张秀球2012自主招生化学讲稿2--南昌外国语学校

• (2) 角量子数l (轨道角动量量子数, orbital angular momentum quantum number ) • 对每个n值 : l = 0, 1, 2, 3…n-1，共有 n个值. • 1. 确定原子轨道和电子云在空间的角度分布情况（形状）;
• 2.在多电子原子中，n与l一起决定的电子的能量；
3d1
三、 元素基本性质的周期性变化
一）原子半径(Atomic radii , r) • 核外电子层无明确“边界”。 原子半径分类: • 1.共价半径（Covalent radii [reidiai]） 2.金属半径（Metal radii ) 3.范德华半径（Van der Waals radii）
例： Na (g) Na+(g) + e I1 = 496 kJ.mol-1 1s22s22p63s1 1s22s22p6 (基态) Na+ (g) Na2+(g) + e I2 = 4562 kJ.mol-1 1s22s22p6 1s22s22p5 (基态) I1 >> I2
21钪Sc [Ar] 3d14s2 22钛Ti 23钒V [Ar] 3d24s2 [Ar] 3d34s2
24铬Cr* [Ar] 3d54s1
25锰Mn [Ar] 3d54s2
26铁Fe 27钴Co 28镍Ni [Ar] 3d64s2 [Ar] 3d74s2 [Ar] 3d84s2
29铜Cu* [Ar] 3d104s1
5
(i) 原子中大部分空间是空的；(ii) 原子核的正电荷和质量都集中在一 个很小体积的小球上。通过一层原 子时，大偏折α粒子的几率为108， 这说明S原子核 / S原子= 108，∴r 原子核 /r原子= 104。
一. 四个量子数n、l、m和ms的意义
• (1) 主量子数n (principal quantum number )
原子核外电子排布遵循的三原理 ， ， 。 若将C原子的电子排布写成1s22s22px2，它违背了（ ）。 A.能量守恒原理； B.Pauli(泡利)不相容原理； C.能量最低原理； D.Hund(洪德)规则。
基态阳离子的电子排布
原子失电子的顺序总是先失去外层再失去内层的: np > ns > (n-1)d > (n-2)f
量子数与原子轨道
n l 亚层符号 1 0 1s 2 0 2s 1 2p 3 0 3s 1 3p 2 3d 4 0 4s 1 4p 3 4d 4 4f n
m 0 0 0, ±1 0 0, ±1 0, ±1,±2 0 0, ±1 0, ±1,±2 0, ±1,±2, ±3
轨道数 ms 1 ±1/2 1 ±1/2 4 3 ±1/2 1 ±1/2 9 3 ±1/2 5 ±1/2 1 ±1/2 3 ±1/2 16 5 ±1/2 7 ±1/2 n2
主族元素的原子半径与阳离子、 阴离子半径
左：原子半径与阳离子半径比较
右：Cl共价半径 Cl-离子半径
二）、电离能（Ionization Energy, I）
电离能定义: 元素的气态、中性原子在基态时失 去一个电子，变为气态、基态的+1价阳离子的 过程所需吸收的能量, 称为”第一电离能”, 符 号I1 ;失去第二个电子, 称为”第二电离能”， 符号I2 …
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 29铜Cu* [Ar] 3d104s1 30锌Zn [Ar] 3d104s2 31镓Ga [Ar] 3d104s24p1 32锗Ge [Ar] 3d104s24p2 33砷As [Ar] 3d104s24p3 34硒Se [Ar] 3d104s24p4 35溴Br [Ar] 3d104s24p5 36氪Kr [Ar] 3d104s24p6
2013自主招生化学讲稿2
南昌外国语学校
张秀球 2012年8月
问题与思考：科学家让α 粒子通过1000层金原子 （400）的金箔，发现大偏转的α粒子出现的几率 为 1 / 10 ，即10万个α粒子中，只有一个α粒子 发生90°以上的偏转。你能得出什么结论？通过 一层金原子时，大偏转几率是多少？原子核与原子 半径之比为多少？
30锌Zn [Ar] 3d104s2
• 各元素的基态电子排布（电子构型）必须由光谱 实验结果确定； • 光谱实验结果证明多数元素原子基态的电子构型 符合上述3项排布规则，但也有例外： 41Nb 铌 [Kr]明，上述核外电子排布规则仅是粗略的、近 似的，还不够完善。最终的电子构型，只能由光 谱实验来确定。尊重事实！
1 氢H 1s1 2 氦He 1s2 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Ar1s22s22p63s23p6
e+2 He ee+2 He+ 2-σ e假想He
• 在多电子原子中，被研究电子受其它电子的 “屏蔽作用”，能量升高。这种能量效应，称 为“屏蔽效应”。
（二）钻穿效应 （The Penetrating Effect）
• 钻穿效应 原子轨道径向分布不同，电子穿过 内层（即n更小的轨道）而回避其它电子屏蔽 的能力不同，因而具有不同的能量的现象，称 为“钻穿效应”。 E3d>E4s 出现“能量交错”.
