第8章　原子结构 主讲教师：姜凤超.

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1 第8章　原子结构 主讲教师：姜凤超

2 教学要求： 　　1．了解原子结构基本理论形成的过程：人类认识原子结构的重大发现、氢原子光谱特点、玻尔原子模型、微观粒子运动的二象性、现代原子结构理论的基本内容。 　　2．掌握四个量子数的函义：取值范围、物理意义、表示方法。能够区别径向波函数图和角度波函数图，电子云的径向分布图和角度分布图。 　　3．掌握核外电子的排布规律：原子轨道能级图、电子排布三原则、电子排布的周期性规律。 　　4．了解元素周期律与原子结构间的关系：元素的电离势、电子亲合势、电负性等变化规律。 华中科技大学远程教学

3 Introduction 化合物由原子组成，原子结构的知识是了解物质结构和性质的基础。 化学变化只包含旧的化学键的破坏和新的化学键的形成。
　化合物由原子组成，原子结构的知识是了解物质结构和性质的基础。 　化学变化只包含旧的化学键的破坏和新的化学键的形成。 　物质化学性质及其变化规律，必须清楚物质的内部结构，特别是原子结构及核外电子的运动状态。 华中科技大学远程教学

4 8.1　原子核外电子的运动状态 　1．Bohr 的氢原子模型 　2．微观粒子的波粒二象性 　3．核外电子运动状态的描述 华中科技大学远程教学

5 一、Bohr的氢原子模型 （一）Bohr modol建立的基础 Hydrogen spectrum
　　1．连续光谱(continuous spectra) 和线状光谱(line spectrum) 　太阳光或白炽灯发出的广，通过三棱镜折射后，得到不同波长的广，这种光谱为连续光谱。 　原子光谱为不连续的线状光谱 华中科技大学远程教学

6 氢原子光谱 最简单的原子光谱，在可见光区有四条谱线（Balmer系) Hα= 656.229nm，Hβ= 486.133nm
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7 Redberg 方程（氢原子光谱的规律性）
瑞典 1913 华中科技大学远程教学

8 Hydrogen spectrum ν= R(1/n12-1/n22)
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9 Planck的量子论 Planck M 的量子化理论：
　　物质吸收和发射能量是不连续的，即物质吸收和发射能量，只能以单个的、一定分量的能量，一分一分地或按照一个基本分量的倍数吸收或发射能量，即能量是量子化的。 　　这个能量的最小单位为能量子（量子quantum）。 华中科技大学远程教学

10 爱因斯坦的光子学说 Einstein A 提出光子学说: 当能量以光的形式传播时，其最小单位光量子（光子Photon）: E = hν
　　E 能量、ν频率 h Planck constant 　　h = 6.626×10-34J.s 华中科技大学远程教学

11 原子核 定态（能级） （二）Bohr model 1．定态规则
　　原子核外有一系列定态（轨道,能级），每一定态都有相应的能级，离核越远能量越高，电子在定态的能级上绕核旋转时，既不吸收也不放出能量，但 其运动的角动量要受到限制: 定态（能级） 原子核 华中科技大学远程教学

12 Bohr model 电子的基态和激发态 2．频率规则
　当电子由一定态跃迁到另一定态时， 就会吸收或放出能量，其大小取决于两轨道间的能量差， 由高能级跃迁到低能级时，将以光子的形式放出能量。 电子的基态和激发态 华中科技大学远程教学

13 Bohr model 电子运动的能量 电子绕核运动的半径 对氢原子而言，则有 半径 能量 华中科技大学远程教学

14 Bohr model 的应用 1．应用 ①具有一定能量的轨道就是一个能级， 提出“能级”的概念。 ②指出核外电子运动的物理量量子化的概念。
　　①具有一定能量的轨道就是一个能级， 提出“能级”的概念。 　　②指出核外电子运动的物理量量子化的概念。 　　③成功的解释了氢原子光谱，指出原子光谱的产生是由于电子在不同能级间跃迁的结果。 　　④计算原子的电离能。 2．局限性 　　①不能解释多电子原子体系。甚至连氢原子的精细光谱也不能解释。 　　②不能用于解释化学键的形成等。 华中科技大学远程教学

