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1、现代基础化学 药事管理专业教研室：于泳 邮箱：手机:18005151737 （一）现代基础化学现代基础化学 的课程意义：1、先前化学知识的复习2、物理化学的初步了解，为今后专业课打基础3、无机化学，分析化学，生物化学的前期 铺垫（二）学时安排与考核形式：总学时总学时64学时。学时。总评总评=平时成绩（根据课堂提问、课后作业、平时成绩（根据课堂提问、课后作业、出勤率综合评定）出勤率综合评定）+期末考试成绩期末考试成绩平时成绩占平时成绩占30%，期末考试成绩占，期末考试成绩占70%（三）教材选用情况现代基础化学现代基础化学（主编：朱裕贞（主编：朱裕贞 顾达顾达 黑黑恩成，第三版，化学工业出版社，恩
2、成，第三版，化学工业出版社，2010.6）建议参考书：建议参考书：1、无机化学无机化学（第三版）（武汉大学等（第三版）（武汉大学等校编，高等教育出版社，校编，高等教育出版社，1994年）；年）；2、无机化学无机化学（第三版）（北京师范大（第三版）（北京师范大学等校编，高等教育出版社，学等校编，高等教育出版社，1992年）；年）；3、分析化学分析化学（第五版）（第五版） （华东理工大（华东理工大学，成都工程技术大学编，高等教育出版学，成都工程技术大学编，高等教育出版社）；社）；第一章第一章 原子结构与元素周期系原子结构与元素周期系1.2 原子结构的量子力学模型原子结构的量子力学模型1.1 原子结
3、构理论的发展概况原子结构理论的发展概况1.3 原子的电子层结构与元素周期系原子的电子层结构与元素周期系1.4 原子结构与元素性质的关系原子结构与元素性质的关系一、英国物理学家一、英国物理学家 汤姆森汤姆森 (J.J.Thomson)1.1 原子结构理论的发展概况原子结构理论的发展概况 1884年担任著名的卡文迪许年担任著名的卡文迪许实验室主任实验室主任 1897年通过阴极射线实验发年通过阴极射线实验发现了电子现了电子 1906年获得诺贝尔物理奖。年获得诺贝尔物理奖。 1904年提出原子的年提出原子的“枣糕模枣糕模枣糕模枣糕模型型型型”，认为，认为“电子是均匀地分布电子是均匀地分布在正电荷的海洋
4、中在正电荷的海洋中”。汤姆森汤姆森 二、英国物理学家二、英国物理学家 卢瑟福卢瑟福 (E.Rutherford) 1.1 原子结构理论的发展概况原子结构理论的发展概况 1895年在剑桥大学攻读博士学年在剑桥大学攻读博士学位期间直接受到汤姆森的指导位期间直接受到汤姆森的指导 1908年获得诺贝尔化学奖年获得诺贝尔化学奖 1911年根据年根据 粒子散射实验粒子散射实验粒子散射实验粒子散射实验的的的的结果结果结果结果提出原子的提出原子的“含核模型含核模型含核模型含核模型”，也称为也称为“行星模型行星模型行星模型行星模型” 1919年接替汤姆森担任卡文迪年接替汤姆森担任卡文迪许实验室主任。许实验室主任
5、。卢瑟福卢瑟福1.1 原子结构理论的发展概况原子结构理论的发展概况 三、丹麦物理学家三、丹麦物理学家 玻尔玻尔 (Niels H.D.Bohr) 1885年生于丹麦的哥本哈根年生于丹麦的哥本哈根 1911年获得博士学位年获得博士学位 1913年结合普朗克量子论发表年结合普朗克量子论发表了长篇论文了长篇论文论原子构造和分子论原子构造和分子构造构造，创立了，创立了原子结构理论原子结构理论原子结构理论原子结构理论。 1922年获得诺贝尔物理奖。年获得诺贝尔物理奖。 卢瑟福卢瑟福是是汤姆森汤姆森六位获六位获诺贝尔奖的学生之一，而诺贝尔奖的学生之一，而他本人又指导包括他本人又指导包括玻尔玻尔在内的十一位
6、诺贝尔奖获得者。在内的十一位诺贝尔奖获得者。1.1.3 玻尔理论玻尔理论 1、“玻尔理论玻尔理论” 的要点的要点 （1）原子内电子按能）原子内电子按能级分层排布；级分层排布；（2）各能级间能量是）各能级间能量是不连续的，即量子化；不连续的，即量子化；（3）只有电子在不同）只有电子在不同能级间产生跃迁时才能级间产生跃迁时才有能量的吸收或放出；有能量的吸收或放出； 2、应用、应用“玻尔理论玻尔理论” 解释氢光谱解释氢光谱 “玻尔理论玻尔理论”不能说明多电子原子光谱，也不能说明不能说明多电子原子光谱，也不能说明氢原子光谱的精细结构！氢原子光谱的精细结构！H1.1.3 玻尔理论玻尔理论氢氢氢氢原子光谱
