季第九章原子结构和元素周期律3.ppt
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第三节第三节 多电子原子的核外电子排布多电子原子的核外电子排布一．屏蔽效应和钻穿效应一．屏蔽效应和钻穿效应（一）．屏蔽效应（一）．屏蔽效应屏屏蔽蔽效效应应（（shielding effect））：：多多电电子子原原子子中中其其余余电电子子对对指指定定电电子子的的排排斥斥作作用用使使得得部部分分核核电电荷荷抵抵消的作用消的作用屏蔽常数屏蔽常数 ：：抵消的核电荷数，表示电子间排斥作抵消的核电荷数，表示电子间排斥作用将原有核电荷削弱的程度用将原有核电荷削弱的程度 有效核电荷有效核电荷Z*：剩余的核电荷：剩余的核电荷 Z*＝＝ Z - ＝＝ Z -∑σi主要考虑指定电子的内层和同层电子对其的屏主要考虑指定电子的内层和同层电子对其的屏蔽作用，其中尤以内层电子的屏蔽作用较强蔽作用，其中尤以内层电子的屏蔽作用较强Slater 经验规则）经验规则） 多电子原子中，电子能量由多电子原子中，电子能量由n，，l共同决定共同决定n不同不同l相同时相同时，， EK< EL< EM<…… n相同相同l不同时不同时，， Ens< Enp< End< Enf<…… （二）．（二）． 钻穿效应钻穿效应原子轨道能量顺序：原子轨道能量顺序： Ens< Enp < End < Enfn相同，相同，l不同时：不同时：电子云概率径向分布的第一个峰离核距离：电子云概率径向分布的第一个峰离核距离：rns< rnp < rnd 弱，有效核电荷增加，电子能量降低的现象 能级交错现象往往发生在钻穿能力强的能级交错现象往往发生在钻穿能力强的ns轨道与钻轨道与钻穿能力较弱的穿能力较弱的(n-1)d或或(n-2)f轨道之间，遵循：轨道之间，遵循： Ens< E(n-2)f < E(n-1)d 反之亦然强，轨道能量越低反之亦然 ③③ 当当n和和l都不相同时，可能出现能级交错都不相同时，可能出现能级交错Ens< E(n-2)f < E(n-1)d 电子自旋方向相反 （（2）能量最低原理）能量最低原理 在不违背在不违背Pauli原理的前提下，核外电子应尽原理的前提下，核外电子应尽可能先占据能量最低的轨道，然后按照原子轨道能可能先占据能量最低的轨道，然后按照原子轨道能级图的次序，依次填入能量较高的轨道级图的次序，依次填入能量较高的轨道 电子排布顺序电子排布顺序 7N: 1s 2s 2p24Cr 3d54s1 3d44s2× 1s22s22p63s23p63d54s1 29Cu 3d104s1 3d94s2× 1s22s22p63s23p63d104s1 √ (3) 洪特规则洪特规则 电子在等价轨道上排布时，将尽可能占据不同电子在等价轨道上排布时，将尽可能占据不同的轨道，且自旋方向相同的轨道，且自旋方向相同 特例特例: 等价轨道等价轨道全满全满、、半满半满或或全空全空的状态比较稳定的状态比较稳定 原子的电子排布式：原子的电子排布式： 根根据据以以上上核核外外电电子子排排布布的的三三原原则则和和原原子子序序数数，，可以写出元素的电子排布式可以写出元素的电子排布式 。 电电子子排排布布式式通通常常仅仅表表现现电电子子层层结结构构而而不不表表示示填填充顺序，故书写时通常先写充顺序，故书写时通常先写3d，后写，后写4s 为为书书写写方方便便起起见见，，常常将将内内层层电电子子分分布布式式用用相相同同电电子子数数的的稀稀有有气气体体符符号号加加括括号号表表示示，，成成为为原子芯 26Fe的电子排布式：的电子排布式：[Ar]3d64s2 原子芯原子芯[Ar]表示表示1s22s22p63s23p6 第四节第四节 元素周期表与元素性质的周期性元素周期表与元素性质的周期性H LiBeBCNOF NaMgAlSiPSCl