15 二、微观粒子的波粒二象性 （The wave-particle duality of micronize）
1．What’s wave-particle duality ②　波粒二象性: 在不同条件下，电子或其他微观粒分别显示波动性和粒子性的性质. ①　 微观粒子: 空间线度小于10-7cm的粒子或具有与Planck常数h相对应数值的粒子 ③　光的波粒二相性 E = hν P = h/λ 波粒二相性是微观粒子运动表现的本性, 二者是相互的，在一定条件下可互相转化 华中科技大学远程教学

16 微观粒子的波粒二象性 德布罗意 的预言 2．De Broglie wave------matter wave Dr . De Broglie
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17 微观粒子的波粒二象性 3．The Heisenberg uncertainly principle 测不准原理（Werner Heisenberg, 1926） 　　微观粒子不能同时准确测量其位置和动量。测不准关系式： （8-14） （8-15）  x －粒子的位置不确定量  －粒子的运动速度不确定量 华中科技大学远程教学

18 三、原子核外电子运动状态描述 1．wave function and atomic orbital
2．Probability density and electronic cloud 3．波函数的空间图像 4．四个量子数 华中科技大学远程教学

19 Schradinger Equation是波动性与粒子性的完美统一
（一）wave function and atomic orbital 用波函数来表示微观粒子在三维空间运动规律的式子称为薛定谔方程 —— ＋——＋——　＝－——（E-V） 2 x2 y2 z2 h2 82m ——量子力学中描述核外电子（微观粒子）在空间运动状态的数学函数式（波函数），即原子轨道 x，y，z 确定微观粒子位置的三维坐标，m-微粒质量，h-普朗克常数 V——电子的势能；E——电子的总能量；(E-V)为电子的动能 Schradinger Equation是波动性与粒子性的完美统一 华中科技大学远程教学

20 (1)Ψ是Schradinger 方程的一个解. 是描述核外电子在空间运动状态的数学函数式,一定 的Ψ表示电子的一种运动状态.
2．Wave function Ψ 　(1)Ψ是Schradinger 方程的一个解. 是描述核外电子在空间运动状态的数学函数式,一定 的Ψ表示电子的一种运动状态. 　(2)每一个Ψ都有相应的能量预之相对应,对单电子体系而言: 华中科技大学远程教学

21 (3)Ψ无直观的物理意义, 但┃Ψ┃2 表示原子核外空间某处电子出现的几率。
　　(3)Ψ无直观的物理意义, 但┃Ψ┃2 表示原子核外空间某处电子出现的几率。 　　(4)Ψ与原子轨道是同义语。 　　(5)对多电子体系而言，在一定状态下，体系中每一个电子都有自己的Ψ。并且都有一个E与之相对应。 华中科技大学远程教学

22 （二） probability density and electronic cloud
　Bohn 的统计性解释 　微观粒子的波动性实际上是许多相应独立的条件相同的电子运动的统计性结果, 适于微粒运动（粒子性）的统计性规律联系在一起的, 即微观粒子的波动性是其粒子性的统计性结果。 华中科技大学远程教学

23 probability density and electronic cloud
　　几率密度与电子云 　　1．几率密度: 　　　　 　　dp = │Ψ(x.y.z)│2dτ 　　　8-18 　　│Ψ(x.y.z)│2 电子在(x,y,z)点附近的单位体积元内出现的几率, 即几率密度. 华中科技大学远程教学

24 A．电子云是电子在核外空间运动行为的一种统计性的形象说法。
2．几率密度的形象化表示----电子云 　　A．电子云是电子在核外空间运动行为的一种统计性的形象说法。 　　B．电子云是一种图像，是电子在原子核外空间出现的几率密度│Ψ│2分布的形象化描述。 　　C．电子云是统计性结果，│Ψ│2是理论计算，二者都表示几率密度, 故电子云是│Ψ│2的具体图像。 　　D．电子在原子核外的每一种运动状态都有相应的 Ψ和│Ψ│2 。 华中科技大学远程教学

25 球形对称，电子在核外半径相等处的各个方向上出现的几率都相等.
3 ．几种电子云的形状及特点 　s 电子云 　s orbitals are all gerade orbitals, because it is all symmetrical to center 　球形对称，电子在核外半径相等处的各个方向上出现的几率都相等. 华中科技大学远程教学

