无机化学-第6章原子结构与周期表.ppt

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1、2023/8/16,课件,1,第6章 原子结构与周期表(续),6.3 多电子原子结构与元素周期律单电子原子体系（H,He+,Li2+,Be3+），原子轨道的能量（电子能量）E只由n决定：En=(-Z2/n2)13.6 eV(6.3)(1 eV=1.6021892 10-19 J.e-1=96.49 kJ.mol-1;NA=6.0221367 1023 mol-1)多电子原子体系，原子轨道的能量（电子能量）E由n和l决定。,2023/8/16,课件,2,一、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 中心势场模型：多电子原

2、子中，其它电子对指定电子的排斥作用看作部分地抵消（或削弱）核电荷对该电子的吸引，即其它电子起到了部分地屏蔽核电荷对某电子的吸引力，而该电子只受到“有效核电荷”Z*的作用。Z*=Z-（.）（：屏蔽常数，屏蔽作用）,2023/8/16,课件,3,2.屏蔽效应（续）,Z*与 n 和 l 有关多电子原子中，原子轨道能量不但与n有关，而且与l有关，记为En,l:En,l=(-Z*2/n2)13.6 eV(6.)2.屏蔽效应 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”。,2023/8/16,课件,4,2.屏蔽效应（续）,例：n不同，l相同的原子轨道：1s

3、2s 3s 4s E5s E6s 2p 3p 4p 5p E6p 3d 4d 5d E6d 4f 5f 从“电子云径向分布（函数）D(r)-r图”看出:l 相同，n，E，屏蔽作用,2023/8/16,课件,5,单电子原子和多电子原子原子轨道能级图 En=(-Z 2/n 2)13.6 eV En,l=(-Z*2/n2)13.6 eV,2023/8/16,课件,6,2.屏蔽效应（续）,屏蔽常数的计算 规则：(1)分组：按n小大顺序，把原子轨道分组：n相同时，(ns,np)同组，而nd 和 nf 随后各成1组:(1s),(2s,2p),(3s,3p),(3d),(4s,4p),(4d),(4f),(

4、5s,5p),(5d),(5f)；(2)右边各组的电子对左边各组电子不产生屏蔽，即对的贡献=0；(3)在(ns,np)同组中，每一个电子屏蔽同组电子 为0.35/e，而1s组内的电子相互屏蔽为0.30/e；,2023/8/16,课件,7,2.屏蔽效应（续）,(4)内层(n-1)层中每一个电子对外层(ns,np）上电子屏蔽为0.85/e；(5)更内层的(n-2)层中每一个电子对外层(ns,np)上电子屏蔽为1.00/e；(6)当被屏蔽电子是(nd)组或(nf)组电子时，同组电子屏蔽为0.35/e，左边各组电子屏为1.00/e.,2023/8/16,课件,8,2.屏蔽效应（续）,例1.计算19K原

5、子的4s 电子和3d 电子的能量。（1）4s电子能量:19K原子电子排布:(1s2)(2s22p6)(3s23p6)(4s1)4s=(0.858+1 10)=16.8 Z4s=Z-4s=19-16.8=2.2E4s=-(Z4s2/n2)13.6=-(2.22/42)13.6=-4.1 eV（-号表示电子受核吸引）,2023/8/16,课件,9,2.屏蔽效应（续）,（1）3d 电子能量:19K原子电子排布:(1s2)(2s22p6)(3s23p6)(3d1)3d=(1 18)=18.0 Z3d=Z-3d=19-18.0=1.0 E3d=-(Z3d2/n2)13.6=-(12/32)13.6=-1

6、.51 eV E4s=-4.1 eV.对19K：E3d E4s 基态19K电子排布为:(1s2)(2s22p6)(3s23p6)(4s1)基态(Ground state)最低能量态；其它能量态都称为“激发态”（Excited state).,2023/8/16,课件,10,2.屏蔽效应（续）,例2.计算21Sc原子的4s电子和3d电子的能量。（1）4s电子能量:21Sc原子的电子排布:(1s2)(2s22p6)(3s23p6)(3d1)(4s2)4s=(0.351+0.859+110)=18.0 Z4s=Z-4s=21-18.0=3.0E4s=-(Z4s2/n2)13.6=-(3.02/42)