KCaScTiVCrMnFeCoNi CuZnGaGeAsSeBr RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeI CsBaLaHfTaW ReOs Ir PtAuHgTlPbBi 门捷列夫短式周期表门捷列夫短式周期表门捷列夫门捷列夫一、元素周期表一、元素周期表 维尔纳长式元素周期表维尔纳长式元素周期表 周期周期 能级能级组组 起止元素起止元素 相应能级组相应能级组中电子填充中电子填充次序次序 元素元素数目数目 电子电子最大最大容量容量 1.特短特短周期周期 Ⅰ1H→2He 1s1→1s2 222.短周短周期期 Ⅱ3Li→10Ne 2s1~2→ 2p1~6 883.短周短周期期 Ⅲ11Na→18Ar 3s1~2→3p1~6 88各周期元素的数目与相应能级组和原子轨道的关系各周期元素的数目与相应能级组和原子轨道的关系 （一）元素周期表与能级组（一）元素周期表与能级组 4.长周长周期期 Ⅳ19K→36Kr 4s1~2→3d1~10→4p1~6 18185.长周长周期期 Ⅴ37Rb→54Xe 5s1~2→4d1~10→5p1~6 18186.特长特长周期周期 Ⅵ55Cs→86Rn 6s1~2→4f1~14→5d1~10→6p1~6 32327.未完未完周期周期 Ⅶ87Fr→未完未完 7s1~2→5f1~14→6d1~7 (未完未完) 26未满未满 （二）族的划分和外层电子构型（二）族的划分和外层电子构型1. 主族：主族：3. 副族：副族：7个，个，ⅠⅠA~ⅦⅦA族族最后一个电子填入最后一个电子填入ns或或np亚层，亚层，价层电子的总数等于族数价层电子的总数等于族数7个，个，ⅠⅠB~ⅦⅦB族族最后一个电子填入最后一个电子填入 (n-1)d 或或 (n-2)f亚层亚层 2. 零族元素：零族元素： 稀有气体，最外层稀有气体，最外层ns2或或ns2sp6，稳定，稳定4. 第第ⅧⅧ族：第族：第8、、9、、10三个纵行三个纵行 （三）元素分区与外层电子构型（三）元素分区与外层电子构型IA 01234567IIA IIIA IVA VA VIA VIIAIIIB IVB VB VIB VIIB VIII IB IIB镧系錒系 s 区区ns1~ns2d 区区(n-1)d1~8ns2p 区区ns2np1~6f 区区(n-2)f0~14(n-1)d0~2ns2ds区区(n-1)d10ns1~2元素周期表的分区元素周期表的分区 二、元素性质的周期性二、元素性质的周期性（一）．原子半径（（一）．原子半径（atomic radius））1．原子半径的类型．原子半径的类型(1)．．共价半径共价半径(covalent radius)以共价以共价单键单键相结合的两个相同原子核间距离的一半相结合的两个相同原子核间距离的一半金刚石：金刚石：dC-C=0.154nm，，r共共=0.077nm Cl2：： dCl-Cl=0.198nm, r共共=0.099nm同种元素的共价半径在不同条件下基本不变同种元素的共价半径在不同条件下基本不变共价半径具有加合性共价半径具有加合性 (2) 金属半径（金属半径（metallic radius）） 金属晶体中，相邻两个金属原子核间距离的一半金属晶体中，相邻两个金属原子核间距离的一半金属金属Mg中，中，dMg-Mg=0.320nm，，r金金=0.160nm(3) 范德华（范德华（van der Walls radius）半径）半径 分子晶体中，不属于同一分子的两个最接近的原分子晶体中，不属于同一分子的两个最接近的原子核间距离的一半子核间距离的一半 Cl2 Cl2d异异Cl-Cl=0.362nm, r范范=0.181nm d同同Cl-Cl=0.198nm, r共共=0.099nm 原子半径随原子序数的变化原子半径随原子序数的变化 