原子结构与元素周期系
第一章 原子结构和元素周期系
第一章 原子结构和元素周期系1、原子核外电子运动有什么特性？解：原子核外电子的运动和光子的运动一样，具有波粒二象性。
不能同时准确测定它的位置和速度，即服从测不准关系，因而电子的运动不遵循经典力学，无确定的运动轨道，而是服从量子力学，需用统计规律来描述。
也就是说量子力学研究的只是电子在核外空间某地方出现的可能性，即出现的几率大小。
2、氢光谱为什么可以得到线状光谱？谱线的波长与能级间能量差有什么关系？求电子从第四轨道跳回第二轨道时，H β谱线之长。
解：在通常情况下，氢原子的电子在特定的稳定轨道上运动不会放出能量。
因此在通常条件下氢原子是不会发光的。
但是当氢原子受到激发（如在高温或电场下）时，核外电子获得能量就可以从较底的能级跃迁到较高的能级，电子处于激发态，处于激发态的电子不稳定，它会迅速地跳回到能量较底的能级，并将多余的能量以光的形式放出，放出光的频率（或波长）大小决定于电子跃迁时两个能级的能量差，即：νh E E E =-=∆21由于轨道能量的量子化，即不连续的，所以激发态的电子由较高能级跳回到较低能级时，放出光的频率（或波长）也是不连续的，这是氢原子光谱是线状光谱的原因。
谱线的波长和能量的关系为：hE E C 12-＝＝νλ＝3.289×1015(222111n n -)电子从第四轨道跳回第二轨道时，H B 谱线的波长为：114221510167.6)4121(10289.3-⨯=-⨯=S ννλC =nm m ss m 4861086.410167.6103711418=⨯=⋅⨯⋅⨯=---λ 3、当氢原子的一个电子从第二能级跃迁至第一能级，发射出光子的的波长为121.6nm ，当电子从第三能级跃迁至第二能级，发射出光子的的波长为656.3nm 。
试通过计算回答：(1) 哪一种光子的能量大？(2) 求氢原子中电子的第三与第二能级的能量差，以及第二与第一能级的能量差。
解：(1) 由于能量与波长有如下关系λνλνhCE h E C =∴==， 由此可知：波长越短，能量越高，因此电子从第二能级跃迁到第一能级发射出的光子能量大。
原子结构与元素周期表
原子结构与元素周期表原子结构是研究物质世界最基本单位的科学分支。
元素周期表则是化学界最重要的工具之一，用于系统地组织和分类所有已知的化学元素。
本文将探索原子结构和元素周期表的相关内容。
一、原子结构原子是物质的最基本单位，由质子、中子和电子组成。
质子带正电荷，中子不带电，电子带负电荷。
原子的核心由质子和中子组成，而电子则以云状分布在核外。
原子序数（也称为质子数）决定了一个元素的性质。
例如，氢原子具有一个质子，氧原子具有八个质子。
质子数不变的情况下，中子数可以有所变化，形成同一元素的不同同位素。
电子数与质子数相等，保持原子处于电中性。
原子的大小可以通过半径来衡量。
原子半径可以分为共价半径和离子半径，共价半径用于描述共价键中的原子间距离，离子半径用于描述形成离子的原子的半径。
原子半径的大小与元素的位置有关，随着原子序数的增加，原子半径一般会逐渐增加。
原子核的质子和中子总质量决定了元素的相对原子质量。
相对原子质量用于比较不同元素原子质量的大小，并通常以国际单位制下的原子质量单位表示。
二、元素周期表元素周期表是一种组织和分类元素的表格。
它按原子序数的增加顺序排列元素，并将具有相似化学性质的元素放在同一垂直列中。
元素周期表的发展可以追溯到1869年，由俄国化学家门捷列夫首次提出，现代周期表则由亨利·莫西莫等科学家在此基础上进行了进一步的完善和扩展。
元素周期表主要由元素符号、原子序数、相对原子质量和分类周期数等信息组成。
元素的符号通常由一个或两个字母组成，以简洁的方式代表元素的名称。
原子序数表示元素核中质子的数量，也对应了元素在周期表中的位置。
相对原子质量用于比较同一元素不同同位素的质量大小。
分类周期数将元素划分为不同的周期和组，揭示了元素之间的重要关系。
根据元素周期表的布局，我们可以得到许多有关元素特性的信息。
在周期表的水平行中，原子半径一般随着原子序数的增加而减小。
在垂直列中，原子半径通常随着周期数的增加而增加。
原子结构和元素周期性
电子构型与元素性质的关系
价电子构型对元素化学性质的影响
价电子构型决定了元素的氧化态和化学键的类型，从而影响元素的化学性质。例 如，第VIII族元素具有相同的价电子构型，它们的化学性质相似。
内层电子构型对元素物理性质的影响