7、实验示意图原子光谱实验示意图原子光谱实验示意图原子光谱实验示意图 四、奥地利物理学家四、奥地利物理学家 薛定锷薛定锷 (E.Schrdinger) 1.1 原子结构理论的发展概况原子结构理论的发展概况 1926年，薛定锷在考虑实物微粒年，薛定锷在考虑实物微粒的的波粒二象性波粒二象性波粒二象性波粒二象性的基础上，通过光学的基础上，通过光学与力学的对比，提出了描述微观粒与力学的对比，提出了描述微观粒子（包括原子内的电子）运动的基子（包括原子内的电子）运动的基本方程，即著名的薛定锷方程：本方程，即著名的薛定锷方程： 采用薛定锷方程来描述原子内电子的运动状态，即采用薛定锷方程来描述原子内电子的运动状态
8、，即原子结构的原子结构的量子力学模型量子力学模型量子力学模型量子力学模型。 一、电子运动的特性一、电子运动的特性 1.2 原子结构的量子力学模型原子结构的量子力学模型 1、波粒二象性、波粒二象性 1680年，年，牛顿牛顿牛顿牛顿提出光具提出光具有粒子性，认为光就是能有粒子性，认为光就是能做直线运动的微粒流。做直线运动的微粒流。 1690年，年，惠更斯惠更斯惠更斯惠更斯提出光提出光具有波动性，能解释光的具有波动性，能解释光的干涉、衍射等现象。干涉、衍射等现象。大科学家牛顿大科学家牛顿 1、波粒二象性、波粒二象性 1905年，年，爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦用光用光用光用光子理论成功地解释了光
9、电子理论成功地解释了光电子理论成功地解释了光电子理论成功地解释了光电效应，效应，效应，效应，提出光既有粒子性，提出光既有粒子性，又有波动性，即光具有又有波动性，即光具有波波波波粒二象性粒二象性粒二象性粒二象性。1.2.1 电子运动的特性电子运动的特性 大科学家爱因斯坦大科学家爱因斯坦 1、波粒二象性、波粒二象性 1924年，法国物理学家年，法国物理学家德布罗依德布罗依德布罗依德布罗依受到受到光具有光具有波粒波粒二象性的启发，提出了电二象性的启发，提出了电子等实物粒子也具有波粒子等实物粒子也具有波粒二象性的假设。该假设在二象性的假设。该假设在1927年被年被电子衍射实验电子衍射实验电子衍射实验电
10、子衍射实验所所证实。证实。1.2.1 电子运动的特性电子运动的特性 法国物理学家德布罗依法国物理学家德布罗依法国物理学家德布罗依法国物理学家德布罗依 2、测不准原理、测不准原理 1927年，德国科学家年，德国科学家海海海海森堡森堡森堡森堡提出测不准原理，即提出测不准原理，即对具有波粒二象性的微粒，对具有波粒二象性的微粒，不可能同时准确测定它们不可能同时准确测定它们在某瞬间的位置和速度在某瞬间的位置和速度（或动量）。（或动量）。1.2.1 电子运动的特性电子运动的特性 德国科学家海森堡德国科学家海森堡德国科学家海森堡德国科学家海森堡1.2 原子结构的量子力学模型原子结构的量子力学模型 二、电子的
11、运动状态二、电子的运动状态 1、薛定锷方程、薛定锷方程：波函数波函数E：体系的总能量体系的总能量V：体系的势能体系的势能m: 微粒的质量微粒的质量h: 普朗克常数普朗克常数, 其值为其值为6.6310-34 Js薛定锷薛定锷薛定锷薛定锷2、波函数、波函数1.2.2 电子的运动状态电子的运动状态（1）坐标变换）坐标变换（2）变数分离）变数分离：径向波函数径向波函数：角度波函数角度波函数xyz3、概率密度与电子云、概率密度与电子云1.2.2 电子的运动状态电子的运动状态概率密度概率密度：电子在核外某处单位体积内出现的概率称为该：电子在核外某处单位体积内出现的概率称为该处的概率密度。处的概率密度。电
12、子云电子云：电子在核外各处出现的概率密度大小的形象化：电子在核外各处出现的概率密度大小的形象化描绘。描绘。离核离核半径半径概概率率密密度度3、概率密度与电子云、概率密度与电子云1.2.2 电子的运动状态电子的运动状态壳层概率壳层概率= r处的概率密度处的概率密度 壳层体积壳层体积rdr离核距离为离核距离为 r 的球壳薄层示意图的球壳薄层示意图氢氢原子原子 1s 电子的壳层概率电子的壳层概率与离核半径的关系与离核半径的关系3、概率密度与电子云、概率密度与电子云1.2.2 电子的运动状态电子的运动状态等密度面等密度面电子云界面图电子云界面图4、四个量子数、四个量子数1.2.2 电子的运动状态电子的
13、运动状态（1）主量子数（）主量子数（n）a. 决定电子在核外出现概率最大区域离核的平均距离决定电子在核外出现概率最大区域离核的平均距离b. 取值范围：取值范围：正整数，正整数，n = 1,2,3c. 代表层次：代表层次：n 值12345n 值代号KLMNOd. 决定电子能量的高低：决定电子能量的高低：n值越大，电子能量越高。值越大，电子能量越高。4、四个量子数、四个量子数1.2.2 电子的运动状态电子的运动状态（2）角量子数（）角量子数（l）a. 描述原子轨道的不同形状，表示电子层中各个不同描述原子轨道的不同形状，表示电子层中各个不同的电子亚层。的电子亚层。b. 取值范围：取值范围：l 可取可
