1、第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性6.1 6.1 原子结构的近代概念原子结构的近代概念6.2 6.2 核外电子运动状态的近代描述核外电子运动状态的近代描述 氢原子的波函数氢原子的波函数 6.3 6.3 原子核外的电子层结构原子核外的电子层结构6.4 6.4 元素性质的周期性规律元素性质的周期性规律第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性上节重点回顾上节重点回顾6.2 核外电子运动状态的近代描述核外电子运动状态的近代描述氢原子的波函数氢原子的波函数3.原子轨道的图形原子轨道的图形4.几率密度和电子云几率密度和电子云(1)几率密度几率密度:单位体积中电子出现的
2、概率。单位体积中电子出现的概率。(2)电子云电子云5.原子轨道的径向分布原子轨道的径向分布径向分布函数图、径向分布图径向分布函数图、径向分布图第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性6.3 原子核外的电子层结构原子核外的电子层结构1.多电子原子轨道的能级多电子原子轨道的能级(1)氢原子中电子能量；氢原子中电子能量；(2)屏蔽效应与钻穿效应；屏蔽效应与钻穿效应；(3)原子轨道近似能级图原子轨道近似能级图徐光宪公式徐光宪公式2.基态原子中电子排布原理基态原子中电子排布原理（1）最低能量原理）最低能量原理（2）Pauli不相容原理不相容原理（3）Hund规则规则第第6 6章章 原子结
3、构与元素周期性原子结构与元素周期性 26 Fe：1s222s22p63s23p63d64s可简写为可简写为 26 Fe：23d64s Ar价层电子价层电子 26 Fe：Ar3d4s电子排布式和轨道排布式第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性例：例：写出基态铬原子的核外电子排布式。写出基态铬原子的核外电子排布式。24 Cr：解：解：21s22s22p63s23p63d44s第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性例：例：写出基态铬原子的核外电子排布式。写出基态铬原子的核外电子排布式。24 Cr：解：解：1s122s22p63s23p63d54s3d亚层和亚层和4
4、s亚层均半充满，原子更稳定。亚层均半充满，原子更稳定。简写简写 24 Cr：13d54s Ar价层电子价层电子第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性基态铬原子的核外电子排布轨道表示式基态铬原子的核外电子排布轨道表示式3d亚层和亚层和4s亚层均半充满，原子更稳定。亚层均半充满，原子更稳定。简写简写 24 Cr：13d54s Ar 24 Cr：Ar3d4s第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性例：例：写出基态银原子的核外电子排布式。写出基态银原子的核外电子排布式。47 Ag：解：解：1s222s22p63s23p63d104s24p64d95s第第6 6章章 原
5、子结构与元素周期性原子结构与元素周期性例：例：写出基态银原子的核外电子排布式。写出基态银原子的核外电子排布式。47 Ag：解：解：1s222s22p63s23p63d104s14p64d105s4d亚层全充满、亚层全充满、5s亚层均半充满，原子更稳定。亚层均半充满，原子更稳定。简写简写 47 Ag：14d105s Kr第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性3.3.基态原子的电子层结构基态原子的电子层结构表表6-7 列出了所有的基态原子的电子排布列出了所有的基态原子的电子排布特殊情况说明（特殊情况说明（P108）：）：（1）、（）、（2）、（）、（3）、（）、（4）核外电子排布
6、全满半满情况更稳核外电子排布全满半满情况更稳定；实验事实后提出的一般结论，定；实验事实后提出的一般结论，符合大部分原子的实际排布，但符合大部分原子的实际排布，但是存在不能解释现象。是存在不能解释现象。第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性*价电子层价电子层:价电子层价电子层是指价电子所在的亚层。是指价电子所在的亚层。价电子价电子参加化学反应时能用于成键的电子。参加化学反应时能用于成键的电子。价电子层构型价电子层构型就是价电子层的电子排布式。就是价电子层的电子排布式。主族元素价电子层主族元素价电子层:最外层最外层s和和p电子，如：电子，如：19K：4s1；17Cl：3s23p5
7、 副族元素价电子层副族元素价电子层:最外层最外层s和次外层和次外层d电子，如：电子，如：24Cr：3d54s1；26Fe：3d64s2第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性4.4.简单基态阳离子的电子层结构简单基态阳离子的电子层结构以以（n+0.7l）决定电子填入原子轨道的能级决定电子填入原子轨道的能级顺序顺序:（n+0.7l）值愈小，轨道能级愈低，电子优值愈小，轨道能级愈低，电子优先填入先填入1s22s22p63s23p63d6Ar3d6 Fe2+:第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性经验规律：经验规律：外层电子填充顺序：外层电子填充顺序：ns(n-2)