26 无柄哑铃型， 沿一轴方向上电子出现几率密度最大，其它二轴及原点上几乎无电子出现,有三种不同的取向: Px,、Py、Pz。
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27 2．有五种不同的取向dxy, dxz, dyz, dz2, dx2-y2 d电子云
1．花瓣型 2．有五种不同的取向dxy, dxz, dyz, dz2, dx2-y2 d电子云 dxy, dxz, dyz三种电子云剖面相互垂直,四个花瓣分别在xy xz, yz平面, 且原点到各瓣端连线为各坐标的角平分线。 C. dz2 电子云剖面在z轴上, 且围绕z的xy轴平面上有一个园环。 B. dx2-y2电子云剖面在xy平面上,且原点到花瓣顶端连线正好在x,y轴上。 华中科技大学远程教学

28 d电子云形状 华中科技大学远程教学

29 描述在三维空间运动的波函数可用球坐标来表示为 （r，，），为了描述方便，可以利用变量分离的方法又可将其表示为：
（三）波函数的空间图像 　　1．波函数的径向部分和角度部分 　　描述在三维空间运动的波函数可用球坐标来表示为 （r，，），为了描述方便，可以利用变量分离的方法又可将其表示为： 　　（r，，）＝R(r)·Y(，) 　　R（r）──称为波函数的径向部分，也称径向波函数。描述电子运动随半径变化分布的波函数。 　　Y（，）──称为波函数的角度部分，也称角度波函数。描述电子运动随角度变化分布的波函数。 华中科技大学远程教学

30 （the Radial Distribution Function） 1．径向分布函数 dP= 4πr2│Ψ│2dr =│Ψ│2dτ
2．径向分布函数 （the Radial Distribution Function） 　　1．径向分布函数 　　dP= 4πr2│Ψ│2dr 　　　 =│Ψ│2dτ 　　令D( r ) = 4πr2│Ψ│2 　　　　　 = 4πr2│R( r )│2 　　dp = D( r )dr 　　D( r ) 表示在一厚度为dr并与核相距为不同r 时的球壳中电子出现的几率。作D( r )～r图就可得到电子的相应的各种状态分布图。 dr r 华中科技大学远程教学

31 　以D(r)对r作图： 氢原子电子云径向分布函数图 华中科技大学远程教学

32 3．角度波函数（The Angular wave Functions） (1)类型: 原子轨道的角度分布与电子云的角度分布两种.
　　(1)类型: 原子轨道的角度分布与电子云的角度分布两种. 　　(2)原子轨道的角度分布 　　Ypz = R COSθ 　　可理解为在距核r处的同一球面上，各点的波函数数值的相对大小,反应了在同一球面上不同角度不同方向上的电子云分布情况. 华中科技大学远程教学

33 Y(θφ )与量子数L，M有关，与n无关，只要L，M相同的状态，其原子轨道角度分布就相同。
　Pz就象一个对等的球壳，曲面上一叶的波函数数值为正,下一叶为负。 　3 电子云的角度分布。 华中科技大学远程教学

34 Ypz │Ypz│2 华中科技大学远程教学

35 (1)原子轨道的角度分布是由Y(θφ) ，原子轨道的角度分布是由Y2(θφ)得来的。
4．原子轨道与电子云角度分布的关系 　(1)原子轨道的角度分布是由Y(θφ) ，原子轨道的角度分布是由Y2(θφ)得来的。 　(2)二者图形基本相似，后者稍微瘦一些，因为Y(θφ) <1, Y2(θφ)更小。 　(3)原子轨道角度分布有正负之分，这里的正负号只与原子轨道的对称性有关，并无电子之意。 华中科技大学远程教学

36 波函数和电子云的异同 波函数Ψ 电子云 描述原子核外电子空间运动状态的数学函数式，处于一定状态的电子,有一定的几率密度分布 Ψ = 原子轨道
Ψ = 原子轨道 但ψ还有r, E 及 ，有些物理量可求定值,如E，有些物理量求均值如: r ψ的图像有正负之分.. 电子在原子核外空间出现的几率密度的形象化表示，即 有 ψ才有 。 不可能有r 和E. 图像无正负之分 华中科技大学远程教学

37 主量子数 n (Principle quantum number) 角量子数 l (Angular quantum number)
（四） 四个量子数 　主量子数 n (Principle quantum number) 　角量子数 l (Angular quantum number) 　磁量子数 m (the magnetic quantum number) 　自旋量子数 　ms(Spin quantum number) 华中科技大学远程教学