对下图所示，正确的叙述是（ ）。 (A)图形表示d 2 2 原子轨道的形状； (B)图形表示 d (C)图形表示d
x y
2
x y
2
2
原子轨道角度分布图； 电子云角度分布图；
(D)图形表示d 原子轨道的形状。 2 z 解： B
x y
2
二、多电子原子中轨道的能量
(一)屏蔽效应 (The Shielding Effect) • 电子：受核吸引E ；受其它电子排斥E ． 该电子只受到“有效核电荷”Z*的作用。 • Z* = Z - （ ：屏蔽常数）
La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu (2) 但整个镧系共15种元素，总的原子半径缩小值达14 pm，十 分显著！相邻元素的原子半径的减小辐度：非过渡元素(～ 10pm)＞过渡元素(～5pm)＞内过渡元素(＜1pm)。
• “镧系收缩”的影响：
• 镧系之后的第六周期元素Hf、Ta、W的原子与同 族第五周期元素的原子半径相近，性质相似，难 以分离。 IIIB IVB VB VIB rc/pm (Y) Zr 160 Nb 142.9 Mo 136.2 (La – Lu) Hf 156 Ta 143 W 137.0 187.7 pm, 173.4 pm
• 3.确定电子亚层(下图)： l 0 1 2 3 4 电子亚层： s p d f g
l=0
l=1
l=2
p 原子轨道角度分布图
d 原子轨道角度分布图
电子云角度分布图
(4)自旋量子数ms (spin quantum number) ms = 1/2, 表示同一轨 道(n, l, m（ r, , ）) 中电子的二种自旋状 态。
低温下，小分子形成晶体时，相邻两原子核 间距的一半。 • 原子间不成键，而靠分子间力互相接近。 • 主要适用于稀有气体（0族元素）。
2rv I I I 2rc I
―镧系收缩”
• rM =(187.7 pm - 173.4 pm)/ (71 – 57) 1 pm. （rM : 57La 187.7 pm, 71Lu 173.4 pm） “镧系收缩” ： (1) 从57La到 71Lu , Z↑, 增加的电子进入4f 轨道, 相邻两元素Z = 1, rM 1 pm, 很小； 4 5 6 K Rb Cs Ca Sr Ba Sc Y Ln Ti Zr Hf V Nb Ta Cr Mo W
• 1.共价半径（Covalent radii）rc 指同种元素的2个原子以共价单键相结合时的 核间距离的一半。
I 原子的共价半径 ( I2(g) 分子中)
• 2.金属半径（Metal radii）rM 指金属晶格中相邻两金属原子核间距的一半。
金属半径（a）与共价半径比较(b)
• 3. 范德华半径（van der Waals radii）rv
4 5 K Rb Ca Sr Sc Y Ti Zr Cr Mn Fe Nb Mo Tc Ru Ta W Re Os V Co Rh Ni Pd Cu Ag Zn Cd
6
Cs
Ba
La
Hf
Ir
Pt
Au
Hg
钇元素(Y)原子半径落入La - Lu之间，成为 “稀土元素”家族的一员(共17种元素)： IIIB 21Sc 钪 39Y 钇 57La - 71Lu 镧 – 镥 (镧系元素) rM /pm Y 180.3, Eu 198.3, Gd 180.1 ; 中国稀土元素矿藏已探明储量占全世界60% 以上。
能 级 组
1s 原子序数为7 N 1s 按洪特规则的基态电子构型 2s 是
1s

25Mn 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d 5 4s2
2p
7N