内层电子构型决定了元素原子的半径、电离能、电子亲和能等物理性质。例如， 稀有气体元素的内层电子构型相同，它们的原子半径、电离能、电子亲和能等物 理性质相近。
原子结构和元素周期性
目录
• 原子结构 • 元素周期表 • 原子结构与元素性质的关系 • 元素周期表的应用 • 现代原子结构理论的发展
01 原子结构
原子的构成
01
原子由原子核和核外电子组成。
02
原子核由质子和中子组成，质子数决定了元素的种类，中子 数决定了同位素。
03
核外电子围绕原子核运动，其数量和轨道决定了原子的化学 性质。
金属性与非金属性
金属性和非金属性是指元素在化学反应中表现出的性质。金属性元素倾向于失去电子， 而非金属性元素倾向于获得电子。
在元素周期表中，金属性和非金属性的变化呈现出周期性的规律。从左到右，金属性逐 渐减弱，非金属性逐渐增强；从上到下，金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。
金属性和非金属性的变化规律对于预测元素在化学反应中的行为和化合物的形成具有重 要意义，特别是在酸碱反应和氧化还原反应中。
元素周期表在材料科学中有广泛的应 用，例如合金设计、新型材料的合成 等。
通过元素周期表，科学家可以预测不 同元素组合可能产生的性质，从而指 导材料的设计和优化。
化学反应机理的研究
元素周期表中的元素性质可以用来研究化学反应机理，例如反应速率、反应活化能等。
通过比较不同元素在周期表中的位置和它们在化学反应中的表现，可以深入理解化学反应的本质和规 律。
原子结构与元素周期表
原子结构与元素周期表元素周期表是化学家们用来分类和组织元素的一种工具。
它以一种系统的方式展示了所有已知元素的信息，帮助我们更好地理解原子结构和元素的特性。
本文将从原子结构的基本概念开始介绍，并深入探讨元素周期表的构造和用途。
一、原子结构原子是构成所有物质的基本单位，由带正电荷的原子核和绕核运动的电子组成。
原子核由质子和中子组成，而电子则绕着核心以轨道运动。
质子带正电荷，中子带无电荷，电子带负电荷。
原子的质量主要由质子和中子决定，而原子的化学性质则由电子的分布和排列决定。
二、元素周期表的构造元素周期表按照原子序数的大小，从左上角到右下角，以周期为单位排列元素。
每个周期中，原子序数递增，原子结构和元素特性也会发生变化。
在元素周期表中，元素按照一定规则分配到行（周期）和列（族）中。
元素周期表按照元素的性质将元素分为金属、非金属和类金属。
金属元素位于周期表的左侧和中间部分，它们通常具有良好的导电性和热传导性。
非金属元素位于周期表的右上方，它们通常呈现出不良的导电性和脆性。
类金属元素位于周期表的中间位置，它们的性质介于金属和非金属之间。
周期表中的每一横行被称为一个周期，每一纵列被称为一个族。
周期数表示元素的主量子数，决定了元素的电子层排布。
族数表示元素的最外层电子的数目和化学性质。
周期表中的元素按照原子序数递增排列，每一个元素都有一个对应的原子符号和原子序数，例如氢的原子符号是H，原子序数为1。
三、元素周期表的用途元素周期表是研究化学和理解元素特性的重要工具。
它可以帮助我们预测元素的性质，并找到元素之间的相似性和规律。
以下是元素周期表的一些常见用途：1. 预测元素的性质：通过元素周期表，我们可以推测元素的电子结构和化学性质。
例如，位于同一族的元素通常具有类似的化学性质。
2. 周期性规律：元素周期表展示了元素性质的周期规律。
根据周期表，我们可以发现元素的化学性质和原子结构之间的关系，比如原子半径、电离能和电负性等的变化规律。
原子的结构与元素周期表
原子的结构与元素周期表原子是构成物质的最基本单位，它的结构对于理解元素的性质和元素周期表的组织至关重要。
本文将介绍原子的结构以及元素周期表的相关知识。
一、原子的结构原子由三种基本粒子组成：质子、中子和电子。
质子和中子位于原子核中心，而电子则绕核运动。
1.1 原子核原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，中子不带电荷。
它们共同维持原子的稳定性和核的性质。
1.2 电子云电子云是电子在原子周围的分布区域，它根据不同的能级和轨道分布。
电子的数量与原子的核中质子的数量相等，保持了原子的电中性。
二、元素周期表元素周期表是由化学元素按照一定规律排列的表格，反映了元素的物理和化学性质。
2.1 元素周期表的结构元素周期表按照原子序数的大小从小到大排列。
