元素化学概述

37Rb54Xe
18
6 6s124f 114 5d1106p16 55Cs86Rn
32
7 7s12 5f 1146d110 7p16 87Fr118号元素 32
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目前人们常用的是长式周期表,它将元素分为7个 周期。
核外电子排布的周期性变化使得元素性质呈现周期
性的规律，即元素周期律；
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二、元素周期系S区元素
ⅠA、ⅡA元素，碱金属与碱土金属
ds区元素
1.价氧单L元i、电化质素B子态为周e形构：最f期区+成型活1表元共：泼、素价金n+s2Ⅲ全素1型属；~2A部。；（，～非价少化Ⅷ金电数合A属子共物P元区和构价大素Ⅰ价与元部型型多，B电d素分：区）为、除子金n元；离ⅡHs构2属素子外nB型p元元一型的1~：6素起，(，n统共1称)d6过1个0n渡元s1元~素2 素；
屏蔽效应的大小可用斯莱脱(Slater)规则计算得出的屏蔽常数i 表示。i为除被屏蔽电子以外的其余电子对被屏蔽电子的屏蔽常 数之和， i = 。
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屏蔽常数的计算 ——Slater规则
A.轨道分组： (1s),(2s2p),(3s3p),(3d),(4s4p),(4d),(4f),(5s5p)
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元素的基态原子最外层电子的n值即为元素所在周 期数；
如 26Fe[Ar]3d64s2为第四周期元素； 47Ag[Kr]4d105s1为第五周期元素。
各周期元素总和等于相应能级组中原子轨道所能容
纳的电子总数。
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(2) 价电子构型与周期表中族的划分
价电子构型
价电子是原子发生化学反应时易参与形成化学键的电子， 相应的电子排布即为价电子构型。
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(3)价电子构型与元素分区
IA
ⅡA
s区 ⅢB ns12 活泼 金属
ⅦB Ⅷ
d区 (n1)d19ns12
全为金属 呈多变氧化态
0
ⅢA ⅦA
ⅠB ⅡB
ds区 (n1)d10
ns12 介于 dp间
非金属 p区
ns2np16 金属
La系 Ac系
f区(n2)f014 (n1)d02 ns2 全为金属，Ac系为放射性元素
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3 原子性质的周期性
(1)有效核电荷(Z) 屏蔽效应 多电子原子中，电子不仅受到原子核的吸引，还受到
其他电子的排斥。这种其他电子对指定电子的排斥作用可看成是 抵消部分核电荷的作用，从而削弱了核电荷对指定电子的吸引力， 使作用在指定电子上的有效核电荷下降。这种抵消部分核电荷的 作用叫屏蔽效应。
其中ⅧA(即0族) 元素为稀有气体，价电子构型为ns2np6(除
He)，为8电子稳定结构，根据洪特规则的补充，全满电子构型
特别稳定。
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副族元素
ⅢBⅧB(Ⅷ)族 + ⅠBⅡB共10列，其中Ⅷ 族有3列 。副 族元素也称过渡元素(同一周期从s区向p区过渡)。
ⅠBⅡB最后一个电子填入ns轨道
La系和Ac系元素，又称内 过渡元素；价电子构型：
(n2)f014 (n1)d02 ns2
全元为 素金属，Ac系为放射性ⅢB～ⅧB元素d，区全元部素为金属元素， 分三个过渡系列；
价电子构型:(n1)d1~8ns1~2 (除Pd、Pt)
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2.原子的电子层结构 与元素周期律
(1)能级组与周期的关系
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Question
例：试计算21Sc的E3d和E4s，确定21Sc在失电子时是先失3d 电子还是4s电子。
解： 21Sc的电子结构式为：1s22s22p63s23p63d14s2
根据前例已知 4s= 3d = 18.0 Z3d = Z i =2118.0 =3.0
Z4s=2118.0 =3.0 E3d= 2.1791018(3.0/3.0)2J= 2.21018J E4s= 2.1791018(3.0/3.7)2J= 1.41018J 由于此时E4s E3d，所以21Sc原子在失电子时先失去4s电子， 过渡金属原子在失电子时都是先失去4s电子再失3d电子的。
