原子的结构与性质
化学元素的原子结构与性质
化学元素的原子结构与性质化学元素是构成物质的基本单位，每个元素都有独特的原子结构和性质。
了解元素的原子结构对于理解元素性质和化学反应至关重要。
本文将介绍化学元素的原子结构和性质，并探讨二者之间的关系。
一、原子结构化学元素的原子由原子核和围绕核运动的电子构成。
原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，中子不带电。
原子核带有正电荷，而电子带有负电荷，这种相反电荷之间的吸引力维持着电子围绕原子核运动。
原子的质子数决定了元素的原子序数，也称为元素的核电荷数。
原子中的电子以能级或轨道的形式存在。
每个能级具有一定数量的子壳，而每个子壳又包含一定数量的轨道。
每个轨道最多可以容纳一对电子，且电子在同一个轨道上自旋方向相同。
轨道按照能级从低到高排列，分为K、L、M、N等不同的字母表示。
二、元素性质不同元素的原子结构导致了它们的性质差异。
元素的性质可以分为物理性质和化学性质。
1. 物理性质物理性质是指物质不发生化学变化时所表现出的性质。
这些性质主要包括颜色、硬度、密度、熔点、沸点等。
例如，金属元素通常具有良好的导电性和导热性，这与它们具有自由电子和紧密排列的结构有关。
2. 化学性质化学性质是指物质与其他物质发生化学反应时所表现出的性质。
元素的化学性质主要取决于其原子结构中的电子配置。
原子的外层轨道电子数目决定了元素的化学反应活性。
一般来说，内层电子较稳定，不易被其他原子接触，而外层电子较活跃，容易参与化学反应。
三、原子结构与性质的关系元素的原子结构决定了元素的性质，这正是因为不同元素具有不同的原子结构，才能体现出它们独特的性质。
1. 周期表和元素性质元素周期表是一种将元素按原子序数和电子结构排列的方式。
通过周期表的布局，我们可以观察到一些明显的规律，例如，元素的周期性重复性质。
这是因为周期表中的元素具有相似的电子配置，导致它们具有类似的化学性质。
2. 价电子和化学反应价电子是指原子最外层轨道上的电子，也是参与元素化学反应的主要电子。
帮助学生理解原子与核的结构与性质
帮助学生理解原子与核的结构与性质原子与核的结构与性质原子与核是物质世界的基本组成部分，它们的结构与性质对于学生理解化学、物理等科学知识至关重要。
本文将从原子与核的结构、原子的性质、核的性质等方面进行探讨，以帮助学生深入理解这一重要概念。
一、原子的结构原子是物质的基本单位，由原子核和电子壳层构成。
原子核位于原子的中心，由质子和中子组成。
质子带有正电荷，中子不带电荷。
电子壳层围绕原子核运动，电子带有负电荷，平衡了原子核的正电荷。
在原子结构中，质子和中子集中在原子核中，而电子则围绕核运动。
原子核带有正电荷，而整体原子带有零净电荷。
二、原子的性质原子的性质包括原子半径、原子质量、原子的化学性质等。
1. 原子半径: 原子半径指的是原子核与最外层电子轨道的距离。
原子半径主要由原子核的质子数以及电子的排布方式决定。
原子半径随着电子层次增加而增加，同一周期内，原子半径由左至右逐渐减小。
2. 原子质量: 原子质量由原子核中质子数和中子数之和决定。
质子和中子的相对质量均为1，而电子的质量可忽略不计。
原子质量主要用来标识不同元素。
3. 原子的化学性质: 原子的化学性质取决于原子核中的质子和不同电子层次之间的电子结构。
电子层次的不同排布方式决定了元素的化学性质，例如反应活性和元素化合价等。
三、核的结构与性质核是原子的重要组成部分，它决定了原子的质量、核能等重要性质。
1. 核子: 核子是原子核中的基本组成单位，包括质子和中子。
核子质量相对较大，质子带有正电荷，中子不带电。
质子数目决定了元素的种类，即不同元素的原子核中质子数不同。
2. 质子数与核能: 核能是核结构的重要性质，与核中的质子数密切相关。
在同位素中，质子数增加，核能增大。
3. 同位素与同位素变化: 同位素指的是原子核中质子数相同、中子数不同的核种。
同位素变化包括α衰变、β衰变和γ射线等，这些变化反映了原子核的不稳定性。
四、原子核与放射性放射性是原子核的一种特殊性质，放射性元素的核能不稳定，会自发地发生核衰变过程，放出辐射。
第1讲 原子结构与性质
三原理一规则
最大容纳原理 能量最低原理 泡利原理 洪特规则