每个元素的方格中通常包含元素的化学符号、原子序数、相对原子质量等信息。
2.2 元素周期表的分组元素周期表根据元素的性质划分为若干个不同的分组，主要包括主族元素和过渡元素两大类。
2.3 元素周期表的周期性规律元素周期表中元素的排列具有周期性规律，即元素的性质和特征在周期表中呈现出周期性的重复性。
这是由于元素的结构和电子排布导致的。
三、原子的结构与元素周期表的关系原子的结构和元素周期表密切相关，元素周期表的排列顺序反映了原子的核电荷以及电子排布的规律。
3.1 元素周期表中的周期元素周期表中的水平行称为周期，每个周期包含了一个新能级的填充。
随着周期数的增加，原子的电子层数也增加。
3.2 元素周期表中的族元素周期表中的垂直列称为族，同一族元素具有相似的化学性质，这是由于它们外层电子的数目相同。
3.3 电子排布规则根据电子排布规则，每个原子的最内层能容纳2个电子，第二层能容纳8个电子，第三层能容纳18个电子，以此类推。
电子填充原则为"2, 8, 18, 32"。
3.4 原子结构与元素性质的关系原子的结构决定了元素的性质。
例如，原子的电子层数和电子的分布情况决定了原子的尺寸、电离能和电负性等物理性质。
原子结构与元素周期律
原子结构与元素周期律原子结构指的是原子的组成和结构。
根据量子力学理论，原子由电子、质子和中子组成。
质子和中子集中在原子核中，而电子则存在于原子的外层。
电子以特定的轨道围绕着原子核运动，这些轨道又被称为电子壳。
每个电子壳能够容纳不同数量的电子，其中第一电子壳最多容纳2个电子，第二电子壳最多容纳8个电子，而后续的电子壳分别容纳最多18个、32个和50个电子。
这是因为电子的分布满足一定的能级规则，即每个电子壳的能级比前一个电子壳的能级高。
元素周期律是研究和分类元素的规律性表达方式。
元素周期表是根据元素的原子序数和化学性质编排的表格。
元素周期表的主体是按照原子序数递增排列的，每个元素的原子序数代表了其原子核中的质子数。
现在的元素周期表是按照门捷列夫周期定律、贝尔定律和气体化学定律编撰的。
门捷列夫周期定律是指元素的性质会随着原子序数的增加而循环性地变化。
贝尔定律则是指元素的化学性质主要取决于其原子外层电子的数目。
基于这些定律和规律，元素周期表将元素分成了相应的周期和族。
元素周期表的周期是指元素周期表中的横行，也称为周期。
一共有7个周期，每个周期中的元素具有相似的化学性质。
元素周期表中的族则是指元素周期表中的竖列，也称为族。
元素周期表中的元素周期和族数共同描述了元素的化学性质，周期性地变化。
对于周期表上的每个元素，都有相应的元素符号、原子序数、相对原子质量和周期表中的位置。
元素周期表的开创者是俄国化学家门捷列夫，他在19世纪初首次提出了元素周期定律，并将元素按照这个定律排列在一张表上。
随着现代化学的发展，元素周期表逐渐完善，并逐渐扩展。
如今的元素周期表已经包含了118个元素，其中92个是自然界存在的元素，剩下的是由科学家们在实验室中合成的人工合成元素。
总结起来，原子结构和元素周期律是化学中两个重要的概念。
原子结构指的是原子的组成和结构，包括质子、中子和电子的分布。
元素周期律则是描述和分类元素的规律性表达方式，根据原子序数和周期规律将元素排列在一个表格里，以反映元素的周期性变化。
原子结构和元素周期表
原子结构和元素周期表原子结构和元素周期表是化学领域中非常重要的概念和工具。
通过对原子结构的研究，我们可以深入了解物质的基本组成和性质。
而元素周期表则为我们提供了一种有效的方式来组织和理解各种化学元素。
一、原子结构原子是物质的基本单位，由原子核和电子组成。
原子核中包含着带正电荷的质子和中性的中子，而电子则带有负电荷，围绕原子核轨道运动。
1. 质子：质子是构成原子核的粒子，其具有正电荷，化学中用符号p+表示。
质子的质量约等于1.6726219×10^-27千克。
2. 中子：中子也是构成原子核的粒子，其不带电荷，化学中用符号n表示。
中子的质量约等于1.674927471×10^-27千克。
3. 电子：电子是质量极小的带负电荷的粒子，化学中用符号e-表示。
电子的质量约等于9.10938356×10^-31千克。
4. 原子核：原子核由质子和中子组成，质子数量决定了元素的原子序数和化学性质，中子则是稳定原子核的组成要素。
5. 轨道：电子绕着原子核的轨道运动，不同的轨道对应不同的能量级别。
电子填充轨道的方式遵从一定的规则，如AUFBAU原理、洪特规则和莫塞利规则等。
