7l)的顺序,基态正离子的电子组态符合(n+0.4l)的顺序（n和l分别是主量子数和角量子数）。

56 表：基态电中性原子的电子组态 1 氢H 1s1 15磷P [Ne] 3s23p3 2 氦He 1s2 16硫S [Ne] 3s23p4
3 锂Li [He] 2s1 4 铍Be [He] 2s2 5 硼B [He] 2s22p1 6 碳C [He] 2s22p2 7 氮N [He] 2s22p3 8 氧O [He] 2s22p4 9 氟F [He] 2s22p5 10氖Ne 1s2 2s22p6 11钠Na [Ne] 3s1 12镁Mg [Ne] 3s2 13铝Al [Ne] 3s23p1 14硅Si [Ne] 3s23p2 15磷P [Ne] 3s23p3 16硫S [Ne] 3s23p4 17氯Cl [Ne] 3s23p5 18氩Ar 1s22s22p63s23p6 19钾K [Ar] 4s1 20钙Ca [Ar] 4s2 21钪Sc [Ar] 3d14s2 22钛Ti [Ar] 3d24s2 23钒V [Ar] 3d34s2 24铬Cr* [Ar] 3d54s1 25锰Mn [Ar] 3d54s2 26铁Fe [Ar] 3d64s2 27钴Co [Ar] 3d74s2 28镍Ni [Ar] 3d84s2

57 1-7 元素周期系 1-7-1 元素周期律 1869年，俄国化学家门捷列夫在总结对比当时已知的60多种元素的性质时发现化学元素之间的本质联系：按原子量递增把化学元素排成序列，元素的性质发生周期性的递变。这就是元素周期律的最早表述。 1911年, 英国人莫塞莱在分析元素的特征X射线时发现，门捷列夫化学元素周期系中的原子序数与原子核内的质子数相等。 随后的原子核外电子排布理论则揭示了核外电子的周期性分层结构。因而，元素周期律就是：随核内质子数递增，核外电子呈现周期性排布，元素性质呈现周期性递变。

58 元素周期性：随原子序数递增，元素周期性地从金属渐 变成非金属,以稀有气体结束，又从金属渐变成非金属,以稀 有气体结束，如此循环反复。
1-7-2元素周期表 自从1869年门捷列夫给出第一张元素周期表的100多年以 来，至少已经出现700多种不同形式的周期表。人们制作周期 表的目的是为研究周期性的方便。研究对象不同，周期表的 形式就会不同。现在通用的是维尔纳长式周期表：

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60 维尔纳长式周期表:是由维尔纳（Alfred Werner 1866-1919）首先倡导的，长式周期表是目前最通用的元素周期表。它的结构如下：
(1)周期:维尔纳长式周期表分主表和副表。主表中的1—5行分别是完整的第1，2，3，4，5周期，但是，第6、7行不是完整的第6、7周期，其中的镧系元素和锕系元素被分离出来，形成主表下方的副表。 　　第一周期只有2个元素，叫特短周期，它的原子只有s电子；第二、三周期有8个元素，叫短周期，它们的原子有s电子和p电子；第四、五周期有18个元素，叫长周期，它们的原子除钾和钙外有s、p电子还有d电子；第六周期有32个元素，叫特长周期，它的原子除铯和钡外有s、d、p电子还有f电子；第七周期是未完成周期。

61 （2）列：维尔纳长式元素周期表有18列(纵列)。例如第1列为氢锂钠钾铷铯钫，第2列为铍镁钙锶钡镭，…第8列为铬钼钨 ，第 9列为锰锝铼 ，…等等。
（3）族 　　用罗马数字加A、B标记，如：IA、…VIIB A族：周期表最左边的两个纵列是IA和IIA主族；周期表最右边的6个纵列从左到右分别是IIIA，IVA，VA，VIA，VIIA主族和0(零)族。

62 主族元素的原子在形成化学键时只使用最外层电子(ns和/或np)，IA、IIA和VII族元素分称碱金属、碱土金属和卤素。
零族元素的确认在发现周期系之后，曾长期叫惰性气体（inert gases），直到60年代才发现它也能形成某些化合物，改称稀有气体（noble gases或rare gases）。 主族常用相应第二周期元素命名，如硼族、碳族、氮族，氧族等。此外，还常见到源自门捷列夫周期表的镓分族(镓铟铊)、锗分族(锗锡铅)、砷分族(砷锑铋)、硫分族（硫硒碲）等术语。

63 B族：从周期表左边第3纵列开始有10个纵列，每个纵列3个元素(包括第七周期元素应是4个元素)，从左到右的顺序是IIIB，IVB，VB，VIB，VIIB，VIII，IB，IIB。族序数与该族元素最高氧化态对应(有少数例外，如铜银金)； 　　VIII族是3个纵列9个元素，是狭义的“过渡元素”(这个概念是门捷列夫提出来的)。 　　副族常以相应第四周期元素命名，分称钪副族、钛副族、钒副族，...等，但VIII族中的铁钴镍(第四周期元素)又称铁系元素，钌铑钯锇铱铂(第五、六周期元素)则总称铂系元素。广义的过渡元素是指除主族元素外的所有其他元素。

