1、原子结构原子结构 元素周期律元素周期律 一、原子的组成一、原子的组成(一一)元素和原子序数元素和原子序数1.元素元素 原子核里质子数原子核里质子数(即核电荷数即核电荷数)相同的一类原子的总称相同的一类原子的总称.2.原子序数原子序数元素按核电荷数由小到大排列成序元素按核电荷数由小到大排列成序,形成的原子序号形成的原子序号.(二二)原子的组成原子的组成1.组成组成原子由原子核和核外电子组成原子由原子核和核外电子组成,原子核又是由质子和中子组成的原子核又是由质子和中子组成的.2.电荷数电荷数原子不带电原子不带电,但是原子中的电子和质子带电但是原子中的电子和质子带电.其电荷数的关系是其电荷数的关系是
2、原子序数原子序数=核内质子数核内质子数=核电荷数核电荷数=核外电子数核外电子数3.质量数质量数由于电子的质量很小由于电子的质量很小,可忽略不计可忽略不计,因此因此,原子的质量可近似认为原子的质量可近似认为质量数质量数(A)=质子数质子数(Z)+中子数中子数(N)4.标记标记X代表元素符号代表元素符号,A代表质量数代表质量数,Z代表质子数代表质子数 .即即:xAz核外电子排布的一般规律：核外电子排布的一般规律：1、K层为最外层时，最多容纳电子数层为最外层时，最多容纳电子数-。2、其他各层为最外层最多容纳电子数、其他各层为最外层最多容纳电子数-。3、次外层最多容纳电子数、次外层最多容纳电子数-。4
3、、倒数第三层最多容纳电子数、倒数第三层最多容纳电子数-。5、第、第n层最多容纳电子数层最多容纳电子数-。2个个8个个18个个32个个2n2个个注意：多条规律必须同时兼顾。注意：多条规律必须同时兼顾。 同位素同位素 1.同位素定义同位素定义 质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子。质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子。 2.同位素是中子数不同同位素是中子数不同,但是它们的核电荷数但是它们的核电荷数,核外电子数相同核外电子数相同,因此它们的因此它们的化学性质相同化学性质相同. 3.同位素有稳定同位素和放射性同位素两种同位素有稳定同位素和放射性同位素两种 4.衰变衰变 放射性同位素能放射性
4、同位素能从原子核中自发地放射出射线从原子核中自发地放射出射线,发生了原子核发生了原子核反应反应,结果原来的同位素变成了另一种新元素结果原来的同位素变成了另一种新元素,这种变化叫这种变化叫衰变衰变. 5.示踪原子示踪原子 放射线同位素的原子放射出来的射线放射线同位素的原子放射出来的射线,很容易被灵敏的探测仪很容易被灵敏的探测仪器发现器发现,故叫故叫”示踪原子示踪原子” 6.原子量的计算原子量的计算 原子量是按照各种天然同位素原子所占的原子个数百分比计原子量是按照各种天然同位素原子所占的原子个数百分比计算出的平均值算出的平均值. 例如例如:氯元素的近似相对原子量为氯元素的近似相对原子量为: 357
5、5.53% + 3775.53% + 3724.47%=35.4524.47%=35.451.原子核外电子排布的周期性变化原子核外电子排布的周期性变化考察考察118号元素原子的最外层电子排布，作数学处理后，得到号元素原子的最外层电子排布，作数学处理后，得到2、若、若 X、Y是第是第 1周期以外的短周期元素，它们可以形成化合物周期以外的短周期元素，它们可以形成化合物 XmYn，且离子均具有稀有气体原子的电子层结构，则，且离子均具有稀有气体原子的电子层结构，则 X、Y 两原子的原子序数两原子的原子序数a、b的关系可表示为的关系可表示为 、 、。 ab+m+nab+m+ n - 8ab+m+n-16
6、1、两种元素原子的核外电子层数之比与最外层电子数之比相等，、两种元素原子的核外电子层数之比与最外层电子数之比相等，则在周期表的前则在周期表的前 10号元素中，满足上述关系的元素共有号元素中，满足上述关系的元素共有( ) A 、 1 对对 B、 2 对对 C 、 3 对对 D 、 4 对对 请回答：请回答：2.原子半径的原子半径的周期性变化周期性变化已知下列元素的原子半径已知下列元素的原子半径,根据以下数据：根据以下数据：磷原子的半径磷原子的半径(10-10m)可能的范围是可能的范围是 。 （1.02，1.17）10-10m已知已知a X（m+1）+，b Ym+，c Zn-，d R（n+1）-
