1、情景微课堂 随着元素数目在十九世纪的增多，每一种元素都具有不同的特性，化学家们开始感到他们像是迷失在一座茂密的丛林中：自然界究竟有多少种元素？它们之间的内在关系怎样？有没有规律？怎样分类？ 终于俄国化学家门捷列夫从杂乱无章的元素迷宫中理出了一个头绪。门捷列夫为了研究元素的分类和规律，把当时已知的几十种元素的主要性质和原子量写在一张张的小卡片上，反复进行排列，比较它们的性质，探索它们之间的联系。1869年，他正式提出元素周期律，它在周期表中排列了当时已经知道的63种元素。情景微课堂 1914年，英国青年物理学家莫塞莱确定了各种金属所产生的标识X射线的波长，并得到了一个重要的发现：各元素的波长非常
2、有规律地随着它们在周期表中的排列顺序而递减。这使得各种元素在周期表中应处的位置完全固定下来了。 化学家们当时把元素从1(氢)一直排列到92(铀)，并且发现，这种原子序数不仅对于了解原子的内部结构十分重要，而且比原子量更为重要。根据莫塞莱工作，化学家们对化学元素周期律作出了科学解释，反映了作为元素周期律的真正基础不是元素的原子量，而是原子序数也就是原子的核电荷数（或者说是原子核外的电子数）。一、一、原子结构与元素周期表原子结构与元素周期表元素周期律、元素周期系和元素周期律、元素周期系和元素周期表元素周期表 元素的元素的性质性质随原子的核电荷数递增随原子的核电荷数递增发生周期发生周期性递变性递变，
3、这一规律叫做元素周期律。，这一规律叫做元素周期律。元素周期律元素周期律定义定义：实质：实质： 元素性质的周期性变化元素性质的周期性变化是元素原子的是元素原子的核外电核外电子排布周期性变化子排布周期性变化的的必然结果必然结果。 元素按其元素按其原子核电荷数原子核电荷数递增排列递增排列的的序列序列称为称为元素周期系。元素周期系。元素周期系元素周期系 由于随着核电荷数的递增，电子在能级里的由于随着核电荷数的递增，电子在能级里的填充顺序遵循填充顺序遵循构造原理构造原理，元素周期系的周期，元素周期系的周期不是不是单调的单调的，每一周期里元素的数目并不总是一样多，每一周期里元素的数目并不总是一样多，而是随
4、着周期序号的递增而是随着周期序号的递增渐渐增多渐渐增多，元素周期系的周期发展就像螺壳上的螺旋。元素周期系的周期发展就像螺壳上的螺旋。元素周期表元素周期表定义：定义：元素周期表是元素周期表是呈现元素周期系呈现元素周期系的的表格表格 元素周期系与元素周期表的关系：元素周期系与元素周期表的关系：第一张元素周期表是由第一张元素周期表是由门捷列夫门捷列夫制作的。制作的。构造原理与元素周期表构造原理与元素周期表 根据构造原理，根据构造原理，除第一周期外除第一周期外，其余周期其余周期总总是从是从n ns s能级开始，以能级开始，以n np p能级结束，能级结束，中间按照构造中间按照构造原理依次排满各能级。而
5、从原理依次排满各能级。而从n ns s能级开始以能级开始以n np p结束结束递增的核电荷数递增的核电荷数( (或电子数或电子数) )就等于每个周期里的就等于每个周期里的元素数，具体数据如下：元素数，具体数据如下：元素数。元素数。 构造原理构造原理与与核外电子排布核外电子排布根据构造原理得出的根据构造原理得出的核外电子排布，可以解释核外电子排布，可以解释元素周期系的基本结构元素周期系的基本结构若以一个方格代表一种元素，每个周期排一个若以一个方格代表一种元素，每个周期排一个横排，并按横排，并按s s、p p、d d、f f分段，左侧对齐，可得到分段，左侧对齐，可得到如下元素周期表。如下元素周期表