38 1．主量子数 （Principle quantum number） （1）意义: 描述原子中电子出现几率最大区域据原子核的远近；
　描述原子中电子出现几率最大区域据原子核的远近； 　决定电子离核的平均距离; 　也可以说：n是决定电子的层数的， 是表示电子在空间运动所占据的有效体积。 　n = 1 第一电子层 ； n = 2 第二电子层。 华中科技大学远程教学

39 b．对多电子体系，原子轨道相同时， E 随n的增加而增加。
　是决定电子能量高低的主要因素: 　　a．对单电子体系而言 n 增时, E大, 　　b．对多电子体系，原子轨道相同时， E 随n的增加而增加。 　　E1s<E2s< E3s<E4s 华中科技大学远程教学

40 （2）取值及光谱学符号: 取非零正整数: 1， 2，3，……n 取值 1 2 3 4 光谱学符号 K L M N 取值 5 6 7 8
　　取值　　　　　1　　　 2　　　 3　　 4 　　光谱学符号　　K　　　L　　　M　　N 　　取值　　　　　5　　　 　　光谱学符号 O P Q R 华中科技大学远程教学

41 2．角量子数 （ANGULAR QUANTUM NUMBER）
　(1)主层中又有数个分层，每个分层有量子数1来标示， 有时又叫副量子数（suborbital quantum number）。 　(2)意义: 　　表示同一个电子层（electron shell）中具有不同形状的分层（或亚层subshell,有时叫能级energy levels）。 华中科技大学远程教学

42 n 分层数 分层符号 1取值 1 1个分层 s 0 2 2 个分层 s，p 0,1 3 3个分层 s，p ，d 0,1.2
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43 表示该分层中原子轨道的形状 l 值 光谱学符号 形状 0 sharp S 锐系 球形对称，球体
　表示该分层中原子轨道的形状 　l 值　　　光谱学符号　　　　　　形状 　0　　　sharp　S 锐系　　　球形对称，球体 　1　　　principle P 主系　　哑铃型，纺锤体 　2　　　diffuse d 漫系　　　　梅花瓣型 　3　　　fundamental f 基系　　　花瓣型 　与主量子数n一起决定体系的能量 华中科技大学远程教学

44 对同一主量子数n而言，取小于n的正整数包括零 n 1 2 3 4 k l m n l 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3
　取值及光谱学符号: 　　对同一主量子数n而言，取小于n的正整数包括零 　n　　　1　　　　2 　　　　3　　　　4 　 k　　　　l　　　　m　　　　n 　l 　 　　 　 　　 s s　2p 　 3s 3p 3d　4s 4p 4d 4f 华中科技大学远程教学

45 3．磁量子数 M （ The Magnetic Quantum Number）
（1）意义 　表示原子光谱中某一谱线在磁场中分裂出的新的谱线的条数. 　决定角动量在空间给定方向上分量的大小, 即 　决定原子轨道（Atomic orbital）在空间的伸展方向; 华中科技大学远程教学

46 对于给定的一个l而言,m可取0，±1， ±2，±3， ……±l
（2）取值: 　对于给定的一个l而言,m可取0，±1， ±2，±3， ……±l 　m的取置与l有关. 　同一分层中，m可取2l+1个数 　同一主层中，m可取n2个数 华中科技大学远程教学

47 有了n、m、l三个量子数就可确定一个原子轨道 n l m 能级 主层 轨道 2 0 0 2s 2 2s 3 1 0 3p 3 3Pz
（3）总结 　　有了n、m、l三个量子数就可确定一个原子轨道 　　n l m 能级 　主层 轨道 　　 s s 　　 p Pz 　　 d dz2 华中科技大学远程教学

48 4．自旋量子数 Ms （SPIN QUANTUM NUMBER）
（1）由来: （2）取值: + 1/2, -1/2 （3）注意: 　Ms不是由解Schrodinger方程得来的，是由实验事实引进的一个假设，后经量子力学证明，但仍用原名。 　电子的自旋是不可能的，更不可能绕本身的轴自旋. 　根据四个量子数的取值规则，则每一电子层中可容纳的电子总数为2n2。 华中科技大学远程教学