14、取 0 n-1之间的整数之间的整数l l 值值值值0123l l 值符号值符号值符号值符号s sp pd df f原子轨道原子轨道原子轨道原子轨道的形状的形状的形状的形状4、四个量子数、四个量子数1.2.2 电子的运动状态电子的运动状态（2）角量子数（）角量子数（l） n l 亚层亚层数数 原子轨道原子轨道 1 0 1 s 2 0,1 2 s,p 3 0,1,2 3 s,p,d 4 0,1,2,3 4 s,p,d,f4、四个量子数、四个量子数1.2.2 电子的运动状态电子的运动状态（2）角量子数（）角量子数（l）c. 对电子能量有影响：对电子能量有影响： 单电子原子（单电子原子（H）：）：n相
15、同，相同，l不同：不同：Ens=Enp=End=Enfn不同，不同，l相同：相同：E1sE2sE3sE4s 多电子原子：多电子原子：n相同，相同，l不同：不同：l ,E EnsEnpEndEnfn相同，相同，l相同：相同：Enpx=Enpy=Enpz4、四个量子数、四个量子数1.2.2 电子的运动状态电子的运动状态（3）磁量子数（）磁量子数（m）a. 描述原子轨道在空间的伸展方向。描述原子轨道在空间的伸展方向。b. 取值范围：取值范围：m 可取可取 l0 l 之间的整数，共之间的整数，共2l+1个。个。 l m 伸展方向伸展方向 原子轨道符号原子轨道符号 0 0 1个个 s 1 -1,0,1
16、3个个 px, py, pz 2 -2,-1,0,1,2 5个个 dxy, dyz, dxz, dx2-y2, dz2注意：注意：注意：注意：上表中只有上表中只有上表中只有上表中只有m = m = 0 0与空间伸展方向有对应关系，与空间伸展方向有对应关系，与空间伸展方向有对应关系，与空间伸展方向有对应关系，分别对应分别对应分别对应分别对应pz和和dz2 原子轨道。原子轨道。4、四个量子数、四个量子数1.2.2 电子的运动状态电子的运动状态（3）磁量子数（）磁量子数（m）c. 对电子能量没有影响对电子能量没有影响由由由由n,l,mn,l,m三个量子数可得到一个波函数，或者说可确三个量子数可得到一
17、个波函数，或者说可确三个量子数可得到一个波函数，或者说可确三个量子数可得到一个波函数，或者说可确定一个原子轨道，用符号定一个原子轨道，用符号定一个原子轨道，用符号定一个原子轨道，用符号 n l mn l m表示。表示。表示。表示。n,ln,l相同的几个原子轨道能量相同，这样的轨道称为相同的几个原子轨道能量相同，这样的轨道称为相同的几个原子轨道能量相同，这样的轨道称为相同的几个原子轨道能量相同，这样的轨道称为等价轨道等价轨道等价轨道等价轨道或或或或简并轨道简并轨道简并轨道简并轨道。如：。如：。如：。如： 2 2px, 2py, 2pz三个三个轨道轨道例：写出和下列波函数对应的原子轨道符号。例：写
18、出和下列波函数对应的原子轨道符号。 2 0 0 4 2 0 3 1 04、四个量子数、四个量子数1.2.2 电子的运动状态电子的运动状态（4）自旋量子数（）自旋量子数（ms）a. 取值：取值： +1/2 和和 -1/2b. 自旋方向：自旋方向： 用用“ ”或或“ ”来表示来表示由由由由n,l,mn,l,m, ,mms s四个量子数可以描述核外电子的运动状态。四个量子数可以描述核外电子的运动状态。四个量子数可以描述核外电子的运动状态。四个量子数可以描述核外电子的运动状态。 根据四个量子数的值可以说明电子层最多能容纳的电子数。根据四个量子数的值可以说明电子层最多能容纳的电子数。根据四个量子数的值可
19、以说明电子层最多能容纳的电子数。根据四个量子数的值可以说明电子层最多能容纳的电子数。例如：当例如：当例如：当例如：当n n=3=3时：时：时：时： l l 0 1 2 mm 0 -1,0,1 -2,-1,0,1,2 轨道数轨道数轨道数轨道数 1个个 3个个 5个个 容纳电子数容纳电子数容纳电子数容纳电子数 2 6 10 容纳的电子总数容纳的电子总数容纳的电子总数容纳的电子总数 18（2n2）1.2.3 原子轨道和电子云图原子轨道和电子云图例：画出例：画出 的角度分布的角度分布图图 0 0 3030 4545 6060 9090 120120 135135 150150 180180 R R0.