6、。原子核外电子排布与原子核外电子排布与周期周期的关的关周期数周期数能能层层数数（PdPd除外）除外）列列数数1234567891011 12 13 14 15161718类类别别主族主族副族副族第第VIII族族副族副族主族主族0族族名名称称IAIIAIIIBIVBVBVIBVIIB第第VIII族族IBIIBIIIAIVAVAVIAVIIA0族族原子核外电子排布与族的关系原子核外电子排布与族的关系族族按族分类按族分类价层电子排布式价层电子排布式价层电子数价层电子数特点特点I AI A主族主族nsns1 1-2-21 1族序数族序数= =最外层电子数最外层电子数= =价层电子数价层电子数nsns2
7、 2npnp1 1-5-5AA7 7BB(n-1)d(n-1)d1-101-10nsns1-21-23 3价层电子数价层电子数= =族序数族序数BB4 4VBVB5 5VIBVIB6 6VIIBVIIB7 7I BI B1111（n-1n-1）d d轨道为全充满状态，轨道为全充满状态，族序数族序数= =最外层最外层nsns轨道上的电子数轨道上的电子数BB1212族族(n-1)d(n-1)d6-6-9 9nsns1 1-2-2（PdPd除外，除外，为为d d1010）8 8族第族第1 1列元素的价电子数列元素的价电子数= =族序数族序数族第族第2 2列元素的价电子数为列元素的价电子数为9 9族第
8、族第3 3列元素的价电子数为列元素的价电子数为10109 910100 00 0族族1s1s2 2或或nsns2 2npnp6 6(n1)(n1)2 2或或8 8为原子轨道全充满的稳定结构为原子轨道全充满的稳定结构价电子数价电子数纵列数纵列数原子核外电子排布与原子核外电子排布与价层电子价层电子排布的关系排布的关系第一周期结尾元素第一周期结尾元素(He)(He)原子核外只有原子核外只有2 2个电子，个电子，根据构造原理，其电子排布式为根据构造原理，其电子排布式为1s1s2 2。与该元素同。与该元素同族的其他周期元素族的其他周期元素NeNe、ArAr、KrKr、XeXe、RnRn等，原子等，原子核
9、外电子数依次增加了核外电子数依次增加了8 8、8 8、1818、1818、3232。根据。根据构造原理，它们的最外层电子排布通式为构造原理，它们的最外层电子排布通式为nsns2 2npnp6 6。所以，第一周期结尾元素的电子排布跟同族的其所以，第一周期结尾元素的电子排布跟同族的其他周期元素的不同。他周期元素的不同。问题问题元素周期表共有元素周期表共有1818个列个列。 从左向右，第从左向右，第1 11212列中，列中，除第除第3 3列中的镧系和锕列中的镧系和锕系以外系以外，其他的价层电子数都等于列数；，其他的价层电子数都等于列数； 第第13131818列中，除第列中，除第1818列中的氦以外，
10、其他的价列中的氦以外，其他的价层电子数都等于列数减层电子数都等于列数减1010。 除了镧系、锕系和氦以外，同列元素价层电子数除了镧系、锕系和氦以外，同列元素价层电子数相等。相等。 元素周期表所划分的族及族序数，从左向右排列元素周期表所划分的族及族序数，从左向右排列如下：如下：IAIA族、族、AA族；族；BB族族BB族；族；族；族；IBIB族、族、BB族；族；AA族族AA族；族；0 0族。族。这是由元素的价电子结构和元素周期表中元素这是由元素的价电子结构和元素周期表中元素性质的递变规律决定的，性质的递变规律决定的， 从原子结构方面来说，元素周期表中右上角三角从原子结构方面来说，元素周期表中右上角
11、三角区的元素，区的元素，大多数的价层电子排布为大多数的价层电子排布为nsns2 2npnp1-61-6(He(He除外除外),),价层电子数较大，得电子相对容易，失电价层电子数较大，得电子相对容易，失电子相对困难。子相对困难。 从元素周期表中元素性质递变规律来说，从元素周期表中元素性质递变规律来说，同周期同周期元素从左到右非金属性逐渐增强元素从左到右非金属性逐渐增强( (不包括不包括0 0族元族元素素),),同主族同主族元素从下向上非金属性逐渐增强，元素从下向上非金属性逐渐增强，结结果使元素周期表果使元素周期表右上角右上角的元素主要呈现非金属性的元素主要呈现非金属性综上可知，综上可知，在元素周