49 四个量子数的作用 n 决定电子的层,能量 n,l 决定能级 n,l,m 决定原子轨道 n,l,m,ms 决定电子的运动状态
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50 电子运动状态特点小结 1．表征微观粒子某些性质的物理量是不连续的 如能量，光子。它只能取某一最小数值的整倍数，这一最小数值称为量子。
　　1．表征微观粒子某些性质的物理量是不连续的 如能量，光子。它只能取某一最小数值的整倍数，这一最小数值称为量子。 　　2．微观粒子运动具有波粒二象性 它的位置和动量不能同时准确测量，电子的运动状态是用波函数来描述的，是通过解薛定谔方程得到的，要表示 　　电子的运动状态，必须用到四个量子 数（n,1,m,ms）。描述电子运动的每一种 空间状态n,l,m，又形象地称为电子的运动 轨道。 华中科技大学远程教学

51 3．波函数 原子轨道 电子云的区别和联系 　　波函数n,l,m 表示电子的运动轨道　它又称原子轨道,如1s， 2Px。波函数可分解为径向波函数和角度函数数，它们的分布图有正负号部分。 　　││2表示电子出现的几率密度　电子云是用小黑点的浓稀不同来形象表示电子在空间出现的几率密度的大小，电子云又可用界面图来表示，常用的是平面界面图。电子云也可用径向分布图[D(r)-r]和角度分布图Y2(，)来表示，它们的图形没有正负号。 华中科技大学远程教学

52 8.2　核外电子的排布和元素周期系 （The Distribution of Electrons and the Periodic Chart of the Elements）
一、 多电子原子的能级 二、 核外电子排布的规则 三、原子的电子层结构及元素的周期性 华中科技大学远程教学

53 一、 多电子原子的能级 （一） 屏蔽效应（shielding effect）
　中心势场模型 （self-consistent field theory , SCF） 　　将原子核和其它电子的作用，看作是减少了原子核的作用，只考虑这个复合核对一个电子的作用, 　在多电子原子中，对所选定电子所受的其它电子的作用，看作是来自一个核电荷为(Z-)的单中心势场，Z*=(Z-)称为有效核电荷，称为屏蔽常数。用这种方法来处理多电子原子的能量称为中心势场模型。 华中科技大学远程教学

54 能量计算 　单电子体系: 　多电子体系: 8-25 华中科技大学远程教学

55 在多电子原子中，某一电子受其它电子的排斥作用抵消了原子核对该电子的吸引作用，使有效核电荷数比原子序数小。
　屏蔽效应: 　　在多电子原子中，某一电子受其它电子的排斥作用抵消了原子核对该电子的吸引作用，使有效核电荷数比原子序数小。 Z* = Z – σ σ为屏蔽常数 　有效核电荷 8-26 华中科技大学远程教学

56 屏蔽电子的数目，电子所处轨道的大小，形状，能级，距核的远近，电子运动的状态等均影响。
　影响因素 　屏蔽电子的数目，电子所处轨道的大小，形状，能级，距核的远近，电子运动的状态等均影响。 　　可用Slater`s rules近似计算有效核电荷。 　对能量的影响 　　l相同时，E正比于n， n增加，E增。 　　如：E1s<E2s<E3s 　　n相同时，E正比于l， l增加，E增加。 　　如：E3s<E3p<E3d 华中科技大学远程教学

57 （二） 钻穿效应（Penetration affection） 1．电子具有的深入原子内部空间壳层（又叫原子实）而靠近核的本领.
　1．电子具有的深入原子内部空间壳层（又叫原子实）而靠近核的本领. 　2．原子轨道径向分布图(D (r)~r) 有n-l 个峰和n-l-1个节面。 　钻穿效应是由于电子云的径向分布不同而引起的能量效应。 华中科技大学远程教学

58 华中科技大学远程教学

59 （三）　结论 　屏蔽效应和钻穿效应都是能量效应, 前者使体系能量升高,后者使体系能量下降. 可用来解释因为能量的变化而导致的一些现象。 能 量 屏蔽效应 钻穿效应 华中科技大学远程教学

60 （四） Pauling 的原子轨道近似能级图
Pauling LC 华中科技大学远程教学

61 徐光宪的n+0.7l规则 轨道 n+0.7l 能级组 状态 1s 1.0 Ⅰ 2 2s 2.0 Ⅱ 8 2p 2.7 3s 3.0 Ⅲ sp
3.7 4s 4.0 Ⅳ 18 3d 4.4 4p 4.7 5s 5.0 Ⅴ 华中科技大学远程教学

