物质结构2学习教案

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1、会计学1物质物质(wzh)结构结构2第一页，共47页。它是从周期系中各元素原子轨道图中归它是从周期系中各元素原子轨道图中归纳出的一般规律纳出的一般规律,不能反映每种元素原子不能反映每种元素原子轨道能级的相对高低轨道能级的相对高低, 所以是近似的。所以是近似的。4.对近似对近似(jn s)能级图的几点说明能级图的几点说明只能反映同一原子内各原子轨道能级的只能反映同一原子内各原子轨道能级的相对高低相对高低, 不能比较不同元素原子轨道。不能比较不同元素原子轨道。只能反映同一原子外电子层中原子轨道只能反映同一原子外电子层中原子轨道能级的相对高低，不能反映内电子层中能级的相对高低，不能反映内电子层中原子

2、轨道能级的相对高低。原子轨道能级的相对高低。电子在轨道上的能级与原子序数有关。电子在轨道上的能级与原子序数有关。第2页/共47页第二页，共47页。二.核外电子(h wi din z)排布的三条原则1. 能量能量(nngling)最低原理最低原理 能量最低原理能量最低原理基态原子是处于最低能量状态的原基态原子是处于最低能量状态的原子。子。能量最低原理认为，基态原子核外电子的排布能量最低原理认为，基态原子核外电子的排布(pi b)力求使整个原子的能量处于最低状态。力求使整个原子的能量处于最低状态。随核电荷数递增，大多数元素的电中性基态原子的随核电荷数递增，大多数元素的电中性基态原子的电子按如下顺序

3、填入核外电子运动轨道，叫做构造原理电子按如下顺序填入核外电子运动轨道，叫做构造原理。电子先填最外层的电子先填最外层的ns，后填次外层的，后填次外层的(n-1)d，甚至填入，甚至填入倒数第三层的倒数第三层的(n-2)f的规律叫做的规律叫做“能级交错能级交错”。请注意：请注意：能级交错现象是电子随核电荷递增填充电能级交错现象是电子随核电荷递增填充电子次序上的交错子次序上的交错,并不意味着先填能级的能量一定比后填能并不意味着先填能级的能量一定比后填能级的能量低。级的能量低。第3页/共47页第三页，共47页。随核电荷数递增随核电荷数递增,电子每一次从填入电子每一次从填入ns能级开始能级开始(kish)

4、到填满到填满np能级能级,称为建立一个周期，于是有：称为建立一个周期，于是有： 周期周期: ns开始开始(kish)np结束结束 同周期元素的数目同周期元素的数目 第一周期：第一周期：1s2 第二周期：第二周期：2s，2p8 第三周期：第三周期：3s，3p8 第四周期：第四周期：4s，3d，4p18 第五周期：第五周期：5s，4d，5p18 第六周期：第六周期：6s，4f，5d，6p32 第七周期：第七周期：7s，5f，5d，. ? 第4页/共47页第四页，共47页。 2.泡里不相容原理泡里不相容原理(yunl) (1)泡利原理泡利原理基态多电子原子中不可能基态多电子原子中不可能同时存在同时存

5、在4个量子数完全相同的电子。或者在一个量子数完全相同的电子。或者在一个轨道里最多只能容纳个轨道里最多只能容纳2个电子，它们的自旋方个电子，它们的自旋方向向(fngxing)相反。相反。n 1 2 3 4 .n轨道轨道(gudo)数数 1 4 9 16 n2电子数电子数 2 8 18 32 2 n2第5页/共47页第五页，共47页。 (1)洪特规则洪特规则基态多电子原子中同一能级的轨基态多电子原子中同一能级的轨道能量相等，称为简并轨道；基态多电子原子的电子总道能量相等，称为简并轨道；基态多电子原子的电子总是首先自旋平行是首先自旋平行(pngxng)地、单独地填入简并轨道地、单独地填入简并轨道。2

6、. 洪特规则洪特规则(guz)(2)洪特规则特例：洪特规则特例： 对于等价对于等价(dngji)轨道当是半充满，全充满或全空时轨道当是半充满，全充满或全空时， 能量最低。能量最低。半充满半充满 p3 d5 f7 全充满全充满 p6 d10 f14 全全 空空 p0 d0 f0 第6页/共47页第六页，共47页。 洪德洪德(hn d)规则规则 (Hunds rule)： 电子分布到等价电子分布到等价(dngji)(dngji)轨道时轨道时, , 总是尽量先以相同的总是尽量先以相同的自旋状态分占轨道。即在自旋状态分占轨道。即在 n n 和和 l l 相同的轨道上分布电子相同的轨道上分布电子, ,