20、8660.866R R0.7070.707R R0.50.5R R0 0- -0.50.5R R- -0.7070.707R R- -0.8660.866R R- -R Rx xz zs, p, d 原子轨道的角度分布剖面图原子轨道的角度分布剖面图注意：注意：注意：注意：(1)(1)(1)(1)极值方向极值方向极值方向极值方向(2)(2)(2)(2)节面，在此平面上节面，在此平面上节面，在此平面上节面，在此平面上Y Y Y Y = 0= 0= 0= 0s, p, d 电子云的角度分布剖面图电子云的角度分布剖面图注意：注意：注意：注意：(1)(1)(1)(1)极值方向极值方向极值方向极值方向(2
21、)(2)(2)(2)节面，在此平面上节面，在此平面上节面，在此平面上节面，在此平面上Y Y Y Y 2 2 2 2 = 0= 0= 0= 0y原子轨道和电子云的角度分布图比较原子轨道和电子云的角度分布图比较 电子云图电子云图 原子轨道图原子轨道图图形图形 瘦（瘦（Y2） 胖（胖（Y）图形符号图形符号 均为正均为正 有正负有正负电子云的模型电子云的模型 一、多电子原子能级图一、多电子原子能级图 1.3 原子的电子层结构与元素周期系原子的电子层结构与元素周期系 美国物理学家和化学家鲍美国物理学家和化学家鲍林学识渊博，在自然科学的林学识渊博，在自然科学的各个领域都有建树。各个领域都有建树。1954年
22、年获获诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖。1962年因年因致力于反对美国和前苏联的致力于反对美国和前苏联的核试验而获得核试验而获得诺贝尔和平奖诺贝尔和平奖。鲍林是世界上迄今为止唯一鲍林是世界上迄今为止唯一两次单独获得诺贝尔奖的科两次单独获得诺贝尔奖的科学家。学家。1、鲍林近似能级图、鲍林近似能级图1.3.1 多电子原子能级图多电子原子能级图鲍鲍林林近近似似能能级级图图规律：规律：规律：规律： n l n l E E相同相同相同相同 不同不同不同不同 n ns s n np p E4s1.3.1 多电子原子能级图多电子原子能级图2、屏蔽效应和钻穿效应、屏蔽效应和钻穿效应Z* ： 电子实际所受到的核电荷，称
23、为电子实际所受到的核电荷，称为有效核有效核电荷电荷。屏蔽效应示意图屏蔽效应示意图 称为屏蔽常数，其称为屏蔽常数，其大小可根据斯莱脱规大小可根据斯莱脱规则计算。则计算。斯莱脱规则斯莱脱规则将电子分成以下几个轨道组：将电子分成以下几个轨道组：(1s) (2s,2p) (3s,3p) (3d) (4s,4p) (4d) (4f) (1s) (2s,2p) (3s,3p) (3d) (4s,4p) (4d) (4f) (5s,5p).(5s,5p).(1) 外组电子对内组电子无屏蔽作用，外组电子对内组电子无屏蔽作用， 0(2) 同组电子间会产生屏蔽作用，同组电子间会产生屏蔽作用， 0.35 , 但但1
24、s轨道轨道上二个电子间的屏蔽作用上二个电子间的屏蔽作用 0.30。(3) (n-1)层各电子对层各电子对 n 层电子的屏蔽作用层电子的屏蔽作用 0.85 ； (n-2)以内各层电子对以内各层电子对 n 层电子的屏蔽作用层电子的屏蔽作用 1.00。(4) 若被屏蔽的是若被屏蔽的是nd 或或 nf 电子，则位于其前面轨道电子，则位于其前面轨道各电子对其屏蔽作用各电子对其屏蔽作用 1.00。屏蔽效应屏蔽效应考虑钾原子的电子排布：考虑钾原子的电子排布：(1) 1s1s2 2 2s2s2 2 2p2p6 6 3s3s2 2 3p3p6 6 3d3d1 1 最外层电子所受到的有最外层电子所受到的有最外层电
25、子所受到的有最外层电子所受到的有效核电荷效核电荷效核电荷效核电荷 Z Z* = 1.00 * = 1.00 (2) 1s1s2 2 2s2s2 2 2p2p6 6 3s3s2 2 3p3p6 6 4s4s1 1 最外层电子所受到的有最外层电子所受到的有最外层电子所受到的有最外层电子所受到的有效核电荷效核电荷效核电荷效核电荷 Z Z* = 2.20 * = 2.20 Z* , 电子能量越低。电子能量越低。 所以所以E4s E4s1.3.1 多电子原子能级图多电子原子能级图鲍林鲍林近似能级图的不足之处：近似能级图的不足之处： 假设了不同元素的原子能级高低次序相同。实际上假设了不同元素的原子能级高低
