《山西师范大学-高等无机化学任引哲老师课件1-1元素周期性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《山西师范大学-高等无机化学任引哲老师课件1-1元素周期性（106页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章 元素周期性,1-1 原子结构及元素周期性,主要内容,原子结构 多电子原子的轨道能量 原子结构参数的周期性 元素及其化合物性质的周期性 次级周期性和原子模型的松紧规律 周期系中的相对论效应 元素周期系的发展,掌握周期反常现象的几种表现形式及合理解释,一、原子结构及元素周期性,1.现代原子结构理论 组成：原子核（质子和中子）、告诉运行的电子 描述：电子云、原子轨道、薛氏方程 波函数,3. 三个量子数决定一个原子轨道 四个量子数决定电子的一种运动状态,要求掌握：,2.四个量子 数：n l m ms的取值、意义、表示,1. 现代原子结构理论,1.1,行星模型、定态假设、 量子化条件、跃迁规则。
2、,Bohr理论,玻尔(Bohr N)于1913年提出的氢原子结构的量子力学模型,其思路是基于下述4条假定：,现代,1.2,电子和原子核：带正电原子核和电子，静电吸引。形成化学键时，电子运动发生改变，原子核不变。,核的结构：带正电质子和不带电中子。质子与中子强吸引作用与质子间静电排斥作用相对抗。Z增加，排斥作用占主导。稳定存在的元素的数目有限。,Properties of some subatomic particles,Dalton 于1803年提出了原子论, 但他接受了“不可再分”的概念. 随着电子的发现, 接着发现了 粒子、质子和中子。人们将组成原子的微粒叫亚原子粒子. 曾经也叫基本粒子,
3、 近些年越来越多的文献就将其叫粒子. 迄今科学上发现的粒子已达数百种之多,亚原子粒子（基本粒子） subatomic particles ( elementary particles),Some primary particles,根据 1961 年由盖尔-曼（Gell M-Mann）建立的新模型， 质子和中子都是由更小的粒子夸克组成的， 但现有的理论还不能预言（当然更不用说从实验上证明）电子是可分的.,夸克 Quark,1.3 波的微粒性, 电磁波是通过空间传播的能量。可见光只不过是电 磁波的一种 。,电磁波在有些情况下表现出连续波的性质，另一些情况下则更像单个微粒的集合体，后一种性质叫作波
4、的微粒性。,另一面谁来翻开？,波的微粒性,导致了人们对波的深层次认识，产生了讨论波的微粒性概念为基础的学科 量子力学(quantum mechanics）。,钱币的一面已被翻开！,Einstein 的光子学说,电子微粒性的实验,Plank 的量子论,1.4 微粒的波动性,德布罗依1924 年说：, 德布罗依关系式 一个伟大思想的诞生,h 为Planck 常量,著名的德布罗依关系式,“ 过去，对光过 分强调波性而忽 视它的粒性；现在对电子是否存在另一种倾向，即过分强调它的粒性而忽视它的波性。”,2、波函数（）和薛定谔方程, 求解薛定谔方程, 就是求得波函数和能量 E ;,波函数的角度分布图, 求
5、解薛定谔方程, 就是求得波函数和能量 E ;,波函数 = 薛定谔方程的合理解 = 原子轨道, 解得的不是具体的数值, 而是包括三个常数 (n, l, m)和三个变量(r,)的函数式 n, l, m (r,) ;,有合理解的函数式叫做波函数 (Wave functions)。,3、波函数及四个量子数,三个量子数确定一个原子轨道,例：（2 1 0 -1/2）2pz 轨道有一个电子 （3 2 0 1/2）3dz2 （3 2 2 1/2）3dx2-y2,四个量子数确定电子的一种运动状态,例：（2 1 0）,2pz,（2 1 1）,2px,（2 1 -1）,2py,（3 2 0）,3dz2,（3 2 2