原子半径的变化规律原子半径的变化规律 :（（1）同一周期）同一周期 短周期元素短周期元素:同一周期从左到右原子半径以较大幅度同一周期从左到右原子半径以较大幅度逐渐缩小逐渐缩小 长周期元素长周期元素 :总趋向还是从左至右半径逐渐缩小总趋向还是从左至右半径逐渐缩小 s区、区、p区元素：原子半径显著递减区元素：原子半径显著递减 d区：从左向右原子半径较缓慢地逐渐缩小，但区：从左向右原子半径较缓慢地逐渐缩小，但变化情况不太规律变化情况不太规律 ds区区 ：原子半径稍有增大：原子半径稍有增大 f区：镧系收缩区：镧系收缩 （（2）同一族）同一族 同一主族从上到下原子半径增加同一主族从上到下原子半径增加 同一副族元素自上而下原子半径递增不明显同一副族元素自上而下原子半径递增不明显镧系收缩使第六周期副族元素的原子半径与第五镧系收缩使第六周期副族元素的原子半径与第五周期同一副族元素相应的原子半径非常相近周期同一副族元素相应的原子半径非常相近 （二）原子的电离能（（二）原子的电离能（ionization energy），），I 衡量原子失去电子的难易程度衡量原子失去电子的难易程度 电离能电离能：在一定的温度和压力下，使处于基态的：在一定的温度和压力下，使处于基态的气态原子失去电子所需的最低能量，符气态原子失去电子所需的最低能量，符号号I，单位，单位kJ·mol-1 第一电离能第一电离能I1 ：多电子原子中，处于基态的气态：多电子原子中，处于基态的气态原子失去一个电子变成带一个正电荷的气态阳离原子失去一个电子变成带一个正电荷的气态阳离子，所需的电离能；子，所需的电离能；第二电离能第二电离能I2：由带一个正电荷的气态阳离子再：由带一个正电荷的气态阳离子再失去一个电子变成带两个正电荷的气态阳离子，失去一个电子变成带两个正电荷的气态阳离子，所需的电离能；依此类推所需的电离能；依此类推 各级电离能的大小顺序：各级电离能的大小顺序：I1 体系释放能量为正，吸收能量为负体系释放能量为正，吸收能量为负 电子亲和能的变化规律：电子亲和能的变化规律：1．同一周期中，从左至右，亲和能增大．同一周期中，从左至右，亲和能增大 ⅡⅡA族（半径大，族（半径大，ns2）和惰性元素）和惰性元素(ns2np6)例例外，外，A1为负值为负值 2．同一主族，从上至下，电子亲和能逐渐降低．同一主族，从上至下，电子亲和能逐渐降低 VA族元素电子亲和能较小（半充满）；族元素电子亲和能较小（半充满）； ⅢⅢA、、ⅥⅥA、、ⅦⅦA中中，，并并不不是是处处于于第第二二周周期期的的B,O,F的的A1最最大大，，而而是是第第三三周周期期的的Al，，S，，Cl的的A1最大（原子半径小，电子间排斥力强）最大（原子半径小，电子间排斥力强） （四）电负性（（四）电负性（electronegativity））电负性电负性：： 元素的原子在分子中吸引电子的能力，符号元素的原子在分子中吸引电子的能力，符号χ （（1932，， Pauling）） 能综合反映出元素原子得失电子能力的大小能综合反映出元素原子得失电子能力的大小 元素的电负性数值越大，表明原子在分子元素的电负性数值越大，表明原子在分子中吸引电子的能力越强，即非金属性越强；中吸引电子的能力越强，即非金属性越强； 反之，电负性数值越小，表明元素原子越反之，电负性数值越小，表明元素原子越倾向于失去电子，金属性越强。 倾向于失去电子，金属性越强 1. 同一周期：从左到右元素电负性逐渐增大，非金同一周期：从左到右元素电负性逐渐增大，非金属性逐渐增强属性逐渐增强 2. 同一族：对每个主族元素从上到下元素电负性逐同一族：对每个主族元素从上到下元素电负性逐渐减小，非金属性依次减小（个别元素的电负性渐减小，非金属性依次减小（个别元素的电负性异常） 副族元素的电负性变化规律不明显副族元素的电负性变化规律不明显。
