核外电子排布和元素周期律33832.pptx
《核外电子排布和元素周期律33832.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《核外电子排布和元素周期律33832.pptx(38页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、核核 外外 电电 子子 排排 布布 和和 元元 素素 周周 期期 律律 对于单电子体系,其能量为对于单电子体系,其能量为 即单电子体系中,轨道即单电子体系中,轨道(或轨道上的电子或轨道上的电子)的能量,只由主量的能量,只由主量子数子数 n 决定。决定。n 相同的轨道,能量相同相同的轨道,能量相同:E 4 s =E 4 p =E 4 d =E 4 f 而且而且 n 越大能量越高越大能量越高:E 1 s E 2 s E 3 s E 4 s 多电子体系中,电子不仅受到原子核的作用,而且受到其余电多电子体系中,电子不仅受到原子核的作用,而且受到其余电子的作用。故能量关系复杂。所以多电子体系中,能量不只
2、由主量子的作用。故能量关系复杂。所以多电子体系中,能量不只由主量子数子数 n 决定。决定。(1)原子轨道近似能级图原子轨道近似能级图 Pauling ,美国著名结构化学家,根据大量光谱实验数据和美国著名结构化学家,根据大量光谱实验数据和理论计算,提出了多电子原子的原子轨道近似能级图。理论计算,提出了多电子原子的原子轨道近似能级图。第一组第一组 1s 第二组第二组 2s 2p 第三组第三组 3s 3p 第四组第四组 4s 3d 4p 第五组第五组 5s 4d 5p 第六组第六组 6s 4f 5d 6p 第七组第七组 7s 5f 6d 7p 其中除第一能级组只有其中除第一能级组只有一个能级外,其余
3、各能级组一个能级外,其余各能级组均以均以 ns 开始,以开始,以 np 结束。结束。所有的原子轨道,共分成七个能级组所有的原子轨道,共分成七个能级组 各能级组之间的能量高各能级组之间的能量高低次序,以及能级组中各能低次序,以及能级组中各能级之间的能量高低次序,在级之间的能量高低次序,在下页的图示中说明。下页的图示中说明。1.多电子原子的能级多电子原子的能级能量能量1s2s2p3s3p4s4p3d5s5p4d6s6p5d4f7s7p6d5f组内能级间能量差小组内能级间能量差小能级组间能量差大能级组间能量差大每个每个 代表一个原子轨道代表一个原子轨道 p 三重简并三重简并 d 五五重简并重简并 f
4、 七重简并七重简并 (2)屏蔽效应屏蔽效应 以以 Li 原子为例说明这个问题原子为例说明这个问题:研究外层的一个电子。研究外层的一个电子。它受到核的它受到核的 的引力,同时又受到内层电子的的引力,同时又受到内层电子的 2 的斥力。的斥力。实际上受到的引力已经不会恰好是实际上受到的引力已经不会恰好是+3,受到的斥力也不会恰,受到的斥力也不会恰好是好是 2,很复杂。,很复杂。我们把我们把 看成是一个整体,即被中和掉部分正电的看成是一个整体,即被中和掉部分正电的的原子核。的原子核。于是我们研究的对象于是我们研究的对象 外层的一个电子就相当于处在单电外层的一个电子就相当于处在单电子体系中。中和后的核电
5、荷子体系中。中和后的核电荷 Z 变成了有效核电荷变成了有效核电荷 Z*。在多电子体系中,核外其它电子抵消部分核电荷,使被讨论的在多电子体系中,核外其它电子抵消部分核电荷,使被讨论的电子受到的核的作用变小。这种作用称为其它电子对被讨论电子的电子受到的核的作用变小。这种作用称为其它电子对被讨论电子的屏蔽效应。屏蔽效应。Z*=Z ,为屏蔽常数。为屏蔽常数。于是公式,于是公式,受到屏蔽作用的大小,因电子的角量子数受到屏蔽作用的大小,因电子的角量子数 l 的不同而不同。的不同而不同。4s,4p,4d,4f 受到其它电子的屏蔽作用依次增大,故有受到其它电子的屏蔽作用依次增大,故有 E 4 s E 4 p