8、f(n-1)d np价电子电离顺序：价电子电离顺序：np ns(n-1)d(n-2)f 以以（n+0.4l）决定原子中电子电离顺序决定原子中电子电离顺序:（n+0.4l）值越大，其轨道能级上的电子越先值越大，其轨道能级上的电子越先电离。电离。例例 25Mn2+:Ar3d54s0第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性5.元素周期性与核外电子排布的关系元素周期性与核外电子排布的关系(1)能级组与元素周期能级组与元素周期第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性 徐光宪：徐光宪：n+0.7l 值越大，轨道能级越高
9、，值越大，轨道能级越高，且此值的第一数字相同的各能级为一组且此值的第一数字相同的各能级为一组 能量升高第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性周期周期 能级组能级组 能级中原子轨道能级中原子轨道 电子最大容量电子最大容量 元素数目元素数目 1 1 1s 2 2 2s2p 3 3 3s3p 4 4 4s3d4p 5 5 5s4d5p 6 6 6s4f5d6p 7 7 7s5f6d(未完未完)各周期元素与相应能级组的关系各周期元素与相应能级组的关系2 28 88 818 1818 1832 32尚未布满尚未布满 23(未完未完)第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期
10、性 元素周期律：元素周期律：元素以及由它形成的单质元素以及由它形成的单质和化合物的性质，随着元素的原子序数和化合物的性质，随着元素的原子序数(核电核电荷数荷数)的依次递增，呈现周期性的变化。的依次递增，呈现周期性的变化。元素周期表：元素周期表：周期号数周期号数=电子层数电子层数=能级组。能级组。各周期元素的数目各周期元素的数目=相应能级组中原子轨道相应能级组中原子轨道所能容纳的电子总数。所能容纳的电子总数。主族元素的族号数主族元素的族号数等于原子最外层等于原子最外层s、p电子电子总数。总数。第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性竖列为族：性质、价层电子组态相似竖列为族：性质、
11、价层电子组态相似主族主族(A)电子最后填充在最外层电子最后填充在最外层s和和p轨道轨道8个主族个主族A A主族元素内层全充满，主族元素内层全充满，最外层电子数等于族数。最外层电子数等于族数。ns1、ns2、ns2 np15零族零族(0)稀有气体元素稀有气体元素内层和外层全充满，内层和外层全充满，呈稳定结构呈稳定结构 (1s2、ns2 np6)(2)族与价层电子组态族与价层电子组态第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性副族副族(B)电子最后填充在电子最后填充在(n-1)d或或(n-2)f轨道轨道共有共有8个副族，个副族，B B副族元素的最外副族元素的最外层为层为s12，次外层为
12、，次外层为d110，外数第三层为，外数第三层为f 114。B和和 B的族数为的族数为s亚层上的电子数，亚层上的电子数，B B族数为族数为d，s亚层上的电子数之和。金属元素。亚层上的电子数之和。金属元素。族族 最后一个电子填充在最后一个电子填充在(n-1)d亚层亚层共有共有3个纵列个纵列 电子构型是（电子构型是（n-1）d610ns0,1,2,价层价层电子总数为电子总数为810。化学反应的价层电子数不等于。化学反应的价层电子数不等于族数。族数。第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性16个族8个主族8个副族零族:第族:A、A：ns1-2AA：ns2np1-5B、B：(n-1)d1
13、0ns1-2BB：(n-1)d1-5ns2ns2np6(n-1)d6-8ns2第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性 s区元素，区元素，ns1和和ns2，包括，包括IA、IIA族元素族元素 f区元素：区元素：(n-2)f 0-14(n-1)d 0-2ns2，包括镧系和，包括镧系和锕系元素。锕系元素。ds区元素：区元素：(n-1)d10ns1和和(n-1)d10 ns2，包括第，包括第IB、IIB族。族。d区元素，区元素，(n-1)d1-9ns1-2,从第从第B族到第族到第类元类元素。素。p区元素，区元素，ns2 np1-6，从第，从第A族到第族到第0族元素。族元素。(3)元素
14、分区元素分区s区区p区区ds区区f区区第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性元素周期表元素周期表的特点（的特点（周期周期）周期：周期：7个，周期数个，周期数=基态原子的电子层数（基态原子的电子层数（n）周期数和周期数和周期名称周期名称 能级组能级组 起止元素起止元素 元素元素个数个数 能级组内各亚层电子填充次序能级组内各亚层电子填充次序（反映核外电子构型的变化）（反映核外电子构型的变化）1 特短周期特短周期 1H2He21s1-2 2 短周期短周期 3Li10Ne82s1-22p1-63 短周期短周期11Na18Ar83s1-23p1-64 长周期长周期19K36Kr184s