7、将尽可得分布在将尽可得分布在 m m 值不同的轨道上值不同的轨道上, , 且自旋相同。且自旋相同。例如例如(lr) Mn 原子原子： 未成对电子的存在与否未成对电子的存在与否, , 实际上可通过物质在磁场中实际上可通过物质在磁场中的行为确定：的行为确定：含有未成对电子的物质在外磁场中显示顺含有未成对电子的物质在外磁场中显示顺磁性磁性( (paramagnetism), ), 顺磁性是指物体受磁场吸引的性质；顺磁性是指物体受磁场吸引的性质；不 含 未 成 对 电 子 的 物 质 在 外 磁 场 中 显 示 反 磁 性不 含 未 成 对 电 子 的 物 质 在 外 磁 场 中 显 示 反 磁 性(

8、 (diamagnetism), ), 反磁性是指物体受磁场排斥的性质。反磁性是指物体受磁场排斥的性质。(b) Ar (a) Ar 3d4s第7页/共47页第七页，共47页。 根据根据Hunds rule, Hunds rule, 下列三种下列三种排布排布(pi b)(pi b)中哪一种是氮原子的中哪一种是氮原子的实际电子组态实际电子组态? ? 1s 2s 2px 2py 2pz 1s 2s 2px 2py 2pz 1s 2s 2px 2py 2pzQuestion 8Question 8Solution第8页/共47页第八页，共47页。三三. 原子原子(yunz)的电子层结构和元素周期系的电

9、子层结构和元素周期系1. 原子原子(yunz)的电子层结构的电子层结构两种表示方法两种表示方法(fngf)：轨道表示式：轨道表示式 电子排布式电子排布式 用一条下划短线用一条下划短线_或以及表示一条原子或以及表示一条原子轨道和用上下箭头分别表示两种不同自旋方向的轨道和用上下箭头分别表示两种不同自旋方向的电子电子.如如氧原子的轨道排布图氧原子的轨道排布图. (1) 轨道表示式轨道表示式 1s 2s 2p 第9页/共47页第九页，共47页。(2) 电子电子(dinz)排布式排布式根据电子排布的三原则(yunz)，可以写出电子结构式。 Z = 11 钠原子， 其电子结构式为 1s2 2s2 2p6

10、3s1 Z = 19 钾原子， 其电子结构式为 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 为了避免电子为了避免电子(dinz)结构式过长，通常把结构式过长，通常把内层电子内层电子(dinz)已达到稀有气体结构的部分写已达到稀有气体结构的部分写成稀有气体的元素符号外加方括号的形式来表示，成稀有气体的元素符号外加方括号的形式来表示，这部分称为这部分称为“原子实原子实”。钾的电子。钾的电子(dinz)结构式结构式也可以表示为也可以表示为 Ar 4s1。第10页/共47页第十页，共47页。19种元素原子的外层电子种元素原子的外层电子(dinz)分布有例外分布有例外 基态原子电子基态原子电子(di

11、nz)分布分布其中其中(qzhng)：29Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 全充满全充满24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1 半充满半充满同样有：同样有：46Pd、 47Ag、 79Au同样有：同样有：42Mo、 64Gd、 96Cm当电子分布为全充满当电子分布为全充满(p6、d10、f14)、半充满半充满(p3、 d5、f7)、全空全空(p0、d0、f0)时时, 原子结构较稳定原子结构较稳定例外的还有：例外的还有： 41Nb、 44Ru、 45Rh、 57La、 58Ce、78Pt、89Ac、90Th、91Pa、92U、 93Np第11页/共47页第十一页，

12、共47页。AA0一一11s1AAAAAA21s2二二3456789 10三三11 12BBBB BBB13 14 15 16 17 18四四19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36五五37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54六六55 56 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86ns12 (n-1)d19ns12 ns2np16(n-1)d10ns12价层价层价电子所在价电子所在(suzi)的亚层的亚层价层电子

13、构型价层电子构型指价层的电子分布式指价层的电子分布式基态基态(j ti)原子的价层电子构原子的价层电子构型型第12页/共47页第十二页，共47页。基态原子外层电子填充基态原子外层电子填充(tinchng)顺序：顺序： ns (n-2)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例例 26Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 或或 Ar 3d64s2 Fe2+ 1s22s22p63s23p63d6 或或 Ar 3d6原子实原子实原子中除去原子中除去(ch q)最高能最高能级组以外级组以外 的原子实体的原子实体经验规律经验规律第13页