12、期表中非金属主要集中在右在元素周期表中非金属主要集中在右上角三角区内。上角三角区内。副族元素介副族元素介于于s s区元素区元素( (主要是金属元素主要是金属元素) )和和p p区区元素元素( (主要是非金属元素主要是非金属元素) )之间之间，处于，处于由金属元素由金属元素向非金属元素过渡的区域向非金属元素过渡的区域，因此副族元素又称为，因此副族元素又称为过渡元素。过渡元素。 过渡元素价层电子数跟它们的族序数的关系是：过渡元素价层电子数跟它们的族序数的关系是：第第BB族族（镧系和锕系）镧系和锕系）到第到第BB族族元素的价层电子数元素的价层电子数等于它们的族序数；等于它们的族序数；第第族有族有3
13、3列元素列元素，其族序，其族序数等于该族的第数等于该族的第1 1列元素的价层电子数；列元素的价层电子数；第第IBIB族、族、第第BB族族的族序数等于它们的最外层电子数。的族序数等于它们的最外层电子数。 过渡元素的价层电子排布通式为过渡元素的价层电子排布通式为(n-1)d(n-1)d1-101-10nsns1-1-2 2( (除镧系和锕系除镧系和锕系) )。问解释与整理问解释与整理s s区有区有2 2列，列，d d区有区有8 8列，列，p p区有区有6 6列。列。 s s区区元素的价层电子排布通式为元素的价层电子排布通式为nsns1-21-2, , d d区区元素的价层电子排布通式为元素的价层电
14、子排布通式为(n-1)d(n-1)d1-91-9nsns1-21-2, , dsds区区元素的价层电子排布通式为元素的价层电子排布通式为(n-1)d(n-1)d1010nsns1-21-2, ,它它们的最外层电子数均不超过们的最外层电子数均不超过2,2,在化学反应中容易在化学反应中容易失去电子，所以失去电子，所以s s区区( (除氢元素外除氢元素外) )、d d区和区和dsds区的区的元素都是金属元素。元素都是金属元素。处于非金属三角区边缘的元素既能表现出一定的处于非金属三角区边缘的元素既能表现出一定的非金属性非金属性，又能表现出一定的，又能表现出一定的金属性金属性，因此，这，因此，这些元素常
15、被称之为些元素常被称之为半金属半金属或或准金属准金属。CrCr的价层电子排布式为的价层电子排布式为3d3d5 54s4s1 1, , CuCu的价层电子排布式为的价层电子排布式为3d3d10104s4s1 1, ,不符合构造原理不符合构造原理( (它们的它们的3d3d轨道达到半充满或全充满结构，是一轨道达到半充满或全充满结构，是一种能量较低的稳定结构种能量较低的稳定结构) )。 此外，此外，NbNb、MoMo、RuRu、RhRh、PdPd、AgAg、PtPt、AuAu、LaLa、CeCe、GdGd、AcAc、ThTh、PaPa、U U、NpNp、CmCm等的基态原子等的基态原子电子排布均不符合
16、构造原理。电子排布均不符合构造原理。119119号元素应位于第八周期第号元素应位于第八周期第IAIA族，故基态原族，故基态原子最外层电子排布为子最外层电子排布为8s8s1 1； 周期分别为一、二、三、四、五、六、七，元素周期分别为一、二、三、四、五、六、七，元素种数分别为种数分别为2x12x12 2、2 22 22 2、2 22 22 2、2 23 32 2、2 23 32 2、2 24 42 2、2 24 42 2, ,以此预测第八周期元素种数为以此预测第八周期元素种数为2 25 52 2=50(=50(种种) )。按电子排布分区：按电子排布分区：按构造原理最后填入电子按构造原理最后填入电子