7、离子具有离子具有相同的电子层结构相同的电子层结构 （1）比较）比较X、Y、Z、R 的原子半径大小：的原子半径大小：（3）a可表示为可表示为(用字母表示用字母表示) ：a =b+1 a =c+m+n+1 a = c+m+n+1 YXRZRZ YX（2）比较）比较 X（m+1）+，Ym+， Zn-，R（n+1）- 半径大小：半径大小：3.元素主要化合价的周期性变化元素主要化合价的周期性变化价电子价电子: :元素原子的最外层电子或某些元素的原子的次外层或倒数元素原子的最外层电子或某些元素的原子的次外层或倒数 第三层的部分电子。第三层的部分电子。主族元素的最高正化合价等于它所在族的序数。主族元素的最高
8、正化合价等于它所在族的序数。非金属最高正价非金属最高正价+|+|负化合价负化合价|=8|=8若若 R 元素的最高正化合价为元素的最高正化合价为+ n ，写出，写出气态氢化物的通式气态氢化物的通式 ：最高价氧化物对应水化物的通式：最高价氧化物对应水化物的通式： H(8-n)R; RH(8-n)H2xRO( n/2+ x )4.4.第一电离能的周期性变化第一电离能的周期性变化不同元素的气态原子气态原子失去最外层一个电子所需要的能量，称为第一电离能第一电离能，它是判断元素金属性的实验依据它是判断元素金属性的实验依据，（设其为E）如下图所示。试分析图中曲线的变化特点，并回答下列问题。（1）同主族内不同
9、元素的E值变化的特点是： _. 各主族中E值的这种变化特点体现了元素性质的_ 变化规律。 随着原子序数增大，随着原子序数增大，E值变小值变小 周期性周期性 （2）估计1mol气态 Ca 原子失去最外层一个电子所需能量E值的范围_ E b , 可以得到的结论是 C(g) - e - = C+(g) ; H = + c KJ/molD(g) - e - = D+(g) ; H = + d KJ/mol 若c d , 可以得到的结论是最有可能组成离子化合物的是:非金属性：金属性：6.电负性电负性 不同元素的原子在分子内吸引电子的能力大小可用一定数值不同元素的原子在分子内吸引电子的能力大小可用一定数值
10、 x 来来表示，若表示，若 x 越大，其原子吸引电子能力越强，在所形成的分子中越大，其原子吸引电子能力越强，在所形成的分子中成为带负电荷的一方成为带负电荷的一方。下面是某些元素的 x 值：通过分析 x 值变化规律,确定N、Mg的 x 值范围： x(Mg)1.7时，一般为离子键，x 1.7，一般为共价键，试推断：AlBr3中化学键类型是 。预测元素周期表中，x 值最小的元素的位置：0.931.61x 值大，原子半径小值大，原子半径小共价键共价键，x 1.55第七周期，第七周期，A 族周期周期 元素种类元素种类始末元素始末元素1 12 21 1H -H -2 2HeHe2 28 83 3Li -L
11、i -1010NeNe1111Na -Na -1818ArAr8 83 3短周期短周期4 41818181832325 56 61919K -K -3636KrKr3737Rb -Rb -5454XeXe5555Cs -Cs -8686RnRn长周期长周期7 72626不完全周期不完全周期镧系元素镧系元素: : 57 577171号，共号，共1515种种锕系元素锕系元素: : 89 89103103号，共号，共1515种种超铀元素超铀元素: : 92 92号以后（由人工合成之故）号以后（由人工合成之故） 据报道，俄罗斯科学家最近合据报道，俄罗斯科学家最近合 成出第成出第114114号元素的原子
12、。该号元素的原子。该 原子的质量数是原子的质量数是289289，存在时，存在时 间达间达30s30s。试判断该元素应排。试判断该元素应排 在周期表的什么位置。在周期表的什么位置。第七周期第第七周期第AA族族总结：总结：族族周周期期1 12 23 34 45 56 67 7A A A A A A A A A A A A A A 0 0非金属性逐渐增强非金属性逐渐增强金属性逐渐增强金属性逐渐增强金属性逐渐增强金属性逐渐增强非金属性逐渐增强非金属性逐渐增强稀有气体元素稀有气体元素B BAlAlSiSiGeGeAsAsSbSbTeTePoPo AtAt1.1.核外电子排布洪特规则的特例洪特规则的特例：