6、E 4 d r 共共 因金属晶体中的原子轨道无重叠。因金属晶体中的原子轨道无重叠。范德华半径范德华半径 单原子分子单原子分子(He,Ne 等等),原子间靠范德华,原子间靠范德华力,即分子间作用力结合,因此无法得到共价半径。力,即分子间作用力结合,因此无法得到共价半径。在低温高压下,稀有气体形成晶体。原子核间距的一半定义在低温高压下,稀有气体形成晶体。原子核间距的一半定义为范德华半径。为范德华半径。讨论原子半径的变化规律时,经常采用共价半径。讨论原子半径的变化规律时,经常采用共价半径。使用范德华半径讨论原子半径的变化规律时,显得比共价半使用范德华半径讨论原子半径的变化规律时,显得比共价半径大。径
7、大。因为在稀有气体形成的晶体中,原子尚未相切。因为在稀有气体形成的晶体中,原子尚未相切。(1)原子半径在周期表中的变化原子半径在周期表中的变化 只有当只有当 d5,d10,f7,f14 半充满和全充满时,层中电子的对半充满和全充满时,层中电子的对称性较高,这时称性较高,这时 占主导地位,占主导地位,占主导地位,占主导地位,原子半径原子半径 r 增大增大。核电荷数核电荷数 Z 增大,对电子吸引力增大,使得原子半径增大,对电子吸引力增大,使得原子半径 r 有减小的趋势。有减小的趋势。核外电子数增加,电子之间排斥力增大,使得原子半径核外电子数增加,电子之间排斥力增大,使得原子半径 r 有增大的趋势。
8、有增大的趋势。以以以以 为主。即同周期中从左向右原子半径减小。为主。即同周期中从左向右原子半径减小。为主。即同周期中从左向右原子半径减小。为主。即同周期中从左向右原子半径减小。(a)同周期中同周期中 从左向右,在原子序数增加的过程中,有两个因素在影响原从左向右,在原子序数增加的过程中,有两个因素在影响原子半径的变化子半径的变化这是一对矛盾,这是一对矛盾,以哪方面为主?以哪方面为主?短周期的主族元素,以第短周期的主族元素,以第 3 周期为例周期为例MgNaAlSiPSClAr r/pm 154 136 118 117 110 104 99 154 长周期的过渡元素长周期的过渡元素,以第以第 4
9、周期的第一过渡系列为例周期的第一过渡系列为例ScTiVCrMnFeCoNiCuZn Sc Ni,8 个个元素,元素,r 减少减少了了 29 pm。相邻元素之间,相邻元素之间,平均减少幅度平均减少幅度 4 pm 许。许。Na Cl,7 个个元素,元素,r 减少减少了了 55 pm。相邻元素之间,相邻元素之间,平均减少幅度平均减少幅度 10 pm 许。许。Ar 为范德华半径,为范德华半径,所以比较大所以比较大。r/pm 144 132 122 118 117 117 116 115 117 125 短周期短周期短周期短周期主族元素,电子填加到外层轨道,对核的正电荷中和主族元素,电子填加到外层轨道,
10、对核的正电荷中和少,有效核电荷少,有效核电荷 Z*增加得多。所以增加得多。所以 r 减小的幅度大。减小的幅度大。长周期长周期长周期长周期过渡元素,电子填加到次外过渡元素,电子填加到次外层轨道层轨道,对核的正电荷中对核的正电荷中和多和多,Z*增加得少,所以增加得少,所以 r 减小的幅度小。减小的幅度小。短周期主族元素原子半径平均减少幅度短周期主族元素原子半径平均减少幅度 10 pm,长周期的过长周期的过渡元素平均减少幅度渡元素平均减少幅度 4 pm。造成这种不同的原因是什么?造成这种不同的原因是什么?Cu,Zn 为为 d10 结构,电子斥力大,结构,电子斥力大,所以所以 r 不但没减小,不但没减
11、小,反而有所增加。反而有所增加。ScTiVCrMnFeCoNiCuZn r/pm 144 132 122 118 117 117 116 115 117 125 试设想超长周期的内过渡元素,会是怎样的情况。试设想超长周期的内过渡元素,会是怎样的情况。(b)镧系收缩镧系收缩LaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu 15 种元素,种元素,r 共减小共减小 11 pm。电子填到内层电子填到内层 (n2)f 轨道,轨道,屏蔽系数更大,屏蔽系数更大,Z*增加的幅度更小。所以增加的幅度更小。所以 r 减小的幅度很小。减小的幅度很小。r/pm 161 160 158 158 158 17