64 (4)区 　　长式周期表的主表从左到右可分为s区，d区，ds区，p区4个区，有的教科书把ds区归入d区；副表(镧系和锕系)是f区元素

65 周期系已知112种元素中只有21种非金属（包括稀有气体），它们集中在长式周期表p区右上角三角区内。
准金属 非金属 金属 (5)非金属三角区 　　周期系已知112种元素中只有21种非金属（包括稀有气体），它们集中在长式周期表p区右上角三角区内。 处于非金属三角区边界上的元素兼具金属和非金属的特性，有时也称“半金属”或“准金属”，例如，硅是非金属，但其单质晶体为具蓝灰色金属光泽的半导体，锗是金属，却跟硅一样具金刚石型结构，也是半导体;又例如，砷是非金属，气态分子为类磷的As4，但有金属型的同素异形体。

66 1-8 元素周期性 元素周期系诸元素在性质上是如何相互联系的。下面讨论的原子半径、离子半径、电离能、电子亲和能、电负性等概念被总称“原子参数”，广泛用于说明元素的性质。 1-8-1.原子半径 原子的大小可以用“原子半径”来描述。原子半径的标度很多，各种不同的标度，原子半径的定义不同，差别可能很大。 根据量子力学理论，1965年定义原子最外层原子轨道电荷密度（即D函数）最大值所在球面为原子半径，用量子力学方法计算得出一套所谓“轨道半径”的理论原子半径。

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68 我们通常是用实验方法测定原子形成各种分子或固体后的核间距，对于同种原子，测得的核间距除以2，就得到该原子的半径，对于异种原子（设为AB），只要已知其中一种元素（如A）的原子半径，就可用核间距（如A—B）求取另一种元素（如B）的原子半径。

69 电离能 　　气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的能量叫做第一电离能。 　　一般用In作为电离能的符号，n=1，2，3，...分别叫第一电离能、第二电离能、第三电离能，...。 　　实质上，电离能是原子或离子的能量与它失去电子得到的产物的能量之差,如: 　　A(g)→A+(g)+e I1 = DE = E(A+) – E(A) 　　A+(g)→A2+(g)+e I2 = DE = E(A2+) – E(A+) 　　除氢原子和类氢原子外，所有多电子原子（或离子）的电离能跟“离去电子”的“轨道能”并不恰好相等。图：第一电离能的周期性

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71 　 图中给出了周期系各元素第一的电离能的周期性变化。从图中可见：
　　(1)每个周期的第一个元素(氢和碱金属)第一电离能最小，最后一个元素(稀有气体)的第一电离能最大。 　　(2)从第一周期到第六周期，元素的第一电离能在总体上呈现从小到大的周期性变化，而且，随周期序数增大，在大体上呈现第一电离能变小的趋势（He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn第一电离能逐个降低，H、Li、Na、K、Rb、Cs的第一电离能也逐个降低，尽管后几个碱金属的电离能相差不大——K：418.6；Rb：402.9；Cs：375.6；Fr：约375kJ/mol）。 第一电离能大小是碱金属最活泼而稀有气体最不活泼的最主要原因。

72 　(3)同一短周期从左到右第一电离能并非单调地增大。例如：第二周期硼的第一电离能比铍的小，出现一个锯齿形变化；随后的氧的第一电离能比氮小，又出现一个锯齿形。第三周期铝和镁、硫和磷之间也同样出现2个锯齿。
同周期的前一锯齿是由于Be、Mg的离去电子是相对稳定的已充满的ns电子，需要提供额外的能量；同周期的后一锯齿是由于N、P的离去电子是相对稳定的半充满的np3能级，需要提供额外的能量，导致第二个锯齿。

73 (4)同一长周期从左到右第一电离能的变化情况比较复杂，但总的看来，其中过渡金属(d区和ds区)的第一电离能差别较小，而过渡后(p区元素)电离能差别较大。
前者主要是由于过渡金属半径差别不大，后一元素多一个d电子和前一元素少一个d电子对最外层的s电子的轨道能的影响不很大。后者主要是由于离去电子为p电子，p电子构型变化时能量差别较大。

74 (5)第六周期从左到右第一电离能变化分四个阶段。
　　第一阶段Cs→Ba→La电离能增大，这跟前几个周期没有差别。 　　第二阶段从La→Lu，是镧系元素随核电荷递增电子填充在倒数第三层的4f能级，原子半径减小得很慢，最外层电子的轨道能变化很小，因此它们的第一电离能尽管也随原子序数增大逐渐增大，但幅度相对于d区元素来说彼此差别很小。 　　第三阶段是d区，从左到右第一电离能的增大比前两个周期显著得多，这是主要是由于镧系收缩引起原子半径相对收缩而有效核电荷增大。其中汞的第一电离能明显地高，很好地解释了汞的不活泼性。 　　第四阶段（p区）第一电离能的的变化幅度也因此而相对变小。