13、在等价轨道的全充满全充满（p6，d10，f14）、半充满半充满（p3，d5，f7）全空全空时(p0,d0,f0)的状态，具有较低的能量和较大的稳定性。一一. .核外电子排布规则核外电子排布规则1.1.最低能量原理最低能量原理电子在原子轨道上的排布，要尽可能使电子的能量最低。2.2.保里不相容原理保里不相容原理每个原子轨道最多只能容纳两个电子，且自旋方向必须相反。即原子中不能存在四个量子数都相同的电子。3.3.洪特规则洪特规则电子在等价轨道（能量相同的轨道）上排布时，总是尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同。这种排布，电子的能量最低。波函数和原子轨道 薛定谔方程薛定谔方程波函数和原子轨道波函数和
14、原子轨道 一定的波函数表示电子的一种运动状态，一定的波函数表示电子的一种运动状态，状态状态轨道。轨道。 波函数叫做原子轨道，即波函数与原子轨波函数叫做原子轨道，即波函数与原子轨道是同义词。道是同义词。 0V)(Ehm8zyx22222222原子轨道的形状 原子的电子排布和电子构型1、短周期电子的排布、短周期电子的排布电子填充轨道顺序： 1S2S 2P 3S 3PH1S1He1S2Li1S2 2S1Be1S2 2S2B1S2 2S22P1C1S2 2S22P2N1S2 2S22P3O1S2 S2 2 2P4F1S2 2S22P5Ne1S2 2S22P6Na1S2 2S22P63S1Mg1S2 2
15、S22P63S2Al1S2 2S22P63S23P1Si1S2 2S22P63S23P2P1S2 2S22P63S23P3S1S2 2S22P63S23P4Cl1S2 2S22P63S23P5Ar1S2 2S22P63S23P6原子核外电子排布式按照原子轨道能量由低到高的顺序填写轨道表示式轨道表示式1s2s, 2p3s, 3p, 3dE多电子原子结构多电子原子结构屏蔽效应屏蔽效应 在多电子原子中，每个电子不仅受到原在多电子原子中，每个电子不仅受到原子核对它的吸引力，而且还要受到其它电子核对它的吸引力，而且还要受到其它电子的斥力。我们把这种内层电子的排斥作子的斥力。我们把这种内层电子的排斥作用考
16、虑为对核电荷的抵消或屏蔽，相当于用考虑为对核电荷的抵消或屏蔽，相当于使核的有效核电荷数减少。使核的有效核电荷数减少。 Z*=Z E= = 22)(6 .13nZ22*6 .13nZ由于其它电子对某一电子的排斥作用而抵消由于其它电子对某一电子的排斥作用而抵消了一部分核电荷，从而使有效核电荷降低，了一部分核电荷，从而使有效核电荷降低，削弱了核电荷对该电子的吸引，这种作用称削弱了核电荷对该电子的吸引，这种作用称为为屏蔽作用屏蔽作用和和屏蔽效应屏蔽效应。为了计算屏蔽参数，斯莱脱为了计算屏蔽参数，斯莱脱Slater提出规则可近提出规则可近似计算。似计算。Slater规则如下：规则如下： 将原子中的电子分
17、成如下几组：将原子中的电子分成如下几组：(1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)(5s,(1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)(5s,5p)5p) 余类推。余类推。(a)(a)位于被屏蔽电子右边的各组，对被屏蔽电位于被屏蔽电子右边的各组，对被屏蔽电子的子的0 0，可以近似地认为，外层电子对，可以近似地认为，外层电子对内层电子没有屏蔽作用。内层电子没有屏蔽作用。(b)1s(b)1s轨道上的轨道上的2 2个电子之间的个电子之间的 0.30/e 其其它主量子数相同的各分层电子之间的它主量子数相同的各分层电子之间的0.35/e0.3
18、5/e(c)(c)被屏蔽的电子为被屏蔽的电子为nsns或或npnp时，则主量子数为时，则主量子数为（n n1 1）的各电子对它们的）的各电子对它们的0.85/e0.85/e，而，而小于（小于（n n2 2）的各电子对它们的）的各电子对它们的1.00/e1.00/e(d)(d)被屏蔽的电子为被屏蔽的电子为ndnd或或nfnf时，时，同组电子屏蔽为同组电子屏蔽为0.35/e，则位于它左边各组电子对它的屏蔽则位于它左边各组电子对它的屏蔽常数常数1.00/e1.00/e。计算铝原子中其它电子对一个计算铝原子中其它电子对一个3p3p电子的电子的值。值。解：铝原子的电子排布情况为解：铝原子的电子排布情况为