6、）,3dx2-y2,（3 2 -2）,3dxy,（3 2 1）,3dxz,（3 2 -1）,3dyz,四个量子数,四、多电子原子结构与元素周期律,2.1 多电子原子的轨道能量,单电子体系的氢原子或类氢离子的能量可用核电荷及主量子数直接表达出来；,2 多电子原子,多电子体系的能量可以用中心力场方法近似的计算。,多电子体系存在：,对一个指定的电子而言,它会受到来自内层电子和同层其他电子负电荷的排斥力, 这种球壳状负电荷像一个屏蔽罩, 部分阻隔了 核对该电子的吸引力, 轨道的钻穿能力通常有如下顺序: n s n p n d n f，导致能级按 E(ns) E(np) E(nd) E(nf )顺序分裂
7、。,指外部电子进入原子内部空间，受到核的较强的吸引作用。,（2）钻穿效应, 如果能级分裂的程度很大, 就可能导致与临近电子层中的亚层能级发生交 错。,(1) 屏蔽常数,Slater屏蔽常数规则 将原子中的电子分组 (1s);(2s,2p);(3s,3p);(3d);(4s,4p);(4d);(4f);(5s,5p);(5d);(5f)等 位于某小组电子后面的各组，对该组的屏蔽常数0，近似地可以理解为外层电子对内存电子没有屏蔽作用； 同组电子间的0.35 (1s例外，1s的0.30); 对于ns或np上的电子，(n1)电子层中的电子的屏蔽常数0.85，小于(n1)的各层中的电子的屏蔽常数1.00
8、; 对于nd或nf上的电子，位于它左边的各组电子对它们的屏蔽常数1.00。,屏蔽常数和轨道能量的计算,关键是屏蔽常数和轨道能量的计算,徐光宪改进的Slater屏蔽常数规则 主量子数大于n的各电子，其0； 主量子数等于 n的各电子,其由表1.1求。其 中np指半充满前 的p电子, np 指半充满后的 p 电子(即第4、第5、第6个p电子)；,表1.1 n层对n层的屏蔽常数,徐光宪改进的Slater屏蔽常数规则, 主量子数等于 (n1)的各电子，其 由表1.2求。 主量子数等于或小于 (n2)的各电子，其 1.00。,表1.2 (n1)层对n层的屏蔽常数, Clementi(克里门蒂)和Rai-m
9、ondi(雷蒙弟)公式： 他们从自洽场波函数出发，通过计算原子序数为136的元素的有效核电荷，总结出计算屏蔽常数的经验公式。该公式考虑了外层电子对内层电子的屏蔽作用，对不同状态的电子所受的屏蔽可用以下公式计算。 (1s)=0.3(1s-1)+0.0072(2s+2p)+0.0158(3s+3p+4s+3d+4p) 录于关鲁雄主编高等无机化学p19 原书：Clementi E, Rai-mondi DL. Jour Chexn Phys 38,2686(1963), 徐光宪有效主量子数的取值： n: 1 2 3 4 5 6 7 n*: 1 2 3 3.7 4.0 4.2 徐光宪 1 2 2.60
10、 2.85 3.00 3.00 3.30, 徐光宪等改进的Slater规则：基态电中性原子的的电子组态符合(n+0.7l）的顺序，基态正离子的的电子组态符合(n+0.4l）的顺序。 徐光宪 王祥云 物质结构 高等教育出版社,1987.p5960）,能级交错, n + 0.4 l = 例：Fe 3d64s2 : 4S 4 + 0.4 0=4 3d 3 + 0.42=3.8, n + 0.7 l = 例：Fe 3d64s2 : 4S 4 + 0.7 0=4 3d 3 + 0.7 2=4.4,Pauling近似能级图,1 . 基态电子分布式： 书写可分三步完成： （1）写出原子轨道的填充顺序； （2