二、元素周期表元素周期表是科学家根据元素的物理性质和化学性质所编排的一种表格形式。
根据元素的原子序数（即质子数）和电子排布规律，元素周期表将元素分为不同的周期和族。
1. 周期：元素周期表中的横行称为周期，共有七个周期。
不同周期的元素具有相似的电子排布规律和化学性质。
2. 族：元素周期表中的竖列称为族，共有18个主族和5个副族。
主族元素的电子配置中最外层能级的电子数与族号相同，副族元素则根据元素性质进行划分。
3. 元素的排列：元素周期表中的元素按照原子序数从小到大排列。
同一周期中，元素的原子半径逐渐增加，电子云更为扩散；同一族中，元素的性质逐渐变化，而元素周期表则为我们提供了一种系统化的方式来理解这些规律。
三、原子结构与元素周期表的关系原子的物理性质和化学性质与其原子结构密切相关。
原子结构和元素周期表
1.3 氢原子的结构
4dxy 等值线图
1.3 氢原子的结构
5. 原子轨道的轮廓图
将等值线图围绕对称轴 转动，即可得到原子轨 道的轮廓图。 把波函数的等值面和正负 粗略地在直角坐标系中表 达出来，称原子轨道等值 轮廓图或简称原子轨道图
1s
1.3 氢原子的结构
5. 原子轨道的轮廓图
2px
2pz
1.3 氢原子的结构
a）Pauli原理：一个原子轨迹只能容纳自旋相反的两个电子（波函 数反对称要求）； b）能量最低原理：在不违背Pauli原理的前提下，电子优先占据低 能量轨道；（体系总能量最低） c）Hund规则：能量相同的轨道，电子尽可能自旋平行地分占； （总自旋S最大） d）Hund规则的补充规则：对能量相同的轨道，全充满，半充满时 比较稳定。（电子云呈球形）
称为原子质量单位，记为1u。
原子量为X，实际质量为多少？
1.1 原子和元素
元素的原子量：设元素A有n种同位素，第i(i=1,2,…,n)个同位素的原子 量和丰度分别为 wi 和 f i ，则元素A原子量为
wA wi f i
n i 1
丰度：第i种同位素在该元素中所占的原子数百分比 例：氧元素的原子量：15.9994 同位素 丰度 质子量
1.3.2量子数的物理意义 2.轨道角动量量子数l: 亚能级 角动量 M l (l 1)
l 0,1,2,3,...,n 1
s, p, d , f , g , h,...,
1.3 氢原子的结构
1.3.2量子数的物理意义 3.磁量子数m:伸展方向 角动量在z方向的分量
M z m m 0,1,2,...,l
轨道全充满或半充满体系能量 最低，最外层(n-1)dx-1ns1或(n1)dxns0 Cr原子Z=24，Cr:[Ar](3d)5(4s)1 Cu原子Z=29， Cu:[Ar](3d)10(4s)1
原子结构与元素周期表
科学探究（教材p14)
1. 横行 七个周期；2，8，8，18，18，32种；每一周期开头第一个元素的最外层的排布通式为ns1，结尾元素的
电子排布式为ns2np6;第一周期只有一个1s能级，其结尾元素的电子排布式为1s2，跟其他周期的结尾 元素的原子电子排布式不同。
2.纵列 ➢18个纵列； ➢除零族元素中He（2s2）与其它稀有气体ns2np6不同外，其余相等。
原子结构与元素周期表
交流讨论：
(1)什么是元素周期律 ？ (2)元素的性质包括哪些方面？ (3)元素性质周期性变化的根本原因是什么？
周期 2 3 4
一、原子结构与元素周期表
ⅠA
ⅦA
Li [He] 2s1
F [He] 2s22p5
Na [Ne]3s1
Cl [Ne]3s [Ar]4s24p5
▪ds区元素：d能级填满并且最后一个电子填充在s能级上的元素。结构特点：（n-1）d10ns1-2，包括 ⅠB族和ⅡB族。
▪f区元素：最后一个电子填充在f能级上的元素。 包括镧系和锕系。d区、ds区和f区元素称过渡元素。
再见
4. 族
元素周期表可分为7主族，7副族，0族和一个第Ⅷ族；副族元素介于s区元素（主要是金属元素）和 p区（主要是非金属）元素之间，处于由金属向非金属过渡的区域，因此，把副族元素又称为过 渡元素
5
• 这是由元素的价电子层结构和元素周期表中元素性质的递变规律决定的。同周期元素从左到右非金 属性增强，同主族从上到下非金属性减弱，结果使元素周期表右上方三角区内的元素主要呈现出非 金属性。
（1）1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 （2）[Ar]3d10 4s1 2．由下列元素在周期表中的位置，给出其原子的价电子层构型