19、 1s 1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p1 1 按斯莱脱规则分组：按斯莱脱规则分组：(1s)(1s)2 2(2s,2p)(2s,2p)8 8(3s,3p)(3s,3p)3 3根据（根据（b b）得，）得，(3s,3p)(3s,3p)3 3中另外两电子对被屏蔽的一个中另外两电子对被屏蔽的一个3p3p电子电子的的0.350.352 2根据（根据（c c）得，）得，(2s,2p)(2s,2p)8 8中的中的8 8个电子对被屏蔽电子的个电子对被屏蔽电子的0.850.858 8；而；而(1s)(1s)2 2中的中的2 2个电子对被屏蔽电子的个电子对被屏蔽电子的1.001.00
20、2 2故故0.350.352 20.850.858 81.001.002 29.50 9.50 19K的电子排布是1s2，2s2 2p6, 3s2 3p6 , 4s1而不是1s2，2s2 2p6, 3s2 3p6 , 3d1？ (1s2) (2s2 2p6) (3s2 3p6 ) (4s1) Z = 19 (0.858 + 1.0 10) = 2.2E = (2.22/ 42) 13.6 = 4.114eV(1s2) (2s2 2p6) (3s2 3p6 ) (3d1)Z = 19 ( 18 1) = 1E = (12/ 32) 13.6 = 1.51eV钻穿效应钻穿效应 在原子中，对于同一主
21、层的电子，因在原子中，对于同一主层的电子，因s s电子比电子比p p、d d、f f电子在离核较近处出现的概率要多，表明电子在离核较近处出现的概率要多，表明s s电子有渗入内部空间而靠近核的本领，这种外电子有渗入内部空间而靠近核的本领，这种外层电子钻到内层空间而靠近原子核的现象，称层电子钻到内层空间而靠近原子核的现象，称为为钻穿作用钻穿作用。 由于电子的钻穿作用的不同而使它的能量发生由于电子的钻穿作用的不同而使它的能量发生变化的现象，称为变化的现象，称为钻穿效应钻穿效应。 能级分裂能级分裂 ： n 同，同， l 不同，不同，如：如：E3s E3p E3d 能级交错：能级交错： n, l 均不同
22、，均不同， E4s E3d (Z 21)多电子原子轨道的能级次序多电子原子轨道的能级次序 IA-IIA IIIA-VIIIA IIIB-VIIIB La系系 周期周期 IB-IIB Ac系系76543214f1s2s3s4s5s6s7s2p3p4p5p6p7p6d5d4d3d5f核核外外电电子子填填充充顺顺序序图图2、长周期电子排布式、长周期电子排布式最外层电子填充轨道顺序： 1S2S 2P 3S 3P 4S 3d 4P 5S 4d 5P 6S 4f 5d 6P 7S 5f 6d 7P .19K原子的电子构型：1s22s22p63s23p64s1 21Sc原子的电子构型：1s22s22p63s
23、23p63d14s2注意注意：当3d轨道上填充电子后，由于它对4s电子的屏蔽作用，使4s电子的能量高于3d电子，因此填写电子排布式时不要写为：Sc 1s22s22p63s23p64s23d13d轨道填充电子后, 4s轨道电子能量升高了洪特规则例子：Cr原子的电子排布图:24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1外层电子排布不是3d44s2，而是3d54s1 * Ar 原子实，表示原子实，表示 Ar 的的1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 。原子实后面是价层电子，即在化学反应中可能发生变化的电子。原子实后面是价层电子，即在化学反应中可能发生变化的电子。 * 虽先排虽先排 4s 后排
24、后排 3d ， 但但3d，4s * 21 Sc Scandium 钪钪 Ar 3d14s2 22 Ti Titanium 钛钛 Ar 3d24s2 23 V Vanadium 钒钒 Ar 3d34s2 24 Cr Chromium 铬铬 Ar 3d54s1 25 Mn Manganese 锰锰 Ar 3d54s2 26 Fe Iron 铁铁 Ar 3d64s2 27 Co Cobalt 钴钴 Ar 3d74s2 28 Ni Nickel 镍镍 Ar 3d84s2 29 Cu Copper 铜铜 Ar 3d104s1 * 19 K Potassium 钾钾 Ar 4s1 20 Ca Calciu