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76 1-8-3.电子亲和能 　气态电中性基态原子获得一个电子变为气态一价负离子放出的能量叫做电子亲和能。 　　负离子再得到一个电子的能量变化叫做第二电子亲和能。电子亲和能常以E为符号，单位为kJ/mol(或eV——电子伏特)。 　例如，F的电子亲和能为322kJ/mol,即3.399eV，H的电子亲和能为72.9kJ/mol，即0.754eV；O的电子亲和能为141kJ/mol，而O的第二电子亲和能为–780 kJ/mol。电子亲和能和电离能的数符(正负号)的取值规则是不同的（跟热力学的规定正相反）,取正值的电子亲和能是体系放出能量,而取正值的电离能却是体系吸收能量,这是在应用时要特别注意的地方。

77 表 主族元素的电子亲和能/kJ·mol–1 H 72.9 Li Be B C N O F Ne 59.8 – – – Na Mg Al Si P S Cl Ar 52.9 – – K Ca Ga Ge As Se Br Kr 48.4 – – Rb Sr In Sn Sb Te I Xe 46.9 – – Cs Ba Tl Pb Bi Po At Rn 45.5 – – – –

78 从上表可见，随核电荷递增或同族元素从上到下，电子亲和能的变化情况并不单调，比较复杂。
例如，从左到右，B→C→N→O和Al→Si→P→S，电子亲和能的变化都呈波浪形发展，从上到下地看，第二周期元素的电子亲和能竟出乎意料地小。氯的电子亲和能反而是诸元素中电子亲和能最大的。氮的电子亲和能是负值也很难理解，难道氮原子没有获得电子变成负离子的能力？碱金属的电子亲和能比许多非金属的电子亲和能大。 电子亲和能的大小并不能直接反映元素的非金属性的大小。

79 1-8-4.电负性 1932年，泡林提出电负性的概念，用来确定化合物中的原子对电子吸引能力的相对大小（c）。
例如，在HF分子中有一对共用电子对H:F事实表明，HF分子是极性分子，氢原子带正电（d+），氟原子带负电（d–），表明氟原子吸引电子的能力大于氢原子，即氟的电负性比氢的电负性大。电负性可以通过多种实验的和理论的方法来建立标度。 　　最经典的电负性标度是泡林标度。假定氟的电负性为4.0，作为确定其他元素电负性的相对标准。

80 H 2.1 Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Cs Ba La-Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Fr Ra Ac-No 电负性的周期性

81 由表可见,氟的电负性最大；铯（和钫）的电负性最小；氢的电负性为2. 1；非金属的电负性大多>2. 0；s区金属电负性大多小于1
由表可见,氟的电负性最大；铯（和钫）的电负性最小；氢的电负性为2.1；非金属的电负性大多>2.0；s区金属电负性大多小于1.2；而d-,ds-和p-区金属的电负性在1.7左右。 　　1934年马利肯(R.S.Mulliken )建议把元素的第一电离能和电子亲和能的平均值[½(I1+E)/eV=c]作为电负性的标度。尽管由于电子亲和能数值不齐全，马利肯电负性数值不多，但马利肯电负性(Mc)与泡林电负性(Pc)呈现很好的线性关系[Pc=(0.336Mc-0.207)],可见马利肯对电负性的思考对理解电负性跟电离能与电子亲和能的关系以及电负性的物理意义很有帮助。

82 1957年阿莱（A.L.Allred）和罗周(E.Rochow)又从另一个角度建立了一套电负性的新标度：
c=(0.359Z*/r2)+0.744, 其中Z*为原子核有效电荷，r为原子半径。 　　阿莱-罗周电负性与泡林电负性也吻合得很好，而且，还可以求得不同价态的原子的电负性，如Fe2+:1.8, Fe3+:1.9,Cu+:1.9,Cu2+:2.0等，又一次加深了对电负性的理解。 　　考虑到电负性的应用主要是定性地判断化学键的性质，我们仍取经典的、尽管较粗略但数据却相对好记忆的泡林标度。 　　分子的许多性质可以通过泡林电负性进行理论估算,例如,用电负性可以估算共价键的离子性百分数等。

83 1-8-5.氧化态 　1）正氧化态 　　绝大多数元素的最高正氧化态等于它所在族的序数。但氧通常为-1和-２价,氟没有正氧化态，IB族铜银金的最高氧化态则全超过+1，已知的最高价分别为+4，+3和+5。 　　80年代出现的钇钡铜氧高临界温度超导体中,铜呈+2和+3两种氧化态。AgO中的银呈+1和+3两种氧化态。

84 2）负氧化态 　　非金属元素普遍可呈现负氧化态。它们的最低负氧化态等于族序数减8。 　　过去认为金属不可能呈现负氧化态，但在金属羰基化合物的衍生物中，负氧化态金属不是个别的例子，例如，我们可认为在Mn2(CO)10中锰的氧化态为零(其中CO可看成电中性分子)，则在羰基化合物衍生物 [Mn(CO)5]–中，可认为锰呈–1氧化态。