原子结构及元素周期表
原子结构及元素周期表原子结构是指原子的组成和构造，了解原子结构对于理解元素周期表及化学反应至关重要。
本文将介绍原子结构的基本知识，并探讨元素周期表的构成和应用。
一、原子结构原子是物质的基本单位，由质子、中子和电子组成。
质子带有正电荷，中子不带电，电子带有负电荷。
原子的核心由质子和中子组成，电子绕核心运动。
原子的质量数等于质子和中子的数量之和，原子的电荷数等于质子的数量减去电子的数量。
原子中质子数和电子数相等，因此原子是电中性的。
二、元素周期表的构成元素周期表是对所有已知元素按一定规律排列的表格。
元素周期表按照原子序数（质子数）的顺序排列，将具有相似化学性质的元素放在同一垂直列中。
元素周期表的每个水平行称为一个周期，每个垂直列称为一个族。
周期表中的元素按照金属性和非金属性分成两部分，金属性元素在左侧，非金属性元素在右侧。
三、元素周期表的应用1. 元素周期表可以提供元素的基本信息。
周期表上标注了每个元素的符号、原子序数、原子质量等重要数据，这些信息对于化学实验和研究都是十分重要的参考。
2. 元素周期表可以预测元素的性质。
根据元素在周期表中所处的位置和周期表规律，可以推测元素的原子半径、电负性、离子化倾向等性质，为化学实验和反应提供指导。
3. 元素周期表有助于研究元素化合物和反应。
分析元素周期表中元素的位置和性质，可以预测元素之间的化学反应、氧化还原反应等，并进行相关实验验证。
4. 元素周期表的发展推动了新元素的发现。
周期表的存在和规律使科学家能够预测某些未被发现的元素的存在和性质，从而推动新元素的发现和研究。
总结：原子结构是指原子的组成和构造，包括质子、中子和电子。
元素周期表是对所有已知元素按照原子序数的顺序排列的表格，可以提供元素的基本信息、预测元素的性质、研究元素化合物和反应，以及推动新元素的发现和研究。
了解原子结构和元素周期表对于深入理解化学和开展科学研究具有重要意义。
【知识解析】原子结构与元素周期表
原子结构与元素周期表1 元素周期律、元素周期系和元素周期表温故（1）原子序数是按照元素核电荷数由小到大的顺序给元素编号而得到的序数。
（2）原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数注意门捷列夫提出的原子序数是按相对原子质量从小到大的顺序对元素进行编号。
（1）元素周期律①定义：元素的性质随原子的核电荷数递增发生周期性递变，这一规律叫做元素周期律。
②实质：元素性质的周期性变化是元素原子的核外电子排布周期性变化的必然结果。
（2）元素周期系①含义：元素按其原子核电荷数递增排列的序列称为元素周期系。
这个序列中的元素性质随着核电荷数的递增发生周期性的重复。
②特点注意根据元素原子核电荷数递增把元素分成若干序列，这样的排列形式必须遵循元素周期律，因而不能轻易改变，故元素周期系只有一种。
（3）元素周期表元素周期表是呈现元素周期系的表格。
元素周期系与元素周期表的关系如下：注意从1869年门捷列夫制作出历史上第一张元素周期表至今，人们根据元素周期系绘制出的元素周期表有几十种（如教材中介绍的几种形式及教材最后给出的最常见的元素周期表）。
2 构造原理与元素周期表温故元素周期表的结构（1）原子核外电子排布与周期的关系①根据构造原理得出的核外电子排布，可以解释元素周期系的基本结构。
名师提醒（1）元素周期表中每个周期包含的元素数与由构造原理得出的核外电子排布密切相关，所以构造原理及核外电子排布规律能够很好地解释许多宏观、微观的事实。
（2）各周期元素原子的核外电子排布都是从n s1开始、以n p6结束（第一周期除外），中间按照构造原理依次排满各能级。
（3）第四、五周期的元素数均为18，原因是电子在排满该层的s能级后，电子依次进入次外层的d能级（最多可容纳10个电子），当d能级排满后，电子再进入p能级。
同理可解释第六、七周期的元素数均为32，镧系和锕系中的14种元素即倒数第三层f能级所能容纳的最多电子数。
（4）构造原理解释了副族、第Ⅷ族元素都是金属元素及它们的最外层电子数不超过2，即为n s1～2（Pd例外），主族元素原子的价层电子即最外层电子，而副族和第Ⅷ族元素原子的价层电子包括最外层电子、次外层d能级的电子、甚至倒数第三层f能级的电子。
第1课时 原子结构与元素周期表
第二节原子结构与元素的性质第1课时原子结构与元素周期表[素养发展目标]1．认识元素周期表的多样化，促进学生对元素周期系本质的理解。