17、的的能级的符号能级的符号，可把周期表里的元素划分成，可把周期表里的元素划分成5 5个个区。区。s s区、区、p p区区、d d区、区、dsds区区元素周期表里的分区元素周期表里的分区各区元素原子的价层电子排布、元素的位置及类别各区元素原子的价层电子排布、元素的位置及类别分区分区元素位置元素位置价层电子排布式价层电子排布式元素种类及性质特点元素种类及性质特点s s区区IAIA族、族、AA族族nsns1-21-2原子的核外电子最后排布在原子的核外电子最后排布在nsns能级上，属于能级上，属于活泼金属元素活泼金属元素(H(H除外除外),),为碱金属元素和为碱金属元素和碱土金属元素碱土金属元素p p区
18、区AAAA族及族及0 0族族nsns2 2npnp1-61-6(He(He除外除外) )原子的核外电子最后排布在原子的核外电子最后排布在npnp能级能级(He(He为为s s能能级级) )上，为非金属元素和少数金属元素上，为非金属元素和少数金属元素d d区区BBBB族族( (镧镧系、锕系除系、锕系除外外) ) 以及以及族族(n-1)d(n-1)d1-91-9nsns1-21-2(Pd(Pd除外除外) )为过渡金属元素，原子的核外电子最后排布为过渡金属元素，原子的核外电子最后排布在在(n-1)d(n-1)d能级上，能级上，d d轨道可以不同程度地轨道可以不同程度地参与化学键的形成参与化学键的形成
19、dsds区区IBIB族、族、BB族族(n-1)d(n-1)d1010nsns1-21-2为过渡金属元素，核外电子先填满为过渡金属元素，核外电子先填满(n-1)d(n-1)d能能级而后再填充级而后再填充nsns能级，由于能级，由于d d轨道已填满轨道已填满电子，因此电子，因此d d轨道一般不参与化学键的形轨道一般不参与化学键的形成成f f区区镧系和锕系镧系和锕系(n-2)f(n-2)f0-140-14(n-(n-1)d1)d0-20-2nsns2 2镧系元素化学性质相似；最外层电子数基本镧系元素化学性质相似；最外层电子数基本相同，化学性质相似。相同，化学性质相似。对角线规则对角线规则二、二、元素
20、周期律元素周期律原子半径原子半径影响原子半径大小的因素：影响原子半径大小的因素：电子的能层数和核电荷数。电子的能层数和核电荷数。影响方式：影响方式：粒子半径大小比较：粒子半径大小比较： 原子半径的大小原子半径的大小取决于两个相反的因素：一取决于两个相反的因素：一个因素是电子的个因素是电子的能层数能层数，另一个因素是，另一个因素是核电荷数核电荷数。当讨论原子半径的变化趋势时，当讨论原子半径的变化趋势时，要同时考虑以上要同时考虑以上两个因素的综合作用两个因素的综合作用，有时要注意分析哪个因素，有时要注意分析哪个因素起主导作用。起主导作用。同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小同周期主族元素从左到
21、右，原子半径逐渐减小。其主要原因是：同周期主族元素电子的能层数相其主要原因是：同周期主族元素电子的能层数相同，从左到右，核电荷数的增加使核对电子的吸同，从左到右，核电荷数的增加使核对电子的吸引增强而引起原子半径减小的趋势，大于最外层引增强而引起原子半径减小的趋势，大于最外层电子数的增加使电子间的排斥增强而引起原子半电子数的增加使电子间的排斥增强而引起原子半径增大的趋势。径增大的趋势。同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大。同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大。其主其主要原因是：同主族元素从上到下，电子能层数的要原因是：同主族元素从上到下，电子能层数的增加使电子间的排斥增强而引起原子半径增大的增加