26、次序相同。实际上原子轨道的能量在很大程度上取决于原子序数。原子序原子轨道的能量在很大程度上取决于原子序数。原子序数越大，原子轨道的能量一般逐渐下降。由于下降幅度数越大，原子轨道的能量一般逐渐下降。由于下降幅度不同，所以产生能级交错。具体可参考不同，所以产生能级交错。具体可参考科顿能级图科顿能级图。因此：因此：HH的的3 3s s 轨道能量轨道能量 NaNa的的3 3s s 轨道能量轨道能量对于对于19KK:E3d E4s 对于对于21ScSc:E4s E3d19KK：1s22s22p6 3s23p64s121ScSc：1s22s22p6 3s23p63d14s2对于对于ScSc原子而言，当它参
27、与成键失去电子时，先失原子而言，当它参与成键失去电子时，先失去去 4s 电子，再失去电子，再失去 3d 电子。电子。1.3.1 多电子原子能级图多电子原子能级图判断失电子次序的判断失电子次序的 (n+0.4l) 经验规则经验规则:例：例：例：例：2626FeFe：1s1s2 22s2s2 22p2p6 6 3s3s2 23p3p6 63d3d6 64s4s2 2, , 当当当当FeFe原子成键时，原子成键时，原子成键时，原子成键时，先失去哪个轨道上的电子？先失去哪个轨道上的电子？先失去哪个轨道上的电子？先失去哪个轨道上的电子？计算计算 3d 和和 4s 的的 (n+0.4l) 值：值： 4s
28、E4s= 4+0.404.0 3d E3d= 3+0.423.8E4s E3d ，所以先失去所以先失去 4s 电子。电子。1.3.2 核外电子排布的规则核外电子排布的规则1、能量最低原理、能量最低原理 电子的填充是按照近似能级图中各能级的顺序由低电子的填充是按照近似能级图中各能级的顺序由低电子的填充是按照近似能级图中各能级的顺序由低电子的填充是按照近似能级图中各能级的顺序由低到高填充。到高填充。到高填充。到高填充。2、泡利不相容原理、泡利不相容原理 在同一原子中，不可能有在同一原子中，不可能有在同一原子中，不可能有在同一原子中，不可能有两个电子具有完全相同的四个两个电子具有完全相同的四个两个电
29、子具有完全相同的四个两个电子具有完全相同的四个量子数。或者说在一个原子轨量子数。或者说在一个原子轨量子数。或者说在一个原子轨量子数。或者说在一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，道中最多只能容纳两个电子，道中最多只能容纳两个电子，道中最多只能容纳两个电子，并且自旋方向相反。这就是并且自旋方向相反。这就是并且自旋方向相反。这就是并且自旋方向相反。这就是泡泡泡泡利不相容原理利不相容原理利不相容原理利不相容原理。提出该原理时。提出该原理时。提出该原理时。提出该原理时泡利年仅泡利年仅泡利年仅泡利年仅2525岁。岁。岁。岁。例：请写出例：请写出例：请写出例：请写出( (3 3d dz2 2) )2 2上两
30、个电上两个电上两个电上两个电子的四个量子数。子的四个量子数。子的四个量子数。子的四个量子数。1.3.2 核外电子排布的规则核外电子排布的规则3、Hund规则规则: 在等价轨道中，电子尽可能分占不同在等价轨道中，电子尽可能分占不同的轨道，并且自旋方向相同。的轨道，并且自旋方向相同。例：例：例：例：7 7N N：1s1s2 22s2s2 22p2p3 3n n=2 =2 l l=1 =1 mm= =- - - -1 1 mms s=+1/2=+1/2n n=2 =2 l l=1 =1 mm=0 =0 mms s=+1/2=+1/2n n=2 =2 l l=1 =1 mm=+1 =+1 mms s=