7、13.6=-7.7 eV,2023/8/16,课件,11,2.屏蔽效应（续）,（1）3d 电子能量:21Sc原子的电子排布:(1s2)(2s22p6)(3s23p6)(3d1)(4s2)3d=118=18.0 Z3d=Z-3d=21-18.0=3.0E3d=-(Z3d2/n2)13.6=-(3.02/32)13.6=-13.6 eV E4s=-7.7 eV.对21Sc：E3d E4s,2023/8/16,课件,12,2.屏蔽效应（续）,按Slater规则计算及光谱实验都表明:Z=14 20,E3d E4s;Z 21 和 Z 13,E3d E4s同一种类型原子轨道能量随Z而变化，发生“能级交错”

8、(教材p.147图7-16)。n 和 l 两个量子数都影响原子轨道能量，具体可由Slater规则计算，并进一步算出Z*和 E:Z*=Z-En,l=(-Z*2/n2)13.6 eV,2023/8/16,课件,13,原子轨道能量随Z而变化,的原子轨道能级图,2023/8/16,课件,14,（二）钻穿效应（The Penetrating Effect）,钻穿效应 n相同，l 不同(ns,np,nd,nf)的原子轨道，其轨道径向分布不同，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”。由电子云径向分布（函数）图看钻穿作用：4s 4p 4d 4f;

9、内层电子对其屏蔽作用：4s 4p 4d 4f.电子能量:E4s E4p E4d E4f,2023/8/16,课件,15,电子云径向分布（函数）图,定义“径向分布函数”D(r)=4 r2R2n,l(r)作图：D(r)r对画。峰 数=n l 节面数=n l 1,2023/8/16,课件,16,（二）钻穿效应（续）,多电子原子(图右):钻穿效应和屏蔽效应共存，n,l 和Z共同决定原子轨道能量 En,l=-(Z-)2/n2 13.6 eV(6.4)Ens Enp End Enf单电子原子(图左):无屏蔽效应，也就无所谓钻穿效应，原子轨道能量只取决于 n 和 Z，与l 无关:En=(-Z2/n2)13.

10、6 eV(6.3)Ens=Enp=End=Enf,2023/8/16,课件,17,（三）多电子原子的原子轨道能量L.Pauling 综合考虑钻穿效应和屏蔽效应(n,l,Z)，并根据大量光谱实验数据，得原子轨道的近似能级图(教材P.145图7-15),2023/8/16,课件,18,（三）多电子原子的原子轨道能量(续),1.l 相同，n，则 E（与Z相比,n影响占优）E1s E2s E3s E4s E2p E3p E4p E5p E3d E4d E5d E6d E4f E5f 2.n 相同，l，则 E（钻穿作用）E3s E3p E3d E4s E4p E4d E4f,2023/8/16,课件,1

11、9,（三）多电子原子的原子轨道能量(续),3.n,l 均不相同，可出现“能量交错”（n,l竞争作用前四个周期可用Slater规则近似计算及E)。,2023/8/16,课件,20,Pauling 原子轨道近似能级图可视为核外电子填充顺序图,Linus Pauling(1901 1994)1954 Nobel Price in Chemistry;1962 Nobel Peace Price,2023/8/16,课件,21,（三）多电子原子的原子轨道能量（续）,北京大学徐光宪教授指出：（1）多电子中性原子：（n+0.7l），则 E。并把（n+0.7l）整数位相同的若干原子轨道列为同一能级组对应同一

