第七章 原子结构与元素周期律

2、元素基本性质的周期性
（2）电离能：元素的气态原子在基态时失去一个电子成为 一价气态正离子所需要的能量，称元素的第一电离能 I1 。 I 越小，越容易易失电子，金属性强 （3）电子亲合能 ：一个基态的气态原子得到一个电子形成 一价气态负离子所放出的能量。称该原子的第一电子亲合能。 习惯上把放出能量的电子亲合能EA用正号表示。 EA反映原子得电子难易程度。EA越大，越容易易得电 子，非金属性强。 （4）电负性：原子在分子中吸引电子的能力。F的负电性为 4.0，其它原子的负电性均为相对值，以Xp表示。 金属的电负性一般小于1.9，而非金属元素的电负性一般大于 2.2， 处于1.9与2.2之间的元素人们把它们称为“类金属”， 它们既有金属性又有非金属性。
由原子序数推测该元素在周期表中的位置一般方法： 记住稀有气体的原子序数，用原子序数减去比它小而相近的 稀有气体的原子序数，即得该元素所在的纵行数，周期数等 于该稀有气体周期数加1。若是第6周期及以上的元素，用原 子序数减去比它小而相近的稀有气体原子序数，再减去14得 所在纵行数。
（2）按价电子构型的不Hale Waihona Puke 把周期表分成五个区))
96Cm(锔)
103Lr(铹)
是6d17s2，
2 2 90Th(钍)是6d 7s ，
其它锕系 5f n7s2
例4、 已知某元素在氪前，当此元素的原子 失去3个电子后，它的角量子数为2的轨道 内电子恰好为半充满，试推断该元素。
二、元素周期律
1、原子的电子层结构和周期律
（1）副族元素的族序数= 原子次外层d电子数与最外层s电 子数之和（Ⅷ、ⅠB、ⅡB除外）
例8、 2003年全国初赛第三题 3－1 下列化学键中碳的正电性最强的是 A. C－F B. C－O C. C－Si D. C－Cl 3－2 电子构型为[Xe]4f145d76s2的元素是
A. 稀有气体 B. 过渡元素 C. 主族元素 D. 稀土元素
3－3 下列离子中最外层电子数为8的是 A. Ga3+ B. Ti4+ C. Cu+ D. Li+
s区 ns1-2
d区 (n-1)d1-9ns1-2
ds区 (n-1)d10ns1-2
p区 ns2np1-6
f区 (n-2)f
0-14(n-1)d 0-1ns2
例5 甲元素是第三周期p区元素，其最低化合价为 -1价；乙元素是第四 周期d区元素，其最高化合价为 +4价，填写下表：
元素 甲 乙 价层电子构型 周期 族 金属或非金属 电负性相对高低
（2）四个量子数和原子轨道 ③ 磁量子数 m
m 决定原子轨道的伸展方向，m = 0, ±1, ±2, … , ±l , 取 值受l 限制，对给定的l，有2l +1个m 值。
例如，当l =0时，m = 0 ，s轨道只有一个，在空间是球形 对称的。当l =1时，m = 0, ±1 ， p轨道在空间有三个伸展方 向， 形成三个等价轨道（简并轨道）px , py , pz 。 当l =2时， m = 0, ±1, ±2 ，d轨道在空间有五个伸展方向，形成五个等 价轨道（简并轨道）dxy , dyz , dxz , dx2-y2 , dz2 。 n , l , m 一组量子数确定一个原子轨道，分别表示离核远 近，形状，伸展方向。
一、核外电子运动状态
1、电子的波粒二象性
（1）光子的波粒二象性 （2）电子的波粒二象性（物质波、德布罗意波） （3）核外电子运动的早期模型—波尔模型
一、核外电子运动状态
2、电子运动的近代描述—电子云 （1）薛定谔方程： ψ (n, l, m, x , y, z )
（2）四个量子数和原子轨道
① 主量子数 n
例1、试比较Li2+离子的2s和2p轨道能量的高低。能量各是多 少？
例2、下列说法是否正确？如不正确，应如何改正？ （1）s电子绕核旋转，其轨道为一圆圈，而p电子是走∞字形。 （2）主量子数为1时，有自旋相反的两条轨道。 （3）主量子数为3时，有3s、3p、3d、3f四条轨道。
[ (2)、(5)、(6) ] 例3、下列各组量子数哪些是不合理的，为什么？ （1）n = 2 ，l = 1，m = 0 （2）n = 2，l = 2 m = -1 （3）n = 3 ，l = 0，m = 0 （4）n = 3，l = 1，m = +1 （5）n = 2，l = 0，m = -1 （6）n = 2，l = 3，m = +2
3、核外电子排布
（1）鲍林的轨道能级图
n +0.7l
每个能级组所填充的电子数=本周期元素的种类数
屏蔽效应：能量升高
钻穿效应：能量降低
（2）核外电子排布的三大规则
① 能量最低原理： ② 泡利原理： ③ 洪特规则：
（3）电子排布的表示方法
① 轨道表示法： ② 电子排布式： “原子实”：
竞赛要求：根据原子序数写出周期表中所有元素的电子排布式.