而在填满d10后， (n1)层为18电子全满，屏蔽效应较大， Z*略(Cu) 同一族：从上下， Z明显， Z* 不明显；如 Li Na K Rb
原因：增加一个满电子层，屏蔽作用很强。 1.3 2.2 2.2 3.7 由于Z* 的周期性变化，引起原子半径、电离能、电子亲和能、电负 性等的周期性变化。
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族数=最外层电子数 ⅢBⅦB最后一个电子填入(n1)d轨道
族数=最外层电子数+ (n1)d电子数 Ⅷ族较特殊，有三个列，共9个元素。
Fe Co Ni 为铁系元素
Ru Rh Pd Os Ir Pt
铂系元素
La系和Ac系元素 也称内过渡元素。第六周期ⅢB位置从
57La到71Lu共15个元素称镧系元素，用符号Ln表示；第七周期 ⅢB位置从89Ac到103Lr共15个元素称锕系元素，用符号An表 示。它们的最后一个电子填入倒数第三层(n2)f。
Cl
3.60
C
0.10
Sr
2.64
Mn
0.09
w/% 0.08 0.05 0.05 0.045 0.04
元素 O C H N
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人体中一些元素的含量（质量分数）
w/%
元素
w/%
元素
65
Ca
2
Na
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P源自文库
1
Cl
10
K
0.35
Mg
3
S
0.25
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w/% 0.15 0.15 0.05
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2.元素的分类
周期 周期名称 能级组
电子填充次序
元素
元素 个数
1 特短周期 2 短周期 3 短周期 4 长周期 5 长周期 6 特长周期 7 特周期
1 1s12
1H 2He
2
2 2s12 2p16
3Li 10Ne
8
3 3s12 3p16
11Na 18Ar
8
4 4s12 3d1104p16
19K36Kr
18
5 5s12 4d1105p16
元素化学概述
一、概述
2010年4月7日报道了俄罗斯杜布纳联合核研究所与国际 科研小组成功合成了一种拥有117个质子的新元素，科学家 们一直在苦苦寻找的第117号元素(ununseptium)，这将填补目 前已被发现的第116号和118号元素之间缺失的“一环”，从 而使元素周期表中的未完全周期第七周期成为完全周期，使 元素周期表中的元素达到118种。
习惯上按元素在地壳中的分布将元素分为普通元素与稀 有元素，之间没有绝对明确的界限。所谓稀有元素，一般指 在自然界中含量少或发现晚、或研究少、提炼难以致应用晚 的元素。
轻稀有金属 高熔点稀有金属 分散稀有元素 稀有气体 稀土金属 铂系元素 放射性稀有元素
稀 有元 素分 类
Li , Ru , Cs , Be Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,W,Re Ga,In,Tl,Ge,Se,Te He,Ne,Ar,Kr,Xe,Rn Sc,Y,La及La系元素 Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt(加Ag,Au又称贵金属) Tc,Po,At,Rn,Fr,Ra,Ac及Ac系元素及Ac系后人造元素
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Z*确定后，就能计算多电子原子中各轨道的近似
能量。
在同一原子中，
当轨道角动量量子数l相同时，主量子数n值愈大，
相应的轨道能量愈高。因而有
E1sE2sE3s； E2pE3pE4p； E3dE4dE5d； E4f E5f 。 当主量子数n相同时，随着轨道角动量量子数l的增
地壳 地球表面下16km厚的岩石层称为地壳。有时也包括水圈
和大气圈，前者质量为1.21021kg，占地壳总质量的6.91%，后 者质量为5.11018kg，占地壳总质量的0.03%。
丰度 化学元素在地壳中的含量称丰度，以质量分数表示的称
质量Clarke值。
地壳中含量最高的元素是O，其次是Si，两者占地壳75%。 O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg 8种元素占99%以上。
1s22s22p63s23p64s1
Z3d=19(181.00)=1.0 Z4s=19(101.00+80.85)=2.2 E3d= 2.1791018J(1.00/3.0)2= 0.241018J E4s= 2.1791018J(2.2/3.7)2= 0.771018J 由于E4s E3d ，根据能量最低原理，19K原子最后一个电子应填 入4s轨道，所以19K的电子结构式为1s22s22p63s23p64s1。