14、/共47页第十三页，共47页。 49号元素49-36=13 n=5 4d105s25p1117号元素117-86=31 n=7 5f146d107s27p5第14页/共47页第十四页，共47页。成功，引起了科学界的震动。人们为了纪念它的功绩，就把元素周期表称门捷列夫元素周期表。第15页/共47页第十五页，共47页。Ti=50Zr=90？=180V=51Nb=94Ta=182Cr=52Mo=96W=186Mn=55Rh=104.4Pt=197.44Fe=56Ru=104.4Ir=198Ni=Co=59Pd=106.6Os=199H=1Cu=63.4Ag=108Hg=200Be=9.4Mg=24Z

15、n=65.2Cd=112B=11Al=27.4?=68Ur=116Au=197?C=12Si=28?=70Sn=118N=14P=31As=75Sb=122Bi=210O=16S=32Se=79.4Te=128?F=19Cl=35.5Br=80I=127Li=7Na=23K=39Rb=85.4Cs=133Tl=204Ca=40Sr=87.6Ba=137Pb=207?=45Ce=92?Er=56La=94?Yt=66Di=95In=75Th=118?门捷列夫门捷列夫(mn ji li f)的第的第一张周期表一张周期表第16页/共47页第十六页，共47页。类铝类铝（1871年门捷列夫的预言）年门捷

16、列夫的预言）原子量约为原子量约为69比重约为比重约为5.9-6.0熔点应很低熔点应很低不受空气的侵蚀不受空气的侵蚀灼热时能分解水汽灼热时能分解水汽能生成类似明矾的矾类能生成类似明矾的矾类可用分光镜发现其存在可用分光镜发现其存在镓镓（1875年布瓦博德朗发现年布瓦博德朗发现(fxin)镓后测定）镓后测定）原子量为原子量为69.72比重比重(bzhng)等于等于5.94（原（原4.7）熔点熔点(rngdin)为为30.1灼热时略起氧化灼热时略起氧化能生成结晶较好的镓矾能生成结晶较好的镓矾镓是用分光镜发现的镓是用分光镜发现的灼热时确能分解水汽灼热时确能分解水汽第17页/共47页第十七页，共47页。门

17、捷列夫对于门捷列夫对于“类硅类硅”元素的预言元素的预言性质性质门捷列夫的预言门捷列夫的预言锗的真实数据锗的真实数据原子量原子量7272.59密度密度 (g/cm3)5.55.32颜色颜色灰色灰色灰色灰色熔点熔点高高947氧化物化学式氧化物化学式EsO2GeO2氧化物密度氧化物密度4.74.228氯化物化学式氯化物化学式EsCl4GeCl4氯化物密度氯化物密度1.91.844第18页/共47页第十八页，共47页。 1894-1898年稀有气体的发现，使元素周期律理论经受了一次考验。年稀有气体的发现，使元素周期律理论经受了一次考验。门捷列夫当时指出门捷列夫当时指出(zh ch)，可以在周期表上开辟

18、一个走廊，结果在周期表中增，可以在周期表上开辟一个走廊，结果在周期表中增添了一个添了一个0族。更进一步完善了周期表，使元素周期律理论得到了发展。族。更进一步完善了周期表，使元素周期律理论得到了发展。1913年英国科学家莫斯莱年英国科学家莫斯莱 “化学元素的性质是它们原子序数（化学元素的性质是它们原子序数（而不再而不再(b zi)是原子量）的周期性函数是原子量）的周期性函数”。I get it!But I have abetter one! 20世纪初期，逐步世纪初期，逐步(zhb)发展起来了原子电子层结构理论和原子核结构理论发展起来了原子电子层结构理论和原子核结构理论，使人们能够更深入地认识到

19、元素性质周期性变化的本质原因：，使人们能够更深入地认识到元素性质周期性变化的本质原因：“化学元素性质化学元素性质的周期性来源于原子电子层结构的周期性的周期性来源于原子电子层结构的周期性”。 第19页/共47页第十九页，共47页。第20页/共47页第二十页，共47页。能级组能级周期轨道数e数元素数 1s(特短) 122 2s 2p(短) 488 3s 3p(短) 488 4s 3d 4p(长) 91818 5s 4d 5p(长) 91818 6s 4f 5d 6p(特长) 163232 7s 5f 6d 7p(未完)第21页/共47页第二十一页，共47页。第22页/共47页第二十二页，共47页。