12、周期。,2023/8/16,课件,22,（三）多电子原子的原子轨道能量（续）,例：原子轨道（n+0.7l）能级组（数）所属周期4s(n=4,l=0)4.0 IV 43d(n=3,l=2)4.4 IV 44p(n=4,l=1)4.7 IV 4能级组充满电子数（状态数）=相应周期所含元素数目例1：第IV能级组 4s1(19K)4s23d104p6(36Kr)，第四周期，共18个元素。,2023/8/16,课件,23,（三）多电子原子的原子轨道能量（续）,例2：第VI 能级组 6s1(55Cs)6s24f145d106p6(86Rn)，第6周期，共32个元素（2）多电子离子：（n+0.4l），则 E

13、。,2023/8/16,课件,24,二、多电子原子的核外电子排布规则,1.Pauli不相容原理2.能量最低原理3.Hund规则1.Pauli不相容原理：(W.Paulis Exclusion Principle)“同一原子中，不可能有2个电子的运动状态完全相同”。或说：“同一原子中，不可能有4个量子数完全相同的2个电子同时存在”。即：在n,l,m相同的原子轨道中的2个电子，其自旋状态必定不同:ms=+1/2,-1/2。,2023/8/16,课件,25,二、多电子原子的核外电子排布规则(续),2.能量最低原理(The lowest energy principl)在不违背Pauli原理的前提下，

14、核外电子的排布尽可能使整个原子的能量最低。3.Hund规则(F.Hunds Rule)电子在能量相同的原子轨道（即“简并轨道”）上分布，总是尽可能分占不同的轨道且自旋平行。例：25Mn 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d 5 4s2 3d 5为:3dxy1 3dxz1 3dyz1 3dx2-y21 3dz21 简并轨道：能量相同的若干原子轨道，即n,l 均相同的原子轨道。洪特规则可视为“最低能量原理”的补充。,2023/8/16,课件,26,二、多电子原子的核外电子排布规则(续),此外，量力力学还指出，简并轨道全充满、半充满或全空的状态能量较低，较稳定。s2 p6 d10 f14 s

15、1 p3 d 5 f 7 s0 p0 d 0 f 0例：24Cr Ar 3d54s1 而不是 3d44s2 29Cu Ar 3d104s1 而不是 3d 94s2 46Pd 钯 Kr 4d 105s 0 而不是 4d 95s 1,2023/8/16,课件,27,二、多电子原子的核外电子排布规则(续),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 4d 45s1 而不是 4d 55s0 78Pt 铂 Xe 4f 145d 96s1 而不是 4f 145d 106s0 也不是 4f 145d

16、86s2 这表明，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。,2023/8/16,课件,28,Sc-Zn 基态电子排布,2023/8/16,课件,29,三、原子结构与元素周期表的关系,（一）元素周期律 元素单质及其化合物的性质随着原子序数（核电荷数）的递增而呈现周期性变化。原因：原子结构发生周期性变化（核外电子排布,特别是价层电子构型发生周期性变化）。,2023/8/16,课件,30,元素周期表（1986年,IUPAC 18族命名法）,2023/8/16,课件,31,元素周期表,2023/8/16,课件,32,（二）原子结构与元素周期表的关系,周

17、期 价层电子构型变化短周期 ns1-2 ns2 np1-6（第1、2、3周期,n=1,2,3）长周期 ns1-2 ns2(n-1)d 1-10（第4、5周期,n=4,5）ns2(n-1)d 10np1-6特长周期 ns1-2 ns2(n-2)f 1-14（第6、7周期,n=6,7）ns2(n-2)f 14(n-1)d 1-10np1-6,2023/8/16,课件,33,（二）原子结构与元素周期表的关系(续),(二)原子结构与元素周期表的关系（从”电子层结构”角度讨论）1.电子层,电子亚层和原子轨道 电子层：由n决定（n相同的所有原子轨道为同一电子 层）电子亚层：由n和l决定（n,l都相同的原子