25、m 钙钙 Ar 4s2 原子的电子构型和族的划分原子的电子构型和族的划分 s区元素(ns1-2)：，族元素 P区元素(ns2np1-6)：族元素 d区元素(n-1)d1-10 ns1-2)：族元素 ds区元素(n-1)d10 ns1-2)：，族元素 f区元素(n-2)f1-14(n-1)d0-1ns2 ：镧系和锕系元素主族元素的族数原子最外电子层的电子数（ns + np）主族元素的最高氧化数。副族元素的族数ns电子数(n-1)d电子数（B,B族和族例外）同族元素的外层电子构型相似，化学性质也相似。原子的电子构型和元素的分区原子的电子构型和元素的分区核外电子运动状态的描述四个量子数四个量子数 主
26、量子数n=1 2 3 4 5 角量子数l= 0 1 2 3 磁量子数m=+1，0 -I（1）主量子数 用它来描述原子中电子出现几率最大区域离核的远近，或者说它决定电子层数。 电子层数：1 2 3 4 5 6 7 光谱符号：K L M N O P Q意义：是决定电子能量高低的重要因素。（2）角量子数 它表示原子轨道或电子云的 L=0对应的S轨道为球形， L=1对应的p轨道为哑铃形， L=2对应的d 轨道为花瓣形。 L只能取小于n的正整数，如n=3,L=0,1,2.意义：如果用主量子数n表示电子层数，则角量子数表示同一电子层数中具有不同状态的分层。多电子原子的能量决定于n和L。（3）磁量子数 M决
27、定角动量在空间的给定方向上的分量的大小，既决定原子轨道或电子云在空间的伸展方向。 M取0、1、-1、2、-2+l、-l，共取2L+1个值。 磁量子数与能量无关，将同一角量子数中的2L+1个轨道称为简并轨道或等价轨道（4）自旋量子数 它决定电子自身旋转的方向：正、逆时针方向。 三个量子数（三个量子数（n n、l l、m m）可以描述核外电子）可以描述核外电子的空间运动状态。的空间运动状态。 四个量子数（n、l、m、ms）可以描述核外电子的完整运动状态。 对于每一固定的层，轨道可能数为n2状态数为2n2。没有核外电子运动状态完全相同的电子存在n, l, m 一定一定, 轨道也确定轨道也确定 0 1
28、 2 3轨道轨道 s p d f例如例如: n =2, l =0, m =0, 2s n =3, l =1, m =0, 3pz n =3, l =2, m =0, 3dz2核外电子运动核外电子运动轨道运动轨道运动自旋运动自旋运动与一套量子数相对应（自然也有与一套量子数相对应（自然也有1个能量个能量Ei)n lm ms四个量子数和电子运动状态四个量子数和电子运动状态主量子数主量子数 n角量子数角量子数 l磁量子数磁量子数 m自旋磁量子数自旋磁量子数 ms电子运动电子运动状态数状态数取值取值取值取值能级能级符号符号取值取值原子轨道原子轨道取值取值符号符号符号符号总数总数101s01s1 1/22
29、202s02s4 1/2812p02pz 1/2 12px 1/22py 1/2 l = 0, 1, 2, , (n-1); m = 0, 1, 2, , l 例题例题 1.1.对原子中的电子来说，下列成套的量子数中对原子中的电子来说，下列成套的量子数中不可能存在的是不可能存在的是_。 A.(3,1,1,-1/2) B.(2,1,-1,+1/2) A.(3,1,1,-1/2) B.(2,1,-1,+1/2) C.(3,3,0,-1/2) D.(4,3,-3,+1/2)C.(3,3,0,-1/2) D.(4,3,-3,+1/2)C例题例题 2.2.表示表示3d3d的诸量子数为：的诸量子数为：_ A.n=3 l=1 m=+1 mA.n=3 l=1 m=+1 mS S=-1/2=-1/2 B.n=3 l=2 m=+1 mB.n=3 l=2 m=+1 mS S=+1/2=+1/2 C.n=3 l=0 m=+1 mC.n=3 l=0 m=+1 mS S=-1/2=-1/2 D.n=3 l=3 m=+1 mD.n=3 l=3 m=+1 mS S=+1/2=+1/2BS时时l=0；P时时l=1；d时时l=2；f时时l=3