15、1-23d1-104p1-65 长周期长周期37Rb54Xe185s1-24d1-105p1-66 长周期长周期55Cs86Rn326s1-24f1-145d1-106p1-67 未完周期未完周期87Fr未完未完7s1-25f1-146d1-7第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性元素周期表的特点（族）族族最后一个电子最后一个电子填入的能级填入的能级所含族所含族族数族数主族主族(A族族)ns或或npA Ans+np电子总数电子总数副族副族(B族族)(n1)d或或(n2)fB B(n1)dns或或ns电子总数电子总数0族族（稀有气体）（稀有气体）1s2或或ns2np6（全满）（
16、全满）族族(n1)d三个纵列三个纵列(n1)dns电子总数为电子总数为8、9、10第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性元素周期表的特点元素周期表的特点（过渡元素过渡元素 ）副族元素和第副族元素和第族元素最外层电子族元素最外层电子较少，除较少，除Pd外只有外只有12个电子，它们的个电子，它们的(n1)d轨道或轨道或(n2)f轨道未充满或刚充轨道未充满或刚充满，故在化合物中常表现多种不同的氧满，故在化合物中常表现多种不同的氧化态。它们的性质与主族元素有较大的化态。它们的性质与主族元素有较大的差别，称为差别，称为过渡元素过渡元素(transition element)。第第6 6
17、章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性周期表中的元素分区 元素分区元素分区价电子构型价电子构型所含族所含族元素类型元素类型s区区ns1或或ns2A、A活泼金属元素活泼金属元素p区区ns2np16AA 0族族非金属元素、非金属元素、d区区(n1)d19ns 12B B 族族过渡元素过渡元素ds区区(n1)d10ns12B、B过渡元素过渡元素f区区(n2)f 014ns2,或或(n 2)f 014(n1)d 02ns2镧系和锕系镧系和锕系元素元素 第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性族ns12ns2np16(n-1)d110 s12(n-2)f114s区p区ds区f区过
18、渡元素内过渡元素元素周期表例例 写出写出25号元素的基态原子核外电子排布式号元素的基态原子核外电子排布式并指出其在周期表中所属周期、族和区。并指出其在周期表中所属周期、族和区。1s222s22p63s23p63d54s解解 电子排布式电子排布式或或Ar 3d 5 4s 2第第4周期，周期，B族，族，d区区其中最外层电子的其中最外层电子的n=4，属于第，属于第4周期的元素。周期的元素。最外层电子和次外层最外层电子和次外层d电子总数为电子总数为7，所以它位于，所以它位于B族。族。3d电子未充满，应属于电子未充满，应属于d区区元素。元素。第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性4.元
19、素性质的周期性规律元素性质的周期性规律(1)有效核电荷有效核电荷(Z-)核电荷随原子序数增加而增加核电荷随原子序数增加而增加,由于电子层数的增加由于电子层数的增加,有效核电荷数呈现周期性变化规律有效核电荷数呈现周期性变化规律:每周期从左至右有每周期从左至右有效核电荷由小到大效核电荷由小到大,短周期增长明显短周期增长明显,长长周期增加缓慢周期增加缓慢,f区元区元素几乎不增加素几乎不增加第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性金属半径金属半径范德华半径范德华半径共价半径共价半径256pm铜原子半径铜原子半径(2)原子半径原子半径128pm198pm 396pm198pm99pm氯原
20、子的氯原子的共价半径共价半径氯原子的范氯原子的范德华半径德华半径第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性决定原子半径大小的决定原子半径大小的主要因素主要因素:有效核电荷有效核电荷;核外电子层数核外电子层数.从左到右从左到右,有效核有效核电荷增加，电荷增加，r 减小减小;从上到下从上到下,电子层电子层数增加，数增加，r 增大。增大。主族元素主族元素第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性图图6-21 共价半径的变化共价半径的变化 过渡元素原子半径先是缓慢缩小，然后略有增大；内过渡过渡元素原子半径先是缓慢缩小，然后略有增大；内过渡元素有效核电荷变化不大，原子半径几乎
21、不变。同周期中相元素有效核电荷变化不大，原子半径几乎不变。同周期中相邻两元素的原子半径减小的平均幅度是：邻两元素的原子半径减小的平均幅度是：非过渡元素非过渡元素 过渡元素过渡元素 内过渡元素内过渡元素 10pm 5pm 1pm第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性原子半径原子半径小小主族主族大大副族副族略增略增先略减再略增先略减再略增大大小小第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性例如例如:Al(g)-e-Al+(g),I1=578 kJmol-1;Al+(g)-e-Al2+(g),I2=1817kJmol-1;Al2+(g)-e-Al3+(g),I3=274