20、2. 族族第23页/共47页第二十三页，共47页。(1) 周期表中有七个A 族，位于表的第 1、2、 13、14、15、16 和 17 列，A 族也叫主族。主族从 IA 到 VIIA，最后一个电子(dinz)填入 ns 或 np 轨道，其族数等于价电子(dinz)总数。 (2)周期表有七个周期表有七个 B 族族,位于第位于第 3、4、5、6、7、11 和和 12 列，列，B 族也叫副族。副族元素从族也叫副族。副族元素从 IB 到到 VIIB，最后一个最后一个(y )电子多数填入电子多数填入( n1)d 轨道，其族数轨道，其族数通常等于最高能级组中的电子总数。通常等于最高能级组中的电子总数。 (

21、3) 有零族元素，它是稀有气体，其电子有零族元素，它是稀有气体，其电子(dinz)构型呈稳定结构。还有构型呈稳定结构。还有 VIII 族，它包括了族，它包括了 8、9 和和 10 三列元素，其最后一个电子三列元素，其最后一个电子(dinz)也填在也填在 ( n1)d 轨道，它们最高能级组中的电子轨道，它们最高能级组中的电子(dinz)总数是总数是 8 到到 10，电子，电子(dinz)构型是构型是 ( n1)d 6-10 ns0-2。 第24页/共47页第二十四页，共47页。3. 元素元素(yun s)的分区的分区第25页/共47页第二十五页，共47页。(1) s 区元素 ,包括 IA族，II

22、A 族。其价层电子构型为 ns12，属于(shy)活泼金属。(2) p 区元素(yun s),包括 IIIA族，IVA 族，VA 族，VIA 族，VIIA 族，0 族（也称为VIII A族）。其价层电子构型为 ns2 np16。(3) d 区元素(yun s),包括 IIIB 族，IVB 族，VB 族，VIB 族，VIIB 族和VIII 族。其价层电子构型一般为 (n-1)d110ns02。 (4) ds 区元素，区元素，包括包括 IB 族族和和 IIB 族族，过渡，过渡 金属金属,价层电子构型为价层电子构型为 ( n- 1 )d10ns12 (5) f区元素，包括镧系和锕系元素，价层电子区元

23、素，包括镧系和锕系元素，价层电子构型为构型为 (n 2)f014 (n1)d02 ns2 第26页/共47页第二十六页，共47页。4. 原子原子(yunz)的电子层结构和族的关系的电子层结构和族的关系(1) 主族族数主族族数=最外层最外层(wi cn)电子数电子数(2) 副族族数副族族数=(n-1)dns的电子数的电子数(3) IB和和B族数族数=最外层最外层(wi cn)（ns层）电子数层）电子数第27页/共47页第二十七页，共47页。例例1已知某元素位于已知某元素位于(wiy)周期表中第四周期周期表中第四周期第第 B族，试写出它的电子排布式族，试写出它的电子排布式解：根据题意：该元素的原子

24、解：根据题意：该元素的原子(yunz)有有4个电子个电子层和层和5 个价电子（个价电子（d+s）电子）电子能级能级(nngj)组组 : 一一 二二 三三 四四 电子数电子数: 2 8 8 4S23d3Ar 3d34S2 为钒为钒 例例1已知某元素原子序数为已知某元素原子序数为21，试指出它属于，试指出它属于 哪一周期，哪一族，什么区，什么元素？哪一周期，哪一族，什么区，什么元素？解：解：21 1S22S22P63S23P63d14S2 Ar3d14S2 该元素属第四周期该元素属第四周期 B 钪钪Sc第28页/共47页第二十八页，共47页。第三节第三节 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律一

25、、有效核电荷一、有效核电荷(dinh)Z*(1) 屏蔽效应屏蔽效应 由于电子对另一电子的排斥由于电子对另一电子的排斥(pich)而抵消了一部分而抵消了一部分核电荷对电子的吸引力的作用称为屏蔽作用核电荷对电子的吸引力的作用称为屏蔽作用(或效应或效应), 把被其他电子屏蔽后的核电荷称为有效核电荷.用符号(fho)Z*表示 Z*=Z- Z为未屏蔽时的核电荷数为未屏蔽时的核电荷数(即原子序数即原子序数),称为屏蔽系数称为屏蔽系数. 值越大值越大,表示目标电子受到表示目标电子受到的屏蔽作用就越大的屏蔽作用就越大. E=-13.6 (Z-/n2)(eV) 多电子原多电子原子中每一子中每一个电子允个电子允许