1）最大容纳原理：每个电子层最多容纳2n2个电子。
(2)能量最低原理 ①原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于 最低状态。 ②基态原子： 处于最低能量的原子 。当基态原子 吸收 能 量后，电子会 跃迁到较高能级 ，变成 激发态 (3)泡利原理 一个原子轨道最多容纳 2 个电子，而且 自旋状态 相反。 (4)洪特规则 当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子 总是优先 单独占据一个轨道 ，而且 自旋状态 相同。 原子。
意义
决定元素的种类 决定同位素和质量数 价电子决定元素化性
质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N) 原子： 质子数=核电荷数=原子序数=核外电子数
(1) 重 要 的 等 式
阳离子：质子数=核外电子数+离子所带电荷数 阴离子：质子数=核外电子数-离子所带电荷数
例1（99）“铱星”计划中的铱的一种同位素是 191 Ir其核内中子数是 B 77 A. 77 B. 114 C. 191 D. 268
元素原子核外电子总数比A元素原子核外电子总数多5
个，则A、B两元素形成的化合物可表示为(
A. A3B2 B.A2B3 C.AB3
B
)
D.AB2
例2.设X、Y、Z代表三种元素，已知：
① X+和Y-两种离子具有相同的电子层结构 ② Z元素原子核内质子数比Y元素原子核内质子数少9个 ③ Y和Z两种元素可以形成4核42个电子的负一价阴离子 据此，请填空： （1）元素Y是
Cr：1s22s22p63s23p63d44s2(×) 例如： Cr：1s22s22p63s23p63d54s1(√) Cu：1s22s22p63s23p63d94s2(×) Cu：1s22s22p63s23p63d104s1(√)
原子与分子的结构与性质
原子与分子的结构与性质原子与分子是构成物质的最基本单位，在化学和物理学中扮演着重要的角色。
他们的结构以及性质对于了解物质的本质、化学反应以及材料科学等方面都有着至关重要的影响。
本文将通过介绍原子与分子的结构和性质来探讨它们在科学研究和实际生活中的重要性。
一、原子的结构与性质1.1 原子的组成原子是构成物质的最小单位，由带正电荷的质子、不带电荷的中子以及带负电荷的电子组成。
质子和中子聚集在原子的中心，形成了原子核，而电子则环绕在原子核外层。
1.2 原子的结构模型原子的结构模型可以追溯到希腊时代的“质点模型”，但最为广泛接受的原子结构是由尼尔斯·玻尔提出的“波尔模型”。
波尔模型认为电子绕原子核转动的轨道是固定的，且电子能量是量子化的。
这个模型成功地解释了氢原子光谱等实验现象，并奠定了量子力学的基础。
1.3 原子的性质原子的性质主要通过其原子核和电子的特性来决定。
质子和中子的数量决定了原子的质量数，而电子的数量决定了原子的电荷性质。
不同原子的质子和中子的数量不同，因此原子的质量也不同。
电子在原子核周围的运动轨道也不同，这导致了不同元素的化学性质的差异。
二、分子的结构与性质2.1 分子的组成分子是由两个或多个原子以共用或共享电子的方式结合而成的。
在分子中，原子通过化学键相互连接，形成了复杂的结构。
2.2 分子结构的确定分子结构的确定是化学研究的重要内容之一。
通过实验技术如X射线晶体学、核磁共振等，科学家可以决定分子中各个原子的相对位置和空间排列。
这对于了解分子的性质和功能至关重要。
2.3 分子的性质分子的性质主要由其组成原子和化学键的特性所决定。
分子的大小、形状、化学键的类型等都会影响分子的性质。
分子的性质与其所在的化学物质有关，不同的分子之间会发生化学反应，形成新的物质。
三、原子与分子的应用3.1 化学反应原子与分子是理解化学反应过程的基础。
在化学反应中，原子和分子之间的化学键会被打破和形成，从而导致物质的转化。
原子的结构和性质
0
14
2.1.2 分离变量法求解薛定谔方程
运用分离法变量法使ψ( r, θ, φ)变成只 含一种变数的函数R(r)、Θ(θ)和Φ(φ)的乘积:
r,, Rr
15
sin2 (r2 R ) sin (sin )
R r r
2mr 2sin 2
2
E
Ze2 40 r
1