步骤：
1、 记住稀有气体元素的原子序数，用待写原子的原子序 数减去比它小而接近的稀有气体原子序数，即得最外层能 级组电子数。 2、写出稀有气体符号，中括号括起，和最外层能级组。 3、按电子排布三大规则，依次填充最外层能级组。 4、最后按n 由小到大的顺序从新写出。
特殊情况：
41
Nb
铌
4d 5 s
4
二、元素周期律
2、元素基本性质的周期性
（1）原子半径：两个原子核间距的一半。（包括共价半径、 金属半径、范德华半径） 副族元素（过渡金属）原子半径的变化规律： ① 同一周期从左到右原子半径也是减小的，但减幅变小了， 到了ds区原子半径反而略有增大。f区元素原子半径减幅更小， 而f区半充满或全充满时，原子半径不减小反而增大。 ② 同族从上到下变化不明显，第五和第六周期同族过渡元 素原子半径很接近，性质相似，在自然界能共生， 所以难 以分离，这是由于镧系收缩的结果。
（2）四个量子数和原子轨道 ④ 自旋磁量子数 ms ms 决定电子的自旋方向，取值只有两个ms = ±1/2，取
1/2时，电子自旋向上，用 表示；取－1/2时，电子自旋向 下，用 表示。
（3）电子云图形
电子云图形由l 决定 当l = 0时，称s电子云，球形对称； 当l = 1时，称p电子云，哑铃形，在空间有三个方向 px , py , pz 当l = 2时，称d电子云，花瓣形，在空间有五个方向 dxy , dyz , dxz , dx2-y2 , dz2
1
44
Ru
4 d 7 5 s1
45
Rh
铑
4d8 5S1
46
Pd
钯
4d10
74
W
5d 4 4 s2
78
Pt
铂
5d9 6S1
钌
钨
64Gd(钆)
镧系(57-71)除了： 57La(镧)
58Ce(铈)
71Lu
(镥 )
是5d16s2，其他镧系都是4fn6s2
锕系(89-103)除了：
93Np(镎 89Ac(锕) 91Pa(镤) 92U(铀
n 决定原子轨道离核的远近，是确定电子运动能量的 主要因素。n 取正整数1,2,3,4,5,6,7…对应光谱学符号
K,L,M,N,O,P,Q… 在氢原子或单电子体系中，电子的能量完全由n 决定。 13.6 eV E=－ 2 n
（2）四个量子数和原子轨道 ② 角量子数 l
l 决定原子轨道的形状，并在多电子原子中与n 一起决定 电子的能量，l 取0, 1, 2, 3, …, (n－1), 取值受n 限制。 l : 0 1
例6 某元素原子共有3个价电子，其中一个价电子的四个量子数为n = 3、 1 l = 2 、 m = 2 、 ms = + 2 试回答： （1）写出该元素原子核外电子排布式 （2）写出该元素的原子序数，指出在周期表中所处的分区、周期 数和族序数，是金属还是非金属以及最高正价化合价。
例7、现有A、B、C、D四种元素，A是第五周期IA族元素，B是第三周期 元素。B、C、D的价电子分别为2、2和7个。四种元素原子序数从小到大的 顺序是B、C、D、A。已知C和D的次外层电子均为18个。 （1）判断A、B、C、D是什么元素？ （2）写出A、B、C、D的简单离子； （3）写出碱性最强的最高价氧化物水化物的化学式； （4）写出酸性最强的最高价氧化物水化物的化学式；
p
2
d
3
f
4
g
5
h
光谱学符号： s
n 相同的原子轨道可以分为一种或几种不同形状的原子 轨道，由l 来表示。l = 0 称为s轨道，是球形的； l = 1 称为 p轨道，是哑铃形的； l = 3 称为d轨道，是花瓣形的。 例如：当n = 3时，l 可取0，1，2，那么第3电子层就有3种 不同形状的原子轨道，分别为3s，3p，3d，或者说在第3电 子层有3个亚层。