26、的能量许的能量 第29页/共47页第二十九页，共47页。(2)钻穿效应钻穿效应(xioyng)： n相同，相同，l不同：（不同：（3s,3p,3d）l越小，峰个数越越小，峰个数越 多，第一个小峰离核越近，电子运动在核附近多，第一个小峰离核越近，电子运动在核附近(fjn)的的 机会多，能量低。机会多，能量低。 EnSEnpEnd 外层电子外层电子(dinz)有机会钻到内部空间而有机会钻到内部空间而靠近原子核的现象，通常称为钻穿作用靠近原子核的现象，通常称为钻穿作用 由于电子的钻穿作用的不同而使其能量发生变化的现由于电子的钻穿作用的不同而使其能量发生变化的现象，称为象，称为钻穿效应钻穿效应。 n不

27、同，不同，l不同：不同：4s,3d 决定决定E高低有两个因素高低有两个因素n大：大：E高高l小：钻穿效应强，小：钻穿效应强，E低低第30页/共47页第三十页，共47页。屏蔽(pngb)常数原有核电荷减小原有核电荷减小 或被抵消的部分或被抵消的部分。第31页/共47页第三十一页，共47页。 3变化规律变化规律 同周期的主族元素中，随其电子增加在外层而有效电荷增加显著。同周期的主族元素中，随其电子增加在外层而有效电荷增加显著。在同一周期的副族元素中，则随着其电子增加在次外层而有效电荷增在同一周期的副族元素中，则随着其电子增加在次外层而有效电荷增加不多（邻近加不多（邻近(ln jn)元素间相差约元素

28、间相差约0.07）。镧系和锕系元素的有效核）。镧系和锕系元素的有效核电荷则因电子增加在次次外层而增加极少。电荷则因电子增加在次次外层而增加极少。 由此可以理解：同一周期主族元素的性质变化比较明显，而副族和由此可以理解：同一周期主族元素的性质变化比较明显，而副族和镧系、锕系元素的性质变化就不太明显。镧系、锕系元素的性质变化就不太明显。 同一主族或副族中，由上至下，由于电荷增加较多，有效核电荷同一主族或副族中，由上至下，由于电荷增加较多，有效核电荷也增加较大。元素性质的改变也较显著。也增加较大。元素性质的改变也较显著。 第32页/共47页第三十二页，共47页。二二. 原子原子(yunz)半径半径

29、单质单质(dnzh)中两个相同原子核间中两个相同原子核间距离的一半距离的一半 1.共价共价(n ji)半径半径： 两个相同两个相同原子以原子以共价共价(n ji)单键单键结合其结合其核间距核间距的一半的一半。M2分子的共价半径分子的共价半径(d/2) 第33页/共47页第三十三页，共47页。非金属元素原子的共价半径非金属元素原子的共价半径r共共(单位单位pm)原子原子单键单键双键双键叁键叁键原子原子单键单键双键双键B887668Se117107C776760Te137127N706055F6454P110 10093Cl9989As121 111Br114.2104O665551I133.31

30、23S1049487第34页/共47页第三十四页，共47页。金属晶体中相邻原子核间距金属晶体中相邻原子核间距(jin j)的的一半。一半。2. 金属金属(jnsh)半径：半径： 金属原子的密堆集紧密程度金属原子的密堆集紧密程度(chngd)不同，其不同，其求得的金属半径也不同，引入金属半径的校正系数求得的金属半径也不同，引入金属半径的校正系数 配位数配位数12864校正系数校正系数1.00（标准）（标准） 0.980.960.80第35页/共47页第三十五页，共47页。相邻两分子相邻两分子(fnz)的两个原子核间距的一半的两个原子核间距的一半3. 范德华半径范德华半径(bnjng)：图图 r范范,r共示意图共示意图(r共共=d1/2,r范范=d2/2)r共价共价(n ji) r金属金属 r范范rMn+ rM2.0 非金属，非金属，X2.0金属金属X很大，离子键很大，离子键X不大，极性共价键不大，极性共价键X=0，非极性共价键，非极性共价键(1) 用来判断元素的金属性和非金属性用来判断元素的金属性和非金属性 (2) 用于估计化学键的类型用于估计化学键的类型 第46页/共47页第四十六页，共47页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第47页/共47页第四十七页，共47页。