18、轨道为同一亚层）原子轨道：由n,l,m决定。,2023/8/16,课件,34,（二）原子结构与元素周期表的关系(续),n 1 2 3 4 5 电子层符号 K L M N O亚层符号 1s 2s,2p 3s,3p,3d 4s,4p,4d,4f 5s,5p,5d,5f原子轨道(数)1 1,3 1,3,5 1,3,5,7 1,3,5,7电子层全充满电子数 2 8 18 32 32注释：1.对同一n值,s轨道有1个,p轨道有3个,d轨道有5个,f 轨道有7个.2.由于能级顺序的关系，从第4周期起电子才开始填充3d 轨道，从第5周期起电子才开始填充4d 轨道，从第6周期起电子才开始填充4f 轨道,202

19、3/8/16,课件,35,（二）原子结构与元素周期表的关系(续),2.能量和能级组（从能量角度讨论）同一亚层（n,l都相同）的各原子轨道的能量相同，称“简并轨道”。能量（亚层）简 并 轨 道 简并度ns(n 1,l=0)(ns)非简并np(n 2,l=1)npx,npy,npz 3nd(n 3,l=2)ndxy,ndxz,ndyz,ndx2-y2,ndz2 5nf(n 4,l=3)nfz3,nfxz2,nfyz2,nfxyz,nfz(x2-y2),nfx2-yz2,nfyz2-x2 7能级组：（n+0.7l）整数位相同的若干原子轨道，组成同一个能级组(能量组)。,2023/8/16,课件,36

20、,三、原子结构与元素周期间的关系（续）,能量组序 含有的原子轨道 周期序 含有的元素的数目 1 1s 1 2 2 2s2p 2 8 3 3s3p 3 8 4 4s3d4p 4 18 5 5s4d5p 5 18 6 6s4f5d6p 6 32 7 7s5f6d7p 7(未完）可见:能量组序=周期序；周期的划分就是核外电子能级的划分；各能级组容纳的最高电子数=相应周期元素的数目。,2023/8/16,课件,37,三、原子结构与元素周期间的关系（续）,3.周期（从横向看元素周期表）周期序=能量组序=电子层数=最外电子层n值,2023/8/16,课件,38,三、原子结构与元素周期表的关系（续）,4.族

21、（从纵向看元素周期表）（1）（IA-VIIA）主族元素族数=该族元素原子最外层（ns+np）电子数=该族元素最高氧化数例:,2023/8/16,课件,39,三、原子结构与元素周期间的关系（续）,（2）副族元素：B-VB族族数=(n 1)d+ns 电子数=该族元素最高氧化数 例:,2023/8/16,课件,40,三、原子结构与元素周期间的关系（续）,B-B族族数=最外层（ns）电子数 与A、A的区别:(n 1)d 全充满,即(n 1)d10 ns1-2.例：29Cu B 3d104s1 80Hg B 5d106s2 VIII族较特殊：(n-1)d 6-10ns0-2通常,该族元素最高氧化数(n-

22、1)d ns电子数例：K2FeO4,K2NiO4,OsO4.表明不是全部(n-1)d电子都参与成键.,2023/8/16,课件,41,三、原子结构与元素周期间的关系（续）,5.按元素的价电子构型，把元素周期表分为5个区：元素分区含族 价层电子构型s 区 A、A ns 1-2p 区 A-A，0族 ns 2 np1-6d 区 B-(n-1)d1-10 ns2（n=4、5、6）有例外ds 区 B、B(n-1)d10ns1-2(n=4、5、6)f 区 镧系和锕系（n-2）f1-14(n-1)d 0-1ns2(n=6、7),2023/8/16,课件,42,元素周期表按照价层电子构型分区：s区，p区，d区

23、，ds区(IB,IIB)，f 区 ns1-2，np1-6，(n-1)d 1-10，(n-1)d 10ns1-2，(n-1)f 1-14(n-1)d 0-1ns2,2023/8/16,课件,43,三、原子结构与元素周期间的关系（续）,f 区（内过渡金属元素）镧系和锕系元素（n-2）f 1-14(n-1)d 0-1 ns2(n=6,7)58Ce 鈰 4f 1 5d 1 6s2 71Lu 镥 4f 14 5d 1 6s2 90Th 钍 5f 0 6d 2 7s2 92U 铀 5f 2 6d 1 7s2 要求：1.背熟元素周期表；2.较快写出非例外的元素（特别是前五周期元素）的基态电子排布式。80Hg