11、）按照电子排布三原则在每个轨道上填充电子； （3）将每个电子层的各原子轨道按 s、p、d、f 顺 序整理，得原子的电子分布式。,The Ground state Electron Configuration of the Elements,注意：Slater组的划分 指定电子,核心：元素原子核外电子排布，即电子构型, 记住一些重要的例外, 它们与亚层半满状态和 亚层全满状态的相对稳定性有关。, 根据鲍林图中给出的能级顺序，运用建造原 理写出基态原子的电子组态。,第四周期：Cr Cu 第五周期：Nb Mo Ru Rh Pd Ag 第六周期：La Ce Gd Pt Au 第七周期：Ac Th Pa
12、 U Np Cm,目前共有多少种元素？,2600多种核素： 稳定性核素仅有280多种，属于81种元素 放射性核素2300多种, Pd原子特殊 基态构型：Kr 4d105s0,110号元素 Ds 德国达姆施塔特重离子研究所（Gesellschaft fr Schwerionenforschung, GSI）于1994年12月8日，在线性加速器内利用镍-64轰击铋-209而合成的。日前透露，国际理论和应用化学联合会已接受其提议，以达姆斯塔特这一地名来命名最早由该所科学家发现的第110号化学元素，称其为Darmstadtium，缩写为“Ds”，新元素名将于2003年8月起开始生效。中文名为“da”，
13、字典中无此字，是“金”部加“达”字。,111元素Rg简介 錀是一种人工合成的放射性元素，它的化学符号是Rg。2006年11月17日被命名为Roentgenium (Rg)，这个名称是为了纪念1895年发现X射线的科学家伦琴。,112号元素“Cn” 德国重离子研究中心于2010年2月19日宣布，经国际纯粹与应用化学联合会确认,由该中心人工合成的第112号化学元素从即日起获正式名称“Copernicium”,相应的元素符号为“Cn”。为纪念著名天文学家哥白尼（Nicolaus Copernicus），德国重离子研究中心于2009年7月向国际纯粹与应用化学联合会提出了上述命名建议，但当时该中心建议新
14、元素的元素符号为“Cp”。由于“Cp”已有其他科学含义，为避免歧义，国际纯粹与应用化学联合会经与发现第112号化学元素的研究小组协商，最终将新元素的元素符号定为“Cn”。该联合会选择2月19日为新元素正式冠名是因为这一天是哥白尼（1473年1543年）的生日。,114号元素和116号元素现已正式获得官方认可，成为元素周期表这个庞大家族中最具重量级的一员。这两种新元素的原子放射性极强，稳定存在的时间均不到1秒，此后便很快衰变为更轻的原子。但研究人员却似乎从中获得了某种启示，他们距离制得可以稳定存在几十年以上的超重元素又更近了一步，构建周期表中“稳定岛” 的神话也很快就会变成现实。,2010年4月
15、7日，俄罗斯杜布纳联合核研究所向美国同行宣布，他们成功合成了一种拥有117个质子的新元素，它可能就是科学界一直寻找的第117号元素（ununseptium），有望填补目前已被发现的门捷列夫元素周期表第116号和118号元素之间缺失的“一环”。,委员会还就113、115、118号元素的发现发表了声明：认为就目前已获得的科学依据来看,还不足以授予其入驻元素周期表的入场券。,能级组的划分, n + 0.7 l = 4S 4 + 0.7 0=4 3d 3 + 0.7 2=4.4,2. 元素周期表：周期、族、区的划分,元素周期表 The periodic table of elements,每个能级组容纳元素的数目 2 8 8 18,共七个周期, 对应于顺序图中的七个能级组。各周期均以填充 s 轨道的元素开始, 并以填充 p 轨道的元素告终。,7p,周期数 = 最高能级组数 = 该元素原子的电子层数,族：按电子最后填入的亚层。 族数 = 价电子总数, 副族元素：族数 = 最外层电子数 + 次外层d电子数 ns +(n 1)d电子数。 当ns + (n 1)d电子数为810时，均属； 当ns + (n 1)d电子数为11、12时，分属于IB和IIB， 镧系和锕系元素：均属于B族。, 主族元素：族数 = 最外层电子数