62 二、 核外电子排布规则 1． The Lowest Energy principle （Aufban principle 建造原理）
　　2．Pauli Exclusion principle （In a given atom，no two electrons may have all four quantum numbers identical） 　在同一个原子中没有运动状态完全相同的电子; 即每一个原子轨道最多可容纳两个电子, 且这两个电子的自旋方向必须相反。 华中科技大学远程教学

63 　每种原子轨道最多可容纳电子数: 　轨道 s　　　p　　　d　　　f 　轨道数 　　　3　　　5　　　7 　可填电子数 　　　6　　　10　　 14 华中科技大学远程教学

64 在n, l 相同的简并轨道上分布的电子,将尽可能的分占不同的轨道，且自旋平行; （在等价轨道中自旋方向相同的成单电子越多，体系就越稳定。）
3．Hund`s rule 　在n, l 相同的简并轨道上分布的电子,将尽可能的分占不同的轨道，且自旋平行; （在等价轨道中自旋方向相同的成单电子越多，体系就越稳定。） 　Hund`S rule 是经验规则。 　特例: 等价轨道电子排布全满, 半满或全空时体系稳定。 　全满: P6, d10, f14 　半满: P3, d5, f7 　全空: P0, d0, f0 华中科技大学远程教学

65 实例 1．10He 1s22s22p6 ns np电子达到8个时稳定，称为稀有气体结构。
　　26Fe 1s22s22p6 3s23p63d6 2s2 　　这种写法叫组态符号法。 华中科技大学远程教学

66 　原子实+价电子法 　　26Fe 　1s22s22p63s23p63d6　　2s2 　　内层的1s22s22p6 3s23p6是稀有气体结构, 内层电子对原子性质影响不大，为了方便将其写成“原子实(atomic kernel)”的形式。 　　即26Fe [Ar]3d6 2s2 华中科技大学远程教学

67 价层电子构型法 组态符号法 1s22s22p63s23p63d54s1 原子实+价电子构型法 [Ar] 3d54s1
　价层电子构型法 　　组态符号法 1s22s22p63s23p63d54s1 　　原子实+价电子构型法 [Ar] 3d54s1 　　价电子构型法 3d54s1 　　原子轨道图示法 华中科技大学远程教学

68 原子构型写法 记清稀有气体结构 2[He] 、 10 [Ne] 、18 [Ar] 、36 [Kr] 、54 [Xe] 特殊情况要记准
　记清稀有气体结构 　　2[He] 、 10 [Ne] 、18 [Ar] 、36 [Kr] 、54 [Xe] 　特殊情况要记准 　　如24Cr [Ar]3d54s1， 29Cu [Ar]3d104s1 华中科技大学远程教学

69 三、原子的电子层结构及元素周期性 原子的电子层结构 原子的电子构型与元素的周期 原子的电子构型与元素的族 原子的电子构型与元素的分区
　原子的电子层结构 　原子的电子构型与元素的周期 　原子的电子构型与元素的族 　原子的电子构型与元素的分区 门捷列夫 华中科技大学远程教学

70 华中科技大学远程教学

71 （一）原子的电子层结构 周期 1 2 3 4 5 6 7 能级组 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ 轨道数 1 4 4 9 9 16 16
周期　　　 1　　 2　　 3　　 4　　 5　　 6　　 7 能级组　　Ⅰ　　Ⅱ　　Ⅲ　　Ⅳ　　Ⅴ　　Ⅵ　　Ⅶ 轨道数　　 1　　 4　　 4　　 9　　 9　　 16　　16 电子数　　 2 　　 8 　　8　　 18　　18　　32　　32 轨道数　　 1 　　 4　　 4　　 9　　 9　　 16　　16 元素总数　 2 　　 8　　 8　　 18　　18　　32　　未满 华中科技大学远程教学

72 长表 有七个周期，三个短周期，三个长周期，一个不完全周期。
（二）原子的电子构型与元素的周期 　长表　有七个周期，三个短周期，三个长周期，一个不完全周期。 　电子的填充过程实际上是按照能级组的顺序实现的 　每一个新的周期的出现就是一个新的能级组的建。立，同时一个周期的完成，是一个能级组被电子所充满。 　每个周期的元素的数目，等于相应能级组中原子轨道所能容纳的电子总数。 华中科技大学远程教学