24、 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p64f145d106s2 或：Xe 4f145d106s2,2023/8/16,课件,44,6.4 元素基本性质的周期性变化,原子结构周期性变化 元素单质和化合物基本性质的周期性变化原子参数:原子半径 r电离能 I电子亲合能 EA电负性 X核电荷数 Z原子量,2023/8/16,课件,45,6.4 元素基本性质的周期性变化(续),一、原子半径(Atomic radii,r)核外电子层无明确“边界”。（一）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

25、半径（Van der Waals radii）,2023/8/16,课件,46,一、原子半径,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。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。同种元素：rM/rc=1.1 1.2,2023/8/16,课件,47,共价半径 I 原子的共价半径(I2(g)分子中),2023/8/16,课件,48,金属半径（金属晶体中）(左),金属半径（右上）与共价半径比较(右下),2023/8/16,课件,49,一、原子半径(续),例：元素 rM/pm rc/pm rM/r

26、c Na 186 154 Na2(g)1.21Ca 197 174 Ca2(g)1.13C 91.4 金刚石 77.2 C2(g)1.18Cu 128 117 Cu2(g)1.09(引自戴安邦编“元素周期表”，上海科技出版社),2023/8/16,课件,50,一、原子半径(续),3.范德华半径（van der Waals radii）rv 低温下，稀有气体形成晶体时，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）。同一元素共价半径rc与范德华半径rv的关系：rv rc,2023/8/16,课件,51,一、原子半径(续),（二）影响原了半径的因素 1.

27、有效核电荷Z*，r 2.电子互斥作用，r 3.电子构型；4.最外层电子主量子数:n,r,2023/8/16,课件,52,（三）原子半径递变规律：,必须指同一类型（rc,rM,rv）原子半径的变化。1.周期：左 右：原子序数Z，r；Z*，使 r;电子数目，电子互斥作用，使 r 原因：Z*和电子互斥作用互相制约,Z*占优势.,2023/8/16,课件,53,（三）原子半径递变规律(续),原子半径/pm Li Be B C N O F Nerc 123 89 88 77 70 66 64 rv 160rM 152 113 83 Na Mg Al Si P S Cl Arrc 154 136 125

28、117 110 104 99 rv 190rM 186 160 143.1,2023/8/16,课件,54,（三）原子半径递变规律(续),短周期（第二、三周期）：Z=1,Z*=1-=1-0.35=0.65,r 10 pm.长周期（第四、五、六周期）:Z，增加的电子进入（n-1）d 轨道，它对最外层（ns）的电子屏蔽作用较大,=0.85，Z*=1-=0.15，Z*增加不多，r 5 pm.,2023/8/16,课件,55,（三）原子半径递变规律(续),镧系元素（57La-71Lu共15个元素)锕系元系（89Ac锕-103Lr铹，共15个元素）：Z，增加的电子进入(n-2)f（即4f或5f）轨道（故

29、 称为“内过渡元素”），对最外层ns（6s或7s）屏蔽更完全（1）,57La Xe4f 05d16s2,58Ce Xe4f 15d16s2,71Lu Xe4f 145d16s2(教材p.149,表7-6)Z=1,Z*=1-0,Z*几乎无增加，r 1 pm.rM:57La 187.7 pm,71Lu 173.4 pm,2023/8/16,课件,56,（三）原子半径递变规律(续),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

30、=1,rM 1 pm，很小；(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！,2023/8/16,课件,57,（三）原子半径递变规律（续）,“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 VIBrc/pm(Y)Zr 160 Nb 142.9 Mo 136.2(La Lu)Hf 156 Ta 143 W 137.0,2023/8/16,课件,58,（三）原子半径递变规律（续）,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