12、0 158 r/pm 169 165 164 164 163 162 185 162 Eu 4f7 6s2,f 轨道轨道半充满半充满,Yb 4f14 6s2,f 轨道全充满,电轨道全充满,电子斥力的影响占主导地位,原子半径变大。子斥力的影响占主导地位,原子半径变大。将将 15 镧系种元素,原子半径共减小镧系种元素,原子半径共减小 11 pm 这一事实,称为这一事实,称为镧系收缩。镧系收缩。K Ca Sc Ti V Crr/pm 203 174 144 132 122 118 Rb Sr Y Zr Nb Mor/pm 216 191 162 145 134 130 Cs Ba La Hf Ta
13、Wr/pm 235 198 169 144 134 130 镧系收缩造成的影响镧系收缩造成的影响 对于镧系元素自身的影响,使对于镧系元素自身的影响,使 15 种镧系元素的半径相似,种镧系元素的半径相似,性质相近,分离困难。性质相近,分离困难。对于镧后元素的影响,使得第二、第三过渡系的同族元素半对于镧后元素的影响,使得第二、第三过渡系的同族元素半径相近,性质相近,分离困难。径相近,性质相近,分离困难。(c)同族中同族中 同族中,从上到下,有两种因素影响原子半径的变化趋势同族中,从上到下,有两种因素影响原子半径的变化趋势 核电荷核电荷 Z 增加许多,对电子吸引力增大,增加许多,对电子吸引力增大,使
14、使 r 减小;减小;核外电子增多,增加一个电子层,使核外电子增多,增加一个电子层,使 r 增大。增大。主族元素主族元素 Li 123 pm Na 154 pm K 203 pm Rb 216 pm Cs 235 pmr r 增大增大增大增大 在这一对矛盾中,在这一对矛盾中,起主导作用。同族中,从上到下,原起主导作用。同族中,从上到下,原子半径增大。子半径增大。副族元素副族元素 Ti V Cr r/pm 132 122 118 Zr Nb Mo 145 134 130 Hf Ta W 144 134 130 第二过渡系列比第一第二过渡系列比第一过渡系列原子半径过渡系列原子半径 r 增增大大 12
15、13 pm。4-2 电离能电离能 第三过渡系列和第二第三过渡系列和第二过渡系列原子半径过渡系列原子半径 r 相近相近或相等或相等。这是镧系收缩的。这是镧系收缩的影响结果。影响结果。1 基本概念基本概念 使一个原子失去一个电子变成正离子是需要吸收能量的。使一个原子失去一个电子变成正离子是需要吸收能量的。H(g)H+(g)+e H 0 吸热吸热 这一过程这一过程相当于相当于 1s 态态电子电子 自由电子自由电子 怎样讨论这一过程的能量变化呢怎样讨论这一过程的能量变化呢?1 电子伏特的能量为,一个电子电子伏特的能量为,一个电子(电量电量=1.602 1019 库仑库仑)通过电压为通过电压为 1 伏特
16、的电场时的电功。伏特的电场时的电功。W=W=1.602 1019 库仑库仑 1 伏特伏特=1.602 1019 焦耳焦耳 因为因为 E =13.6()2 eV,所以所以 E1s=13.6 eV,而而 E自由自由=13.6()2 eV 1s 态态电子电子 自由电子自由电子 E =E自由自由 E1s 因而因而 E=0 (13.6)=13.6(eV)于是反应中电离出于是反应中电离出 1 mol 电子所需的能量为:电子所需的能量为:E=1.602 1019 13.6 6.02 1023 =1312 (kJmol1)电离能的定义电离能的定义 某元素某元素 1 mol 基态气态原子,失去最高能级基态气态原
17、子,失去最高能级的的 1 个电子,形成个电子,形成 1 mol 气态离子气态离子(M+)所吸收的能量,叫这种所吸收的能量,叫这种元素的第一电离能元素的第一电离能 (用用 I1 表示表示)。电离能经常以电离能经常以 1 mol 原子为单位进行计算,所以电离能的物原子为单位进行计算,所以电离能的物理学单位是理学单位是 kJmol1。H 的第一电离能为的第一电离能为 1312 kJmol1。这个数值与前面计算的这个数值与前面计算的 1s 电子变成自由电子时的能量很一致。因为单电子体系的计算,电子变成自由电子时的能量很一致。因为单电子体系的计算,准确度高。一般来说电离能数据是通过光谱实验得到的。准确度
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 核外电子 排布 元素周期律 33832
限制150内