2．通过辨识原子结构及价层电子排布与元素在周期表中的位置之间的关系，形成“结构决定性质”的观念。
知识点一元素周期系与元素周期表1．元素周期律、元素周期系和元素周期表元素周期律表述为元素的性质随元素原子的核电荷数递增发生周期性递变。
元素周期系是元素按其原子核电荷数递增排列的序列。
元素周期系只有一个，元素周期表多种多样。
2．构造原理与元素周期表根据构造原理得出的核外电子排布，可以解释元素周期系的基本结构。
周期新增电子填入能级顺序从开始到结束递增的核电荷数(或电子数)周期中所含元素种数一1s 2 2二2s→2p 8 8三3s→3p 8 8四4s→3d→4p 18 18五5s→4d→5p 18 18六6s→4f→5d→6p 32 32七7s→5f→6d→7p 32 32(1)主族元素的价层电子排布式、价层电子数列数 1 2 13 14 15 16 17 族序数ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 价层电子排布式n s1n s2n s2n p1n s2n p2n s2n p3n s2n p4n s2n p5价层电子数 1 2 3 4 5 6 7 结论：对于主族元素，价层电子数与族序数相同。
(2)副族元素的价层电子排布式、价层电子数(以第四周期为例)列数 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 副族元素21Sc 22Ti 23V 24Cr 25Mn 26Fe 27Co 28Ni 29Cu 30Zn族序数ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB ⅧⅠB ⅡB 价层电子排布式3d14s23d24s23d34s23d54s13d54s23d64s23d74s23d84s23d104s13d104s1价层电子数3 4 5 6 7 8 9 10 11 12结论：第ⅢB～ⅦB族元素的价层电子数与族序数相同，第ⅠB族、ⅡB族元素的价层电子数与族序数不同，第Ⅷ族元素的价层电子数与族序数有的相同、有的不同。
现代基础化学 第 1 章
钻穿效应
按量子力学观点，电子可以出现在原子内任何位置。因 此，最外层电子也可以深入电子壳层内部，更靠近核，这种 本领称之为钻穿。钻穿的结果降低了其它电子对它的屏蔽作 用，起到了增加有效核电荷降低轨道能量的作用，从而产生 能级交错现象。
钻穿效应可由径向分布函数加以说明
4s能量平均化
E3d > E4s
z
x
s, p, d 原子轨道的角度分布剖面图
注意： (1)极值方向 (2)节面，在此平面上
Y=0
s, p, d 电子云的角度分布剖面图
注意： (1)极值方向 (2)节面，在此平面上
Y2=0
y
原子轨道和电子云的角度分布图比较
电子云图
图形
瘦（Y2）
图形符号 均为正
原子轨道图 胖（Y） 有正负
电子云的模型
c. 代表层次：
n值 n 值代号
1 2 3 4 5… K L M N O…
d. 决定电子能量的高低：
n值越大，电子能量越高。
1.2.2 电子的运动状态
4、四个量子数
（2）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 的电子亚层。
b. 取值范围：l 可取 0 ~ n-1之间的整数
大科学家牛顿
1.2.1 电子运动的特性
1、波粒二象性
1905年，爱因斯坦用光 子理论成功地解释了光电 效应，提出光既有粒子性， 又有波动性，即光具有波 粒二象性。
大科学家爱因斯坦
1.2.1 电子运动的特性
法国物理学家德布罗依
1、波粒二象性
1924年，法国物理学家 德布罗依受到光具有波粒 二象性的启发，提出了电 子等实物粒子也具有波粒 二象性的假设。该假设在 1927年被电子衍射实验所 证实。
原子结构与元素周期表
原子结构与元素周期表在我们的日常生活中，我们常常听到“原子”和“元素周期表”这些词汇，它们是化学学科中非常重要的概念。
本文将深入探讨原子结构，介绍元素周期表的基本知识，并探讨它们之间的关系。
一、原子结构原子是物质的基本单位，是构成物质的最小单元。
原子由质子、中子和电子组成。
质子带有正电荷，中子不带电荷，电子带有负电荷。
质子和中子构成原子的核心，而电子则绕着核心的轨道运动。
原子的核心中的质子数量称为原子核电荷数，记作Z。
原子核电荷数决定了原子的化学性质。
而核心中的质子和中子的总数称为原子的质量数，记作A。