31、+1/2=+1/2补充规则：补充规则：等价轨道处于全充满、半充满或全空状等价轨道处于全充满、半充满或全空状等价轨道处于全充满、半充满或全空状等价轨道处于全充满、半充满或全空状态时，体系能量更低，更稳定。态时，体系能量更低，更稳定。态时，体系能量更低，更稳定。态时，体系能量更低，更稳定。全充满全充满全充满全充满：p p6 6 或或或或d d10 10 或或或或f f1414半半半半充满充满充满充满：p p3 3 或或或或d d5 5 或或或或f f7 7全空全空全空全空：p p0 0 或或或或d d0 0 或或或或f f0 0例：例：例：例：2424CrCr：1s22s22p6 3s23p63d
32、54s11.3.3 核外电子排布的表示方式核外电子排布的表示方式(1) 电子排布式电子排布式例：例：例：例：2424CrCr：1s1s2 22s2s2 22p2p6 6 3s3s2 23p3p6 63d3d5 54s4s1 1(2) 原子轨道表示式原子轨道表示式1s1s2s2s2p2p3s3s3p3p4s4s3d3d2424CrCr：(3) 原子实表示式原子实表示式例：例：例：例：2424CrCr： ArAr 3d3d5 54s4s1 1(4) 价电子构型表示式价电子构型表示式例：例：例：例：2424CrCr：3d3d5 54s4s1 11.3.4 电子排布和元素周期系电子排布和元素周期系填填
33、电电子子次次序序图图1.3.4 电子排布和元素周期系电子排布和元素周期系1.3.4 电子排布和元素周期系电子排布和元素周期系归纳表归纳表1-4并和元素周期系进行比较，可得出如下规律：并和元素周期系进行比较，可得出如下规律：a) 随核电荷增加随核电荷增加 原子外层电子重复同样原子外层电子重复同样的构型的构型 元素性质周期性变化元素性质周期性变化电子层数电子层数 = 周期数（七个周期）周期数（七个周期）b) 每一新电子层每一新电子层 一个新的周期一个新的周期对应对应c) 各周期中元素的数目各周期中元素的数目 = 相应能级组中原子轨相应能级组中原子轨道所能容纳的电子总数道所能容纳的电子总数.能级组能
34、级组1234567周期周期1234567元素个数元素个数288181832 未充满未充满1.3.4 电子排布和元素周期系电子排布和元素周期系d) 族的分类依据原子的电子层结构，同族元素的族的分类依据原子的电子层结构，同族元素的 电子层数不同电子层数不同, 但原子的最外层电子结构相似。但原子的最外层电子结构相似。主族族数主族族数 = 最外层电子总数最外层电子总数副族族数副族族数=最外层电子数最外层电子数+未充满的次外层未充满的次外层 d 电子数电子数（VIII B有例外）有例外）e) 依电子排布特征，周期表分成五个区域。依电子排布特征，周期表分成五个区域。区域区域最外层电子构型最外层电子构型族族
35、s区区ns1-2 IA, IIAp区区ns2 np1-6 IIIAVIIIAd区区 (n-1)d1-9 ns1-2 IIIB VIIIBds区区 (n-1)d10 ns1-2 IB, IIBf 区区 (n-2)f1-14(n-1)d0-2ns2 镧系镧系,锕系锕系1.3.4 电子排布和元素周期系电子排布和元素周期系2525MnMn：1s1s2 22s2s2 22p2p6 6 3s3s2 23p3p6 63d3d5 54s4s2 21111NaNa：1s1s2 22s2s2 22p2p6 6 3s3s1 11212MgMg：1s1s2 22s2s2 22p2p6 6 3s3s2 22929CuC
36、u：1s1s2 22s2s2 22p2p6 6 3s3s2 23p3p6 63d3d10104s4s1 11515P P：1s1s2 22s2s2 22p2p6 6 3s3s2 2 3p3p3 31.4 原子结构与元素性质的关系原子结构与元素性质的关系 一、原子参数一、原子参数1. 有效核电荷有效核电荷 Z*2. 原子半径原子半径 r3. 电离能电离能 I4. 电子亲和能电子亲和能 EA5. 电负性电负性 X1.4.1 原子参数原子参数原子序数原子序数原子序数原子序数有有有有效效效效核核核核电电电电荷荷荷荷变化规律：变化规律：变化规律：变化规律：同一短周期同一短周期：Z 增大，增大，Z* 增大