22、使电子间的排斥增强而引起原子半径增大的趋势，大于核电荷数的增加使核对电子的吸引增趋势，大于核电荷数的增加使核对电子的吸引增强而引起原子半径减小的趋势。强而引起原子半径减小的趋势。 衡量元素衡量元素气态气态原子原子失去第一个电子失去第一个电子的难易的难易程度。元素的第一电离能越小，表示气态时越容程度。元素的第一电离能越小，表示气态时越容易失去电子，即元素在气态时的金属性越强。易失去电子，即元素在气态时的金属性越强。电离能电离能含义：含义：意义：意义： 气态气态电中性基态原子电中性基态原子失去一个电子失去一个电子转化为转化为气态气态基态正离子基态正离子所需的所需的最低最低能量能量，叫第一电离能。，
23、叫第一电离能。通常用通常用I I1 1表示。表示。常用单位是常用单位是kJmolkJmol-1-1影响电离能大小的因素：影响电离能大小的因素：原子的原子的核电荷数、原子半径核电荷数、原子半径 、核外电子排布、核外电子排布观察图观察图1-22，元素元素的的的的第一电离能第一电离能随着核电随着核电荷数的递增有什么规律呢？荷数的递增有什么规律呢？第一电离能第一电离能变化规律：变化规律：一般规律：一般规律：从图从图l-2l-22 2可见，可见，同周期同周期：随原子序数的：随原子序数的递增递增整体呈整体呈增大趋势增大趋势；每每个周期个周期电离能电离能最小最小的的是是第一主族第一主族的元素，的元素，最大最
24、大的的是是稀有气体稀有气体元素元素； 同周期同周期元素元素第一电离能第一电离能出现出现“异常异常”：第第AA元素元素AA的元素；第的元素；第AA元素元素AA元素元素过渡元素的第一电离能的变化过渡元素的第一电离能的变化不太规则不太规则，同周，同周期期过渡过渡元素中随着元素原子核电荷数的增加，第元素中随着元素原子核电荷数的增加，第一电离能一电离能略有增加略有增加。同主族元素同主族元素：从上到下第一电离逐渐减小：从上到下第一电离逐渐减小逐级电离能：逐级电离能： +1+1价价气态气态正离子失去一个电子，形成正离子失去一个电子，形成+2+2价气价气态正离子所需要的态正离子所需要的最低能量最低能量叫第二电
25、离能，用叫第二电离能，用I I2 2表示；依次类推。表示；依次类推。.含义：含义：变化规律：变化规律： 下表的数据从上到下是钠、镁、铝逐级失去下表的数据从上到下是钠、镁、铝逐级失去电子的电离能。电子的电离能。 Na Na Mg Mg Al Al电离能电离能kj/molkj/mol 496 496738738578578 4562456214511451181718176912691277337733274527459543954310540105401157511575133531335313630136301483014830166101661017995179951837618376201
26、142011421703217032329323293碱金属元素的第一电离能碱金属元素的第一电离能越小，原子越容易失越小，原子越容易失电子，电子，金属的活泼性金属的活泼性就越强。就越强。 逐级电离时，粒子半径逐级电离时，粒子半径逐渐减小逐渐减小，阳离子所阳离子所带正电荷越来越多，带正电荷越来越多，原子核对核外电子的原子核对核外电子的吸引能吸引能力力越来越大越来越大，要失去电子需克服的电性引力越来，要失去电子需克服的电性引力越来越大，消耗的能量越来越多越大，消耗的能量越来越多，所以原子的逐级电，所以原子的逐级电离能离能越来越大越来越大。 从表中数据可以看出，钠的第一电离能较小，从表中数据可以看出
27、，钠的第一电离能较小，第二电离能突然增大，所以钠的化合价为第二电离能突然增大，所以钠的化合价为+1+1价。价。而镁、铝的化合价为而镁、铝的化合价为+2+2、+3+3价。价。 当元素的某一级电离能发生突变即突然增大当元素的某一级电离能发生突变即突然增大多倍时，说明失去的电子所在的能层发生了变化。多倍时，说明失去的电子所在的能层发生了变化。同一元素同一元素的逐级电离能是的逐级电离能是逐渐增大逐渐增大的，即的，即I I1 1I I2 2I I3 3,并且并且会发生突变会发生突变。电离能的应用：电离能的应用： 如果电离能在如果电离能在I In n与与I In+1n+1之间发生突变，则元素之间发生突变，