2 2
D = r2R2n,l(r)
41
2.3.2 原子轨道的径向部分与电子云 的径向部分
原子轨道的态函数形式非常复杂, 表达成图形才便于讨论化学问题。
42
作图对象重要涉及： (1) 态函数 (即轨道)和电子云；
(2) 完全图形和部分图形； 完全图形有: 态函数图：ψ(r,θ,φ) 电子云图：|ψ(r,θ,φ)|2
9
类氢原子的薛定谔方程：
哈密顿算符： H
2
2
ze2
2m
4 0 r
2
2 x2
2 y 2
2 z 2
薛定谔方程表达式：
2 2 2m
ze2
4 0
r
E
r x2 y2 z2
10
11
通过坐标变换，将 Laplace算符从直角坐 标系(x, y, z)换成球坐 标系(r, θ, ф):
2
1 r2
21
2.1.4 类氢原子的态函数
1.态函数表达式：
n,l,m r, , Rn,l r l,m m
令： Yl,m ( ,) l,m ( ) m ()
则： n,l,m Rn,l (r) Yl,m ( , )
22
Rn,l (r) : 径向态函数
Yl,m ( ,) : 角度态函数
原子的结构与性质
原子的结构与性质原子是构成所有物质的基本单位，也是化学研究的基础。
原子是由质子、中子和电子构成的，每个原子的质子数是固定的，称作原子序数。
但是中子数可变，同种元素的原子的质子数相同，但中子数不同，称为同位素。
原子的电子数也可以变化，同种元素的原子在电子数不同的情况下具有不同的化学性质。
原子的结构先来说说原子的基本结构。
原子由中心的原子核和绕核运动的电子构成。
原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，中子无电荷。
电子带负电荷，它们在原子核周围高速运动，形成电子壳层。
原子核直径约为10^-15米，它带有正电荷，故原子是带正电荷的。
核内的质子和中子是稳定的，因为它们彼此之间的相互作用力变化不大。
电子壳层数量的不同会对原子性质产生明显的影响。
原子的第一层最多容纳2个电子，第二层最多容纳8个电子。
这意味着带一定电子数的不同元素具有不同的化学性质。
例如，氢原子只有一个电子，因此它比较容易失去电子成为正离子；又例如，氧原子由8个电子构成，因此它比较容易接受两个电子成为负离子。
原子的性质原子的性质涉及它们化学和物理方面的各种特征。
其中一些是：化学性质原子的化学性质包括其倾向于接受、捐赠或共享电子的方式。
这对于它们在化学反应中的行为非常重要。
元素周期表列出了元素的化学性质。
例如，氧原子是高度电负的，也就是它更倾向于吸收电子；另一方面，金属元素如铜和铁更倾向于捐赠电子。
物理性质原子的物理性质包括原子的质量、大小、密度和熔点等。
这些性质主要受到原子核和电子互相作用的影响。
原子的重量原子的重量可以通过原子质量或相对原子质量来表示。
原子质量等于原子核内质子和中子的质量之和，相对原子质量等于元素的原子质量与碳-12相对的比率。
例如，氧-16的原子质量为15.995 u，相对原子质量为16 u。
同位素可以有不同的原子质量和不同的相对原子质量。
原子的大小原子的大小可以通过测量原子的原子半径来确定。
原子半径是从原子核到最外层电子的平均距离。
原子结构与性质
第一章原子结构与性质第一节原子结构（第1课时）一、原子与元素1.原子：2.元素：3.同位素：因此同一元素具有不同的核素，即同一元素具有多种原子，既原子种类多于元素种类。
二、能层与能级核外电子因能量不同而在与核距离不同的能层（相当于电子层）运动，用___________等表示;同一能层中的电子能量不同和运动区域不同而分为不同的能级,用______________等表示。
每一能层和能级中运动的电子数目是有限度的——电子层最大容量原理：若用n来表示能层数，则每一能层中运动的电子数目为______(次外层最多只能容纳_________个电子;倒数第三层最多只能容纳_________个电子)。
ns、np、nd等能级中最多只能容纳的电子数：若s、p、d等分别用1、3、5等表示，则它们分别最大容量则是2、6、10等，即其所表示数字的二倍，但与n无关。
三、构造原理1.构造原理就是电子的排布顺序，它遵循三个基本原理（1）能量最低原理：原子的排布总是尽先进入能量最低的轨道，只有当能量最低的轨道占满后，电子才依次进入能量稍高的轨道，原子的电子排布总是使整个原子的能量处于最低状态。