22、5kJmol-1;Al3+(g)-e-Al4+(g),I4=11578kJmol-1(3)电离能电离能(I):可见可见,I1 I2 I3 I4 元素原子电离能越小元素原子电离能越小(大大),原子就越易原子就越易(难难)失失去电子去电子.金属性越强（弱）金属性越强（弱）定义定义:M(g)-e-M+(g),(需要需要)第一电离能第一电离能第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性有效核电荷有效核电荷;原子半径原子半径;电子层结构电子层结构.决定电离能大决定电离能大小的小的主要因素主要因素:元素原子第一元素原子第一电离能周期性电离能周期性变化变化.第第6 6章章 原子结构与元素周期性原
23、子结构与元素周期性规律规律:主族元素主族元素:同周期同周期,从左到右从左到右,I1增大增大;同族同族,从上到下从上到下,I1减小减小.过渡元素过渡元素:I1变化不大变化不大.总趋势总趋势:从左到右从左到右,I1略有增加略有增加第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性有效核电荷有效核电荷;原子半径原子半径;电子层结构电子层结构.决定电子亲和能大小的决定电子亲和能大小的主要因素主要因素:(4)电子亲和能电子亲和能:例如例如:O(g)+e-O-(g),EA1=-141.0 kJmol-1;O-(g)+e-O2-(g),EA2=+844.2 kJmol-1定义定义:M(g)+e-M-(
24、g),放出放出EA1元素原子的第一电子亲和能的代数值愈小，表示元素原子得到电子的倾向愈大，元素的非金属性也愈强。第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性元素原子电负性呈现周期性变化规律。元素原子电负性呈现周期性变化规律。(5)电负性电负性:分子中元素原子吸引电子的能力分子中元素原子吸引电子的能力.第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性 电负性标度不同，数据不同，但在周电负性标度不同，数据不同，但在周期系中变化规律一致。电负性可以综合衡量期系中变化规律一致。电负性可以综合衡量各种元素的金属性和非金属性。各种元素的金属性和非金属性。同一周期从同一周期从左到右电负性
25、依次增大；同一主族从上到下左到右电负性依次增大；同一主族从上到下电负性依次变小，电负性依次变小，F 元素为元素为4，非金属性最，非金属性最强。强。从左至右从左至右,电负性增加电负性增加,从上至下从上至下,电负性减小电负性减小第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性电负性越小电负性越小,金属性越强金属性越强;电负性越大电负性越大,非金属性就越强非金属性就越强.同一周期元素同一周期元素,从左到右从左到右,电负性增大电负性增大,元素金元素金属性减弱属性减弱,非金属性增强非金属性增强;同一族的元素同一族的元素,从上到下从上到下,电负性减小电负性减小,元素的元素的金属性增强金属性增强,非
26、金属性减弱非金属性减弱(6)元素的金属性和非金属性元素的金属性和非金属性:第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性(7)氧化值氧化值:元素的氧化值决定于价电子数目元素的氧化值决定于价电子数目.主族元素主族元素,所呈现的最高氧化值等于该元素所属的所呈现的最高氧化值等于该元素所属的族数族数.副族元素价电子构型和最高氧化值副族元素价电子构型和最高氧化值:副族副族价电子价电子构型构型最高最高氧化值氧化值B B B B B B B B(n-1)d1 (n-1)d2 (n-1)d3 (n-1)d4 (n-1)d5 (n-1)d68(n-1)d10(n-1)d10 ns2 ns2 ns2 n
27、s2 ns2 ns2 ns1 ns2+3+4+5+6+7+8+1+2第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性元素元素ScTiVCrMnFeCoNi氧氧化化态态+第一过渡系元素的氧化态第一过渡系元素的氧化态对于对于3P1电子下列描述电子下列描述(n,l,m,si)正确的是正确的是:3,2,-1,+1/2 3,1,-1,+1/2 3,0,0,-1/2 下列电子排布式是那一种元素的原子，区？周期？族？下列电子排布式是那一种元素的原子，区？周期？族？1s22s22p63s23p64s2 1s22s22p63s23p63d104s24p5 Ar3d34s2 下列各排量子数有无错误，请指出来：下列各排量子数有无错误，请指出来：n=1，l=1，m=0 n=4，l=3，m=4 n=1，l=0，m=2 n=0，l=0，m=0Ca，s区，区，4，ABr，p区，区，4，AV，d区，区，4，B思考题思考题第第6 6章章 原子结构与元素周期性原子结构与元素周期性作业：作业：P121 思考题思考题 8.13.21课后习题：课后习题：15.16.19.27