原子的质量数取决于核中质子和中子的数量。
一个基本的原子结构可以用符号表示为A-Z，其中A为质量数，Z 为原子核电荷数。
例如，氢（H）原子的符号为1-1，即质量数为1，原子核电荷数为1。
二、元素周期表的组成元素周期表是一种以元素的化学性质为基础的分类表。
它按照化学性质和原子结构将元素进行分类。
元素周期表的基本构成包括元素符号、元素原子序数、元素原子质量三个要素。
1. 元素符号：元素符号是用来代表元素的独特标记。
例如，氢元素的符号是H，氧元素的符号是O。
元素符号通常由拉丁文的元素名称的第一个或前两个字母组成。
2. 元素原子序数：元素原子序数是元素周期表中元素的主要顺序标识，也被称为元素的序号。
原子序数通常用字母Z表示。
元素周期表中元素按照原子序数的递增顺序排列。
3. 元素原子质量：元素原子质量是元素原子的质量数。
它代表了元素原子相对于碳-12同位素的质量。
元素原子质量通常以A标记。
三、原子结构与元素周期表的关系元素周期表的排列是根据元素原子的结构和化学性质进行的。
原子的结构决定了元素的化学性质，在元素周期表中，由于原子结构的相似性，具有相似性质的元素会被排列在同一列中。
例如，在元素周期表的第一周期中，只有两个元素氢和氦。
这是因为氢和氦的原子结构类似，都只有一个电子在最外层轨道。
由于原子结构的相似性，它们具有相似的化学性质。
原子结构和元素周期系
•磁量子数 mi=0，1，2，3，……， li，共可取(2li+1)个数值。
三个量子数旳组合方式决定了波函数旳体现式。 每一组（n ，li ，m） 相应于一种波函数(n，li，m) ， 并称之为原子轨道。
n相同旳原子轨道归为一种主层。 如，n=1，第一主层，有一种原子轨道；
第1章 原子构造
1.1 核外电子旳运动状态 1.2 原子核外电子排布和元素周期系 1.3 原子构造与元素旳性质
1.1.1氢原子光谱和玻尔模型
1.连续光谱——连续分布旳带状光谱。 如白光经分光镜后得到旳光谱
2.氢原子光谱
紫外区 H∞
可见光区
Hδ
Hγ
Hβ
λ /nm
364.6
397.0 410.2 434.0 486.1
（3）图中旳正、负号不是指电荷旳正、负号，而是 代表了原子轨道旳对称性。
3.概率密度与电子云 （1）概率密度 电子在核外空间某处单位体积内出现旳概率， 称为概率密度。
概率=概率密度 体积
概率密度和||2成正比旳。 可用||2来表达概率密度旳大小。
（2） 电子云 用小黑点图来形象地描述原子核外电子运动旳
n=2，第二主层，有4个原子轨道……
n， li值相同旳原子轨道归为一种亚层。 如，1s亚层，1个轨道；
2p亚层，3个轨道； 3d亚层，5个轨道……
三个量子数组合允许旳状态
n
li
m
1
0
0
2
0
0
2
1 +1
2
1
0
2
1 -1
3
0
0
3
1 +1
原子结构和元素周期表
知电子的质量为9.11 10-28g)
解：普朗克常数h= 6.626 10-34J.s，而1J=1kg.m2.s-2
用(1-4)式：（运算时注意量纲）
m h v (9 6 .1 .1 1 6 1 2 0 2 g 8 3 0 )6 4 5 ( 1 .9 3 0 g 7 1 m 6 2 m 0 s s 1 1 )
pz轨道的角度分布。图6
（2）电子云的角度分布图 电子云是电子在核外空间出现的概率密
度分布的形象化描述，而概率密度的大小可用| |2来表示，因此以| |2
作图，可以得到电子云的图像。电子云的角度分布图和相应的原子轨道
的角度分布图之间主要区别有两点： 由于Y<1，因此Y2一定小于Y，
因而电子云的角度分布图要比原子轨道角度分布图“瘦”些； 原子
(r,,) = R ( r) () ()
(4)
其中R是电子离核距离r的函数， 、 则分别是角度 和的函数。解 薛定锷方程就是分别求得此三个函数的解，再将三者相乘，就得到波函数。
通常把与角度有关的两个函数合并为Y (,)，则：
(r,,) = R ( r) Y(,)
(5)
R ( r)称为波函数的径向部分， Y(,) 称为波函数的角度部分。
（1）在原子中，电子只能沿着符合于一定条件的轨道旋转。
（2）电子在不同轨道上旋转时可具有不同的能量，电子运动时所处 能量状态称能级。电子的能量是量子化的。
E B n2
上式中n称为量子数，B的值为2.1810-18J。
（3）只有当电子从某一轨道跃迁到另一轨道时，才有能量的吸收或
放出。
E2-E1= E=hv
对它的 = 1.00。
.