37、显著。增大显著。同一长周期同一长周期：d 区元素，区元素，Z 增大，增大，Z* 增幅较小。增幅较小。同族同族：从上到下，：从上到下，Z* 增幅小。增幅小。1.4.1 原子参数原子参数2. 原子半径原子半径 r 的几种定义：的几种定义： 假设原子呈球形假设原子呈球形, 在固体中原子间相互接触在固体中原子间相互接触, 以球面以球面相切相切,则两相邻原子核间距的一半即为原子半径。则两相邻原子核间距的一半即为原子半径。i）共价半径共价半径：当非金属元素两原子以共价单键相结合时，：当非金属元素两原子以共价单键相结合时，其核间距的一半为共价半径。其核间距的一半为共价半径。ii）金属半径金属半径：金属晶体可
38、以看成由球状的金属原子堆积：金属晶体可以看成由球状的金属原子堆积而成而成, 两金属原子核间距的一半即为金属半径。两金属原子核间距的一半即为金属半径。iii）范德华半径范德华半径：稀有气体以范德华力结合形成单原子分：稀有气体以范德华力结合形成单原子分子晶体子晶体, 两原子核间距的一半称为范德华半径。两原子核间距的一半称为范德华半径。1.4.1 原子参数原子参数原子序数原子序数原子序数原子序数变化规律：变化规律：变化规律：变化规律：同一短周期同一短周期：Z 增大，半径变小。增大，半径变小。同一长周期同一长周期：d 区元素，区元素，Z 增大，半径变小的幅度小。增大，半径变小的幅度小。同一族同一族：从
39、上到下，半径增大。：从上到下，半径增大。镧系元素镧系元素：镧系收缩镧系收缩，半径减小更加缓慢。，半径减小更加缓慢。原原原原子子子子半半半半径径径径1.4.1 原子参数原子参数变化规律：变化规律：变化规律：变化规律：同一元素同一元素：I1 I2 I3 同一长周期同一长周期：d 区元素，从左到右，电离能增大，增幅较小。区元素，从左到右，电离能增大，增幅较小。同族同族：从上到下，电离能减小。：从上到下，电离能减小。同一短周期同一短周期：从左到右，电离能增大。例外：从左到右，电离能增大。例外：B Be, O N, ?原子序数原子序数原子序数原子序数第第第第一一一一电电电电离离离离能能能能1.4.1 原
40、子参数原子参数定义定义定义定义：M(g) + M(g) + e Me M+ + (g) (g) E EA1A1注意：注意： | |E EA1A1| | : F : F Cl Cl ，O S O S 因为因为因为因为 F F 和和和和 OO 的电子密度大。的电子密度大。的电子密度大。的电子密度大。OOS SN N1.4.1 原子参数原子参数5. 电负性电负性 X ： 衡量原子在分子中吸引电子能力的强弱。衡量原子在分子中吸引电子能力的强弱。衡量原子在分子中吸引电子能力的强弱。衡量原子在分子中吸引电子能力的强弱。X X 则该原则该原则该原则该原子在分子中吸引电子的能力越强。子在分子中吸引电子的能力越
41、强。子在分子中吸引电子的能力越强。子在分子中吸引电子的能力越强。i）鲍林电负性概念（鲍林电负性概念（XP） 规定氟的电负性最大，规定氟的电负性最大，XP=4.0。以此为以此为标准，依据标准，依据热力学数据得到其它原子的电负性。热力学数据得到其它原子的电负性。ii）莫立根的电负性标度（莫立根的电负性标度（XM）iii）阿雷德阿雷德-罗丘电负性标度（罗丘电负性标度（XA）通常采用鲍林电负性标度！通常采用鲍林电负性标度！1.4.1 原子参数原子参数变化规律：变化规律：变化规律：变化规律：同一周期同一周期：从左到右，：从左到右，电负性电负性 增大。增大。同一主族同一主族：从上到下，：从上到下，电负性电
42、负性 减小。减小。原子序数原子序数原子序数原子序数元元元元素素素素的的的的电电电电负负负负性性性性1.4.2 元素的金属性和非金属性元素的金属性和非金属性 元素的金属性和非金属性元素的金属性和非金属性元素的金属性和非金属性元素的金属性和非金属性反映了原子得失电子的反映了原子得失电子的反映了原子得失电子的反映了原子得失电子的能力，可用电负性数据来衡量。电负性越大，原子在能力，可用电负性数据来衡量。电负性越大，原子在能力，可用电负性数据来衡量。电负性越大，原子在能力，可用电负性数据来衡量。电负性越大，原子在分子中吸引电子的能力越强，元素的非金属性越强；分子中吸引电子的能力越强，元素的非金属性越强；