73 周期的本质 周期是按原子能级组数目的不同对元素进行的分类，能级组的划分是导致周期表划分为周期的重要因素。 周期的判断
　　周期是按原子能级组数目的不同对元素进行的分类，能级组的划分是导致周期表划分为周期的重要因素。 　　周期的判断 　　周期数 = 最高能级组的组数(或电子层数] 　　最高能级组是第四能级组， 　　最外层电子4s，n = 第四周期 华中科技大学远程教学

74 长表 16个族，7个主族，7个副族，1个零族，1个Ⅷ族。
（三）原子的电子层结构与族的关系 　长表 16个族，7个主族，7个副族，1个零族，1个Ⅷ族。 　族的实质 　　根据价电子能级的构型不同对元素进行的分类，同一族中不同原子的电子层数不同，但是最外层的电子数一样。 华中科技大学远程教学

75 族的判断 1．主族元素与ⅠB、ⅡB族 族数 = 最外层电子数 ⅠA、ⅡA、ⅠB、ⅡB s 电子数 ⅢA~ⅦA S+ p 电子数 ⅢB~ⅦB族
　　族数 = 最外层电子数 　　ⅠA、ⅡA、ⅠB、ⅡB s 电子数 　　ⅢA~ⅦA S+ p 电子数 　　ⅢB~ⅦB族 2．族数 = 价电子层电子数 [n-1]d+ ns 电子数 3．Ⅷ族 　　价层电子数为8~10 4．零族 最外层电子数为8（或2） 华中科技大学远程教学

76 按照最后一个电子所填充的能级不同将元素进行分类。
（四）原子的电子层结构与元素的分区 　按照最后一个电子所填充的能级不同将元素进行分类。 　5个分区 　　s区、p区、d区、ds区、f区 华中科技大学远程教学

77 原子的电子层结构与元素的分区 分区 最后一个电子填充能级 电子结构 所在族 性 质 S区 S能级 Ns1~2 ⅠA、ⅡA 活泼金属 P区
性 质 S区 S能级 Ns1~2 ⅠA、ⅡA 活泼金属 P区 p能级 ns2np1-6 ⅢA~ⅧA、零族 非金属 d区 d能级 [n-1]d1-10ns2 ⅢB~ⅦB、Ⅷ族 金属 ds区 [n-1]d10ns1~2 ⅠB、ⅡB f区 f能级 [n-2]f1-14 [n-1]d0~2ns2 镧系、锕系 内过渡元素 华中科技大学远程教学

78 8.3　元素的某些基本性质及其周期性 　原子半径 　电离能 　电子亲和能 　电负性 华中科技大学远程教学

79 一、原子半径（Atomic radii) 原子半径的定义 原子核到电子云密度最大区域的平均距离 电子运动的不确定性使原子没有固定的半径
　原子半径的定义 　　原子核到电子云密度最大区域的平均距离 　　电子运动的不确定性使原子没有固定的半径 　几种不同的原子半径 　　金属半径 　　共价半径 　　范德华半径 　　其它 华中科技大学远程教学

80 金属半径（Metallic radius)
　将金属原子看作球状金属原子的堆积，相邻二原子互相接触，则其核间距的一半就是金属原子的金属半径 核间距 d 华中科技大学远程教学

81 非金属原子间在一定条件下形成共价分子或原子晶体，两原子核间距的一半就是共价半径 范德华半径（Vander Waels radius)
　共价半径（Covalent radii) 　　非金属原子间在一定条件下形成共价分子或原子晶体，两原子核间距的一半就是共价半径 　范德华半径（Vander Waels radius) 　　两个原子间无化学键，仅以分子间力结合时两原子核间距的一半就是范氏半径，范氏半径与共价半径的区别在于 1/2d 范德华半径 Cl2分子 1/2d 共价半径 华中科技大学远程教学

82 原子半径的影响因素 核外电子层的数目 r∝n 核电荷数 r∝1/Z z越大，对电子的吸引力越大 核间电子的斥力 r∝f
　测定方法：　r 范>rm>rC 华中科技大学远程教学

83 原子半径的变化规律 同一主族元素，自上而下，由于主量子数的增大，原子半径增大。
　同一主族元素，自上而下，由于主量子数的增大，原子半径增大。 　同一副族元素，自上而下变化幅度小，第五、六周期元素原子半径非常接近。 　同一周期从左到右，原子半径依次减小， 　短周期：自左至右，原子半径逐渐减小，变化幅度较大。 　长周期过渡元素：自左至右，原子半径逐渐减小，变化幅度较小，r = 5pm。 　同一元素，阴离子半径〉原子半径〉阳离子半径。 华中科技大学远程教学