28、则元素的原子易形成的原子易形成+n+n价离子而不易形成价离子而不易形成+(n+1)+(n+1)价离价离子子。 推断推断元素原子的核外电子排布元素原子的核外电子排布 I I1 1越大，元素的非金属性越强越大，元素的非金属性越强( (稀有气体元素稀有气体元素除外除外) )；I I1 1越小，元素的金属性越强。越小，元素的金属性越强。例如：例如：LiLi的逐级电离能的逐级电离能I I1 1I I2 2H-ClH-BrH-I、C-OC-H、H-OC-H 若两种不同元素的原子间形成共价键，必是若两种不同元素的原子间形成共价键，必是极性键，成键原子间的电负性极性键，成键原子间的电负性之差越大之差越大，键的
29、，键的极极性越强性越强 判断共价化合物中元素的化合价判断共价化合物中元素的化合价 一般：一般：电负性电负性大大的显的显负价负价，电负性，电负性小小的显的显正价正价例：例：NaHNaH中中，NaNa：0.90.9 H H：2.12.1 Na Na显显正正价，价，H H显显负负价价; ;NaBHNaBH4 4中中，NaNa：0.90.9 H H：2.12.1 B B：2.0 2.0 试判试判断各元素的化合价断各元素的化合价解释对角线规则解释对角线规则 利用电负性可以解释对角线规则，如利用电负性可以解释对角线规则，如Li-MgLi-Mg、Be-AlBe-Al、B-Si,B-Si,由于它们的电负性分别
30、接近，对键由于它们的电负性分别接近，对键合电子的吸引力相当，故表现出相似的性质。合电子的吸引力相当，故表现出相似的性质。电负性与第一电离能的关系电负性与第一电离能的关系 电负性用于衡量原子吸引键合电子的能力，电负性用于衡量原子吸引键合电子的能力，电负性大的原子吸引电子的能力强，所以一般来电负性大的原子吸引电子的能力强，所以一般来说，电负性大的原子对应元素的第一电离能也大。说，电负性大的原子对应元素的第一电离能也大。 同周期主族元素同周期主族元素, ,随着原子序数的递增随着原子序数的递增, ,电负电负性逐渐增大性逐渐增大，第一电离能总的变化趋势是逐渐增第一电离能总的变化趋势是逐渐增大的大的, ,
31、但有如但有如I(Be)I(Be)I(B)I(B) I(N)I(N)I(O)I(O)这样的这样的“异异常常”现象。现象。 电负性是指不同元素的原子对键合电子的吸电负性是指不同元素的原子对键合电子的吸引能力，美国化学家鲍林利用实验数据进行了理引能力，美国化学家鲍林利用实验数据进行了理论计算论计算, ,以氟的电负性为以氟的电负性为4.04.0和锂的电负性为和锂的电负性为1.01.0作为相对标准作为相对标准, ,得出了各元素的电负性得出了各元素的电负性( (不包括稀不包括稀有气体有气体) )。由此可知由此可知, ,元素电负性的大小与原子结构无关元素电负性的大小与原子结构无关。 第一电离能是指气态电中性基态原子失去一第一电离能是指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最低能量。个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量。由此可知由此可知, ,第一电离能的大小与原子结构的关系第一电离能的大小与原子结构的关系明显。明显。 基态基态O O原子的价层电子排布的轨道表示式是原子的价层电子排布的轨道表示式是 例如，基态例如，基态N N原子的价层电子排布的轨道表示式原子的价层电子排布的轨道表示式是是 这样一个相对不稳定的结构这样一个相对不稳定的结构, ,能量较能量较高高, ,所以所以I(N)I(O)I(N)I(O)。这样一个相对稳定结构，能量较低这样一个相对稳定结构，能量较低