43、分子中吸引电子的能力越强，元素的非金属性越强；分子中吸引电子的能力越强，元素的非金属性越强；电负性越小，金属性越强。电负性越小，金属性越强。电负性越小，金属性越强。电负性越小，金属性越强。金属元素一般金属元素一般金属元素一般金属元素一般 X XP P 2.0 2.0 2.0变化规律：变化规律：变化规律：变化规律：同一周期同一周期：从左到右，：从左到右，金属性金属性减弱，减弱，非金属性非金属性 增强。增强。同一主族同一主族：从上到下，：从上到下，金属性金属性 增强，增强，非金属性非金属性减弱。减弱。思考：如果某元素原子越难失去电子，是否就一定思考：如果某元素原子越难失去电子，是否就一定思考：如果
44、某元素原子越难失去电子，是否就一定思考：如果某元素原子越难失去电子，是否就一定意味着该原子越容易得到电子？意味着该原子越容易得到电子？意味着该原子越容易得到电子？意味着该原子越容易得到电子？1.4.3 氧化值氧化值 元素的氧化值元素的氧化值元素的氧化值元素的氧化值表示化合物中各个原子所带的形式电荷表示化合物中各个原子所带的形式电荷表示化合物中各个原子所带的形式电荷表示化合物中各个原子所带的形式电荷数，该电荷数是假设把化合物中成键电子都指定归于电负数，该电荷数是假设把化合物中成键电子都指定归于电负数，该电荷数是假设把化合物中成键电子都指定归于电负数，该电荷数是假设把化合物中成键电子都指定归于电负
45、性大的原子而求得。性大的原子而求得。性大的原子而求得。性大的原子而求得。确定氧化值的原则：确定氧化值的原则：确定氧化值的原则：确定氧化值的原则：i) 在单质中元素的氧化值为在单质中元素的氧化值为 0。ii) 在化合物中，氧的氧化值一般为在化合物中，氧的氧化值一般为- -2；氢一般为；氢一般为+1；氟为氟为- -1；碱金属为；碱金属为+1；碱土金属为；碱土金属为+2。iii) 在任何化合物分子中各元素氧化值的代数和为在任何化合物分子中各元素氧化值的代数和为 0；在多原子离子中各元素氧化值的代数和等于该离子所在多原子离子中各元素氧化值的代数和等于该离子所带电荷数。带电荷数。氧化值与化合价的区别：氧
46、化值与化合价的区别：氧化值与化合价的区别：氧化值与化合价的区别：i) CH4 和和 CHCl3ii) 氧化值可以为分数。如氧化值可以为分数。如Fe3O41.4.3 氧化值氧化值(1) (1) 主族元素的最高正氧化值等于该元素的族数。主族元素的最高正氧化值等于该元素的族数。主族元素的最高正氧化值等于该元素的族数。主族元素的最高正氧化值等于该元素的族数。如如如如 ClCl , , N N 等。等。等。等。(2) (2) 副族元素的最高正氧化值也等于该元素的族数，副族元素的最高正氧化值也等于该元素的族数，副族元素的最高正氧化值也等于该元素的族数，副族元素的最高正氧化值也等于该元素的族数，如如如如 C
47、rCr , , MnMn 等。但等。但等。但等。但 IBIB 族有例外，如族有例外，如族有例外，如族有例外，如 CuCu副族副族元素的价电子构型和最高氧化值元素的价电子构型和最高氧化值副族副族副族副族IIIBIIIBIVBIVBVBVBVIBVIBVIIBVIIBVIIIBVIIIBIBIBIIBIIB价电子价电子价电子价电子构型构型构型构型(n-(n-1)d1)d1 1nsns2 2(n-(n-1)d1)d2 2nsns2 2(n-(n-1)d1)d3 3nsns2 2(n-(n-1)d1)d5 5nsns1 1(n-(n-1)d1)d5 5nsns2 2(n-(n-1)d1)d6868nsns2 2(n-(n-1)d1)d1010nsns1 1(n-1)d(n-1)d1010nsns2 2最高最高最高最高氧化值氧化值氧化值氧化值+3+3+4+4+5+5+6+6+7+7+8+8+1+1+2+2