84 二、电离能（Ionization Energy）
　定义： 　　The Energy necessary to move an electron from an isolated atom in the gas phase . 　单位：ev, kJ/mol, 1ev = 96.48kJ/mol 　表示方式：用I表示 　失去一个电子所需的能量，叫第一电离能I1 　失去两个电子所需的能量，叫第二电离能I2 华中科技大学远程教学

85 A(g) → A+(g) + e I1 I 1 < I2 < I3 < I4
　　第一电离能：基态的气体原子失去最外层的第一个电子成为+1价离子所需的能量， A(g) → A+(g) + e I1 　　第二电离能：由体+1价离子再失去一个电子成为+2价离子所需的能量， I 1 < I2 < I3 < I4 　　关于电离能： 　　（1）电离能越小，说明原子在气态时越易失去电子，金属性越强。 　　（2）元素的电离势随Z的变化而呈现周期性的变化。 华中科技大学远程教学

86 华中科技大学远程教学

87 影响I 的原因及周期性 原子核电荷数、原子半径、原子的电子层构型等 1．同一周期的元素。核电荷数越大，半径越小，I 越大
　原子核电荷数、原子半径、原子的电子层构型等 1．同一周期的元素。核电荷数越大，半径越小，I 越大 2．同一族元素，半径越大，电离能越小。 3． 被移电子的性质的影响 　　a．屏蔽作用、电离能减小， 　　b．钻穿效应、电离能增加， 　　c．同一层中移去一个S电子,比移去一个p电子能量大 　　d．移去轨道半充满、全满的电子所需能量大 华中科技大学远程教学

88 5．同一元素，I1 < I2 < I3 < I4
　　4．副族元素的变化不明显 　　5．同一元素，I1 < I2 < I3 < I4 　　6．电离能的大小与原子结构的三大特征：电子构型、有效核电荷数、半径r有关。 　　作用：说明金属的活泼性及金属的氧化态。 华中科技大学远程教学

89 三、电子亲和能（Electron affinity）
　定义：一个基态的气态原子得到一个电子形成气体的负一价离子时所吸收（正）或放出的（负值）的最少能量，称为该原子的第一电子亲和能。 　表示方法 　　F(g) + e → F-(g) △H = kJ/mol 　　也可写作 - △H = 322 kJ/mol 华中科技大学远程教学

90 4．与电子构型有关，全满、半满、全空时电子亲和能小
　周期性 　　1．同一周期自左到右，电子亲和能增加 　　2．同一族，自上而下，电子亲和能下降 　　3．原子半径越小，电子亲和能下降 　　4．与电子构型有关，全满、半满、全空时电子亲和能小 　　作用 表示原子得电子能力的程度，EA越大，越易得电子，非金属性越强 　　问题 EA数据较少，不完全。 华中科技大学远程教学

91 四、电负性（Electro-negativity）
　　定义：将原子在分子中吸引电子的能力或本领称为元素的电负性（鲍林 Pauling） 　　标度方法 　　1．Xp 鲍林的电负性 　　基于ABn分子，令XF=4.0 ,求出一系列相对值 　　2．Xm Milliken`s Electro-negativity 　　Xm = ½(IA + EA) Xp = 0.34Xm-0.2 　　3．XAR Allred-Rochow Electro-negativity r 单位Ẵ 华中科技大学远程教学

92 电负性变化顺序 华中科技大学远程教学

93 电负性的影响因素 价态： 电负性随原子正电荷的增加而增加，随负电荷的增加而减小 X(I+ ）= 4.5 X（I ）= 2.7
　价态： 电负性随原子正电荷的增加而增加，随负电荷的增加而减小 X(I+ ）= X（I ）= 2.7 　原子半径：半径增加，电负性减小 　周期性： 　　1．同一周期，自左向右 电负性增加。 　　2．同一主族，自上而下，电负性下降。 　　3．同一元素，不同氧化态，电负性不同，价态越高，电负性越大。 华中科技大学远程教学

94 　作用： 　　1．判断元素的金属性与非金属性 　　非金属X>2, 金属 X < 2 　　2．判断元素的化学性质 华中科技大学远程教学

95 原子结构的三要素 　原子半径 r 　构型 　有效核电荷数 Z* 　　原子的所有性质都与原子结构的三要素有关。 华中科技大学远程教学