位于被屏蔽电子右边各组对屏蔽电子的屏蔽常数 =0，即近似
看作对该电子无屏蔽作用；
B.按上面分组，同组电子间 = 0.35(1s组例外， =0.3)； C.对(ns)(np)组的电子，(n1)层的电子对其的屏蔽常数 =0.85，
(n2)电子层及更内层对其的屏蔽常数 =1.00； D.对nd或nf组的电子，左边各组电子对其的屏蔽常数 =1.00。
人体中约含30多种元素，其中11种常见元素约占99.95%， 其余为微量元素与超微量元素。
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元素 O Si Al Fe Ca Na
地壳中一些元素的丰度（质量Clarke值）
w/%
元素
w/%
元素
47.2
K
2.60
P
27.6
Mg
2.10
S
8.80
Ti
0.60
Ba
5.1
H
(0.15)
大，相应轨道的能量也随之升高。因而有
Ens Enp End Enf (钻穿效应) 当主量子数n与轨道角动量量子数l均不相同时，应
求出Z*再求出Ei，所以有能级交叉现象，如E4s 与E3d 。
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有效核电荷的周期性变化 (最外层电子的Z* )
第三周期 Na Mg Al
Z* 3.00 3.00 2.85 2.85 2.85 2.85 2.85 3.00 2.85 2.85 2.85 2.85 2.85 2.85 3.00
同一周期：对短周期，电子填入同一层， Z1，0.35, Z*0.65
所以从左右，Z*；
对长周期，电子填入(n1)层， Z1，0.85, Z*不明显；
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Question
例 计算21Sc的4s电子和3d电子的屏蔽常数i 。
解： 21Sc的电子构型为1s22s22p63s23p63d14s2 分组： (1s)2(2s2p)8(3s3p)8(3d)1(4s)2
4s= 101.00 + 90.85 + 10.35 =18.00 3d= 181.00 =18.00
Si
P
S
Cl
Z*
2.20 2.85 3.50 4.15 4.80 5.45 6.10
第一过渡系 Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
Z*
3.00 3.15 3.30 2.95 3.60 3.75 3.90 4.05 3.70 4.35
镧系 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
主族元素
价电子构型 = 最外层电子构型(nsnp)；
副族元素
价电子构型 = (n2)f (n1)d nsnp
主族元素
I AⅧA(即0族)：元素的最后一个电子填入ns或np亚层，
价电子总数等于族数。
如元素7N，电子结构式为1s22s22p3，最后一个电子填入2p 亚层，价电子总数为5，因而是VA元素。
n
1
23 4 5 6
n* 1.0 2.0 3.0 3.7 4.0 4.2
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Question
例：试确定19K的最后一个电子是填在3d还是4s轨道？ 解：若最后一个电子是填在3d轨道，则K原子的电子结构式为
1s22s22p63s23p63d1
若最后一个电子是填在4s轨道，则K原子的电子结构式为
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元素 化学
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有效核电荷
核电荷数(Z)减去屏蔽常数(i)得到有效核电荷(Z)： Z = Z i
多电子原子中，每个电子不但受其他电子的屏蔽，而且也对其他
电子产生屏蔽作用。电子的轨道能量可按下式估算：
Ei
2.179
10
18
(
Z n
)2
J
Z*：作用在某一电子上的有效核电荷数； n* ：该电子的有效主量子数， 与主量子数n有关：
所谓元素化学就是周期系中各元素的单质及其化合物的 化学。元素化学是无机化学的中心内容，主要讨论元素及其 化合物的存在、性质、结构、制备和用途。
随着现代化学理论的不断发展与完善，为学习元素化学 提供了基本理论与系统，学习元素化学要结合化学反应的一 般原理与物质结构的原理。
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元素 化学
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1.元素的丰度