31、 39Y 钇 57La-71Lu 镧 镥(镧系元素)rM/pm Y 180.3,Eu 198.3,Gd 180.1;Y3+89.3,Ho3+89.4,Er3+88.1.中国稀土元素矿藏已探明储量占全世界60%以上。,2023/8/16,课件,59,（三）原子半径递变规律（续）,Ln系之后同一副族电离能（I1）：第五周期元素 第六周期元素例：第五周期 Ru 7.364 eV Tc 7.28 eV第六周期 Os 8.50 eV Re 7.87 eV（1 eV=96.484 kJmol-1）原因：r 相近，但 Z*Ru Os Tc Re,2023/8/16,课件,60,（三）原子半径递变规律（续）,

32、（1）主族 自上而下:n,电子层数,Z*,r 对r影响：n Z*(n 与 Z*竞争)（2）副族（B-B，B，B）第四周期元素 第五周期元素 第六周期元素 n,电子层数 镧系收缩影响 n与Z*作用互相抵销,2023/8/16,课件,61,周期表：元素原子共价半径变化(最右边稀有气体纵列应略去),2023/8/16,课件,62,3-82号元素原子半径变化规律(金属元素:金属半径rM,非金属元素:共价半径rc),2023/8/16,课件,63,（三）第4-6周期金属元素原子金属半径递变规律（续）,2023/8/16,课件,64,左：原子半径与阳离子半径比较右：Cl共价半径 Cl-离子半径,2023/

33、8/16,课件,65,主族元素的原子半径与阳离子、阴离子半径,2023/8/16,课件,66,一些元素的原子半径与离子半径,2023/8/16,课件,67,第1和2主族原子半径与阳离子半径关系,2023/8/16,课件,68,第7主族原子半径与阴离子半径关系,2023/8/16,课件,69,第1主族原子半径与阳离子半径关系(左)第7主族原子半径与阴离子半径关系(右),2023/8/16,课件,70,元素周期表主族元素正负离子,2023/8/16,课件,71,二、电离能（Ionization Energy,I）,（一）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

34、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 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 I2,2023/8/16,课件,72,二、电离能（续）,由各级电离能数据比较，可认预言各元素最稳定的氧化态:Na+1,Mg+2,Al+3等。电离能的意义代表元素的气态原子（或离子）失去电子的难易程度，I，愈易失去电子，气态时的金属性。（二）影响电离能大小的因素 1

35、.n相同，Z*，则 I 2.原子半径 r，则 I 3.电子层结构（价电子构型）：全充满或半充满电子构型稳定，使 I1,2023/8/16,课件,73,（三）电离能递变规律,1.同一周期:Z*和r对I影响趋向一致。左右:Z，Z*，r，I1（1）短周期（第一、二、三周期），I明显。长周期（第四-七周期），I不多，且较不规则。（2）价电子构型 全充满电子构型(ns2 np6)稳定，使 I1 半充满电子构型(p3，d5、f7)也较稳定，使I1,2023/8/16,课件,74,1-20号元素第1电离能变化,2023/8/16,课件,75,1-90号元素第1电离能变化,2023/8/16,课件,76,（三

36、）电离能递变规律（续）,2023/8/16,课件,77,第3周期元素第1-第7电离能变化,2023/8/16,课件,78,（三）电离能递变规律(续),电离能与价层电子结构的关系:例1 C O I1/eV 11.26 14.534 13.618价电子构型 2s22p2 2s22p3 2s22p4 例2 Be B I1/eV 9.322 8.298价电子构型 2s2 2s22p1 例3 Mg Al I1/eV 7.646 5.986价电子构型 3s2 3s23p1,2023/8/16,课件,79,（三）电离能递变规律(续),2.同一族（1）同一主族 自上而下:n，电子层数，r，Z*（但影响弱于r）

37、，I 综合纵、横2个方面I1的变化，周期表中：I1最小的元素是Cs（铯）I1=3.89 eV I1最大的元素是He I1=24.587 eV,2023/8/16,课件,80,（三）电离能递变规律(续),（2）同一副族 B规律同主族(r，I1)，即 I1 Sc 6.54eV Y 6.38 eV La 5.58 eV,2023/8/16,课件,81,（三）电离能递变规律(续),B-B，B，B：I1:第四周期 第五周期 第六周期第四周期-第五周期:二者r 和Z*竞争，I1相近。第五周期-第六周期:第六周期元素受镧系收缩影响，二者r相近，Z*，I1。,2023/8/16,课件,82,三、电子亲合能（E