11
根据屏蔽效应计算出的有效核电荷，可以很好地解释能级交错现象。我 们知道钾原子的电子层结构是： 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 ，而不是1s2 2s22p6 3s23p63d1，即在钾原子中，4s的能级低于3d，能级是交错的。现在我们根 据屏蔽效应来计算有效核电荷，看一看4s的能量是否低于3d：
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➢ 以原子质量单位u为单位的某核素一个原子的质量称为该 核素的原子质量，简称原子质量；
德谟克利特 留基伯
原子猜测：物质均由原子组成，原子之间存在虚空； 原子不可再分；原子永远运动；原子的种类和数目无 限，其大小和形状不同。
希腊哲学家 470-400 BC
爱尔兰化学家 1627-1691
瑞士物理学家 1707-1783
6
原子结构的认识历史
玻尔
原子结构的量子力学理论…… (1920～)。
2
本章要求:
初步了解原子核外电子运动的近代概念、原子能级、波粒 二象性、原子轨道（波函数）和电子云概念；--难点 了解四个量子数对核外电子运动状态的描述，掌握四个量 子数(n, l, m, ms)的物理意义、取值范围； --重点 熟悉 s、p、d 原子轨道的形状和方向； 理解原子结构的近似能级图，掌握原子核外电子排布的一 般规则和 s、p、d、f 区元素的原子结构特点；--重点 会从原子的电子层结构了解元素性质，熟悉原子半径、电 离能、电子亲合能和电负性的周期性变化。
O ➢ 表示方法：16
➢ 分类：稳定同位素 放射性同位素：天然、人造
➢某元素的各种天然同位素的分数组成（原子百分比） 称为 同位素丰度。
14
1.2.3 原子的质量
微粒 质子 中子 电子
质量（g） 1.6726491 10-24 1.6749547 10-24 9.109537 10-28
质量（u） 1.0073 1.0087 0.00054858
3
1-1 道尔顿原子论 Dalton’s Atomic Theory
4
什么是原子？
➢ 原子的定义？ 化学变化中的最小微粒。 The smallest particle of an element that maintains its chemical identity through all chemical and physical changes.
意大利化学家 1776-1856
英国物理学家 1856-1940 1906：Nobel Prize in Physics 7位学生、儿子
英国物理学家 1871-1937 1908：Nobel
Prize in Chemistry
7
道尔顿原子论
➢ 元素由无限小的不可分割的微粒-原子-组成； ➢ 某一给定元素的原子具有特定的大小、质量等性质； ➢ 原子不可创造、再分割或转变为其它元素的原子； ➢ 不同元素的原子以简单整数比互相结合形成化合物； ➢ 化学反应中，原子进行结合、分离或重组； ➢ 某一给定化合物中原子的种类和相对数量是固定的。 *Note: The term “atom” comes from the Greek language and means “not divided” or “indivisible.”
玻尔原子模型…… (1913)。
卢瑟福
有核原子模型：带正电的连续体是一个非常小 的核，负电子受核吸引在核外运动 (1911)。
汤姆逊
发现电子，提出原子结构模型：由带正电的连 续体和在其内部运动的负电子构成 (1897)。
阿伏伽德罗
分子论：首次区分了原子和分子，提出气体由分子组 成，分子由原子组成 (1811)。
Chapter 1 原子结构与元素周期系
Structure of atoms and peroidicity
目录
1.1 道尔顿原子论 1.2 相对原子质量 1.3 原子的起源和演化 *1.4 原子结构的玻尔行星模型 *1.5 氢原子结构的量子力学模型 *1.6 基态原子电子组态(电子排布) *1.7 元素周期系 *1.8 元素周期性
K. W. Whitten, R. E. Davis, L. M. Peck, General Chemistry, 7th Ed., 2003
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原子结构的认识历史
道尔顿
化学原子论
尤拉
自然界存在多少种原子，就存在多少 种元素。
波意尔
化学元素是用物理方法不能再分解的最基本的 物质组分，化学相互作用通过最小微粒进行， 一切元素均由这些最小微粒组成。
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道尔顿原子论
英国化学家 1766-1844
The first “modern” ideas about the existence and nature of atoms based on reproducible experimental results of measurements by many scientists.
➢表示方法： 质子数 8
➢ 原子核稳定的核素称为稳定核素，原子核不稳定的核素称 为放射性核素。 放射性核素 其它核素
➢ 一种元素可以有一种或多种核素，只有一种稳定核素的称 为单核素元素；具有多种稳定核素的称为多核素元素。
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1.2.2 核素、同位素和同位素丰度
➢ 具有相同核电荷数、不同中子数的核素属于同种元素，在 元素周期表里占据同一个位置，互称同位素（Isotope）。 三同：质子数、电子数、周期表中位置 二不同：中子数、质量数
电子 (Electron, e) 9.109537 10-28
电荷 1+ 0 1-
111.2ຫໍສະໝຸດ 1 元素、原子序数和元素符号➢ 具有一定核电荷数（等于核内质子数）的原子称为一种（ 化学）元素 （Element）。
➢ 按（化学）元素的核电荷数进行排序，所得序号叫做原子 序数（Atomic number, Z）。
➢ 每一种元素有一个用拉丁字母表达的符号，称为元素符号 （Atomic symbol）。在不同场合，元素符号可以代表一种 元素，或者该元素的一个原子，也可代表该元素的1摩尔 原子。
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1.2.2 核素、同位素和同位素丰度
➢ 具有一定质子数和一定中子数的原子称为一种核素（ Nuclide）。
O 质量数 16
A New System of Chemical Philosophy, 1808.
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1-2 相对原子质量（原子量） Relative Atomic Mass
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基本微粒
➢ 基本微粒：组成原子的基本构筑单元
微粒
质量（g）
质子 (Proton, p) 1.6726491 10-24
中子 (Neutron, n) 1.6749547 10-24