38、lectron Affinity）E或EA,（一）电子亲合能定义 元素的气态、中性原子在基态时获得一个电子形成-1价气态、基态阴离子过程所释出的能量的相反数，称为该元素的第一电子亲合能(EA1);结合第2、第3个电子，称第二、第三电子亲合能(EA2、EA3),2023/8/16,课件,83,（一）电子亲合能定义(续),例1.Cl(g)+e Cl-(g)H=-349 kJ.mol-1 3s23p5 3s23p6(基态)(基态)定义 EA1=-H EA1(Cl)=+349 kJ.mol-1,2023/8/16,课件,84,（一）电子亲合能定义（续),例2.O(g)+e O-(g)H1=-141 k

39、J.mol-1 2s22p4 2s22p5(基态)(基态)EA1(O)=-H1=+141 kJ.mol-1 O-(g)+e O2-(g)H2=+780 kJ.mol-1 2s22p5 2s22p6(基态)(基态)EA2(O)=-H2=-780 kJ.mol-1通常，EA1 0（H1 0,吸热）表明O2-、S2-等在气态都不稳定，在晶体或溶液中才会稳定存在。,2023/8/16,课件,85,（一）电子亲合能定义（续）,电子亲合能意义：EA(H 0,吸热)，表明它们不易形成稳定的负离子。,2023/8/16,课件,86,（二）电子亲合能变化规律,与电离能变化规律基本一致:元素I1，EA1但是，A-

40、A族:EA1：第二周期元素 第三周期元素 EA1/kJ.mol-1:B 23 C 122 N 020 O 141 F 322 A1 44 Si 120 P 74 S 200.4 C1 348.7 原因：第2周期元素（2s22p1-6）原子半径r太小，接受外来电子后，电子密度，互斥作用，使释出能量。周期表中，EA1最大的元素是Cl，而不是F.电子亲合能已有数据较少，使其应用受到限制。,2023/8/16,课件,87,第一 第六周期主族元素第一电子亲合能变化 X(g)+e=X-(g)EA1=-H(kJ.mol-1),过渡元素,2023/8/16,课件,88,1-90号元素第一电子亲合能变化,202

41、3/8/16,课件,89,四、电负性（Electronegativity,X）,（一）电负性定义 电负性是分子中某元素的原子对成键电子对的吸引力大小的量度。符号：X（二）电负性标度（主要有3种）1.L.Pauling电负性(符号：Xp 或X)规定 X(F)=3.98，其它元素算出“相对电负性”。2.（密立根）电负性(符号XM)XM=0.18（I1+EA1）（eV）规定（XM(Li)=1.0）,2023/8/16,课件,90,（二）电负性标度(续),3.Allred-Rochow（阿莱-罗周）电负性：(符号：XA)XA=0.359 Z*/rc2+0.744(Z*有效核电荷，rc 原子共价半径)同

42、一元素的3种电负性标度成线性关系，基本吻合，本书用 Pauling 标度。,2023/8/16,课件,91,（三）电负性变化规律,1.同一周期：左右:Z*，r，X2.同一主族：从上至下,n，r，Z*，影响:r Z*，X 同一副族：规律性差（r,Z*和价电子构型3种因素互相制约）周期表中：电负性最大的元素：F（非金属性最强）电负性最小的元素：Cs 铯（金属性最强）金属元素电负性 X 2.0,2023/8/16,课件,92,周期表:元素电负性,2023/8/16,课件,93,（三）电负性变化规律(续),3.离子也有电负性，且氧化态，X 例：电负性 Cu+1.9;Cu2+2.0;Fe2+1.8;Fe

43、3+1.9 4.电负性差与成键性质:X 1.7，形成离子键；X 1.7，形成共价键。,2023/8/16,课件,94,（三）电负性差与键的离子性-共价性的关系,例：Na+Cl-离子键 X 0.93,3.16 X 1.7 H-Cl（极性）共价键 X 2.20,3.16 X 1.7 Cl-Cl（非极性）共价键 X 3.16,3.16 X=0 1.7,2023/8/16,课件,95,周期表元素性质变化规律性,2023/8/16,课件,96,周期表金属元素、非金属元素分布,2023/8/16,课件,97,本 章 小 结,一.4个量子数n、l、m、mS取值及物理意义：n=1,2,3,4,5,6,或 7.

44、l=0,1,(n-1)共n个值(对每个n值)m=0,1,l 共(2 l+1)个值（对每个l 值）mS=1/2（对每组合理的n、l、m值）,2023/8/16,课件,98,本 章 小 结(续),二.与波函数有关的图形1.波函数n,l,m(r,):角度分布图 Yl,m(,),径向部分图形 Rn,l(r)r,2023/8/16,课件,99,本 章 小 结(续)2.电子云|2,角度分布图 Y2l,m(,),径向密度分布图 R2n,l(r)r空间分布图 综合、|2 r,径向分布函数图 D(r)-r D(r)=4 r2R2n,l(r)(钻穿效应原子轨道能级高低)(见下）等密度面图界面图重点：波函数角度分布

45、图和电子云径向分布函数图,2023/8/16,课件,100,本 章 小 结(续),三.原子轨道能级 E n,ln,l,m(r,)E n,l1.单电子原子（H，He+）只由n决定原子轨道能级：E4s=E4p=E4d=E4f,2023/8/16,课件,101,本 章 小 结(续),2.多电子原子 钻穿效应和屏蔽效应共存，n、l、z 共同决定原子轨道能级:(1)l 相同，n，则E E1s E2s E3s E2p E3p E4p E3d E4d E5d E4f E5f(2)n 相同，l，则 E E4s E4p E4d E4f,2023/8/16,课件,102,本 章 小 结(续),(3)n、l 均不相

46、同：可能出现“能级交错”.n、l、z 综合作用。前4个周期可用Slater规则计算屏蔽常数 E：E=-(Z-)2/n2得:E4s E3d E4p（z=14-20，Si-Ca）徐光宪规则：多电子原子：(n+0.7 l)，E；多电子离子：(n+0.4 l)，E,2023/8/16,课件,103,本 章 小 结(续),四.核外电子排布规则1W.Paulis Exclusion Principle：同一原子中，不可能有4个量子起完全相同的2个电子同时存在。2最低能量原理（不违背Pauli原理前提下）。3F.Huands Rule 电子在能量简并的原子轨道上尽可能占不同的轨道且自旋平衡。量子力学补充：充

47、满、半充满、全空的轨道较稳定。,2023/8/16,课件,104,本 章 小 结(续),五.原子结构与元素周期系的关系：1元素周期律2.周期周期序=能级组序=电子层数=最外层电子n值 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 能级组序=(n+0.7 l)整数部分,2023/8/16,课件,105,本 章 小 结(续),3.族:(1)主族元素:主族族数=最外层(ns+np)电子数=该元素最高氧化数N VA 5 5Pb IVA 4 4,2023/8/16,课件,106,本 章 小 结(续),(2)副族元素：B B族数=(n-1)d+ns 电子数=该元素最高氧化数 25Mn VB 3d54s2 7 7 KMnO422Ti IB 3d24s2 4 4 TiO2 B-B族数=最外层ns电子数 29Cu I B 3d10 4s1 30Zn B 3d10 4s2 族(n-1)d 6-10 ns02,2023/8/16,课件,107,本 章 小 结(续),4原子结构与元素性质的关系：原子半径 r 电离能 I 电子亲合能 EA 电负性 X,2023/8/16,课件,108,第 6 章 作 业,教材p.161-162:4,6,11,13,15,16,18,19,22思考(不写书面作业):1,3,5,12,