各能级能量高低顺序：E（1s）<E(2s)<E(3s);E(ns)<E(np)<E(np)<E(nd)<E(nf)能级交错现象:E(ns)<E[(n-2)f]<E[(n-1)d]<E(np)(2)泡利不相容原理:在任何一个原子轨道中最多都只能容纳2个电子,而且自旋方向相反(分别用“↑”、“↓”表示不同的自旋方向)。
（3）洪特规则：当电子排布在同一能级不同的轨道时，总是优先单独占据一个轨道而且自旋方向相同。
同步训练：1.主族元素A和B可形成组成为AB2的离子化合物，则A、B两原子的最外层电子排布分别为A.ns2np2和ns2np4B.ns1和ns2np4C.ns2和ns2np5D.ns1和ns22.某元素的原子3d能级上有1个电子，它的N能层上电子数是A.0B.2C.5D.83.比较下列多原子的各轨道的能量高低：（1）1s，3d （2）3s，3p，3d （3）2p，3p，4p4.下列关于多电子原子核外电子的运动规律的叙述正确的是A.核外电子是分层运动的B.所有电子在同一区域里运动C.能量高的电子在离核近的区域运动D. 能量低的电子在离核近的区域绕核旋转5.主族元素原子失去最外层电子形成阳离子，主族元素的原子得到电子填充在最外层形成阴离子。
原子结构与性质
若n=3，以下能级符号错误的是（ ） A．n p B．n f C．n d D．n s
AD
3
B
4
下列各电子能层中，不包含 d 能级的是 （ ） A、N能层 B、M能层 C、L能层 D、K能层
5
CD
6
三、构造原理
原子核外电子排布必须遵循一定的能级顺序进行填充
②任一能层的能级总从s能级开始，能级数=能层序数。
④以s、p、d、f……排序的各能级可容纳的最多电子数依次 为1、3、5、7……的二倍。
③各能级所在能层的取值
ns→n≥1；
np→n≥2；
nd→n≥3；
······
2
8
18
32
2n2
以下能级符号正确的是（ ） A、6s B、2d C、3f D、7p
一、开天辟地──原子的诞生
1、现代大爆炸宇宙学理论
其他元素
原子核的熔合反应
大量氢
少量氦
极少量锂
约2h后
宇宙
大爆炸
诞生于
2、氢是宇宙中最丰富的元素，是所有元素之母。
3、地球上的元素绝大多数是金属，非金属 （包括稀有气体）仅22种。
原子的结构
原子
原子核
核外电子
质子
中子
核电荷数=核内质子数=核外电子数
AB
4、某元素原子的价电子构型为3s23p4, 则此元素在周期表的位置是____________
第3周期，第VIA族
A．Cl-
D．1s22s22p63s23p6
B．
C．
B
AC
3、构造原理揭示的电子排布能级顺序，实质是各能级能量高低。若以E(nl)表示某能级的能量，以下各式中正确的是（ ） A．E(4s)＞E(3s)＞E(2s)＞E(1s) B．E(3d)＞E(4s)＞E(3p)＞E(3s) C．E(5s)＞E(4f)＞E(4s)＞E(3d) D．E(5s)＞E(4s)＞E(4f)＞E(3d)
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需要再得到一个电子， 达到8电子的稳定结构。
最外层电子数 得失电子趋势 化学性质
稀有气体原子 8个（He:2个）既不易得也不易失 稳定 结构决
金属的原子 一般少于4个
易失去电子
不稳定 定性质
非金属原子 一般多于4个 易得到电子
不稳定
原子结构示意图
三种原子的结构和性质：
最外层电子数 得失电子趋势
稀有气体原子 8个（He:2个） 既不易得也不易失
最外层电子数为8 “八电子稳定结构”
稀有气体(惰性气体)
最外层电子数 得失电子趋势 化学性质 稀有气体原子 8个（He:2个）既不易得也不易失 稳定
最外层电子数 得失电子趋势 化学性质 稀有气体原子 8个（He:2个） 既不易得也不易失 稳定
典型的金属：最外层的电子数＜4 典型的非金属：最外层的电子数＞4
典型的金属：最外层的电子数＜4
对
比
典型的非金属：最外层的电子数＞4
稀有气体(惰性气体)： 最外层电子数为8
达到8电子稳定结构： ①失去最外层的一个电子 ②最外层再得到7个电子
最外层电子数 得失电子趋势 化学性质 稀有气体原子 8个（He:2个）既不易得也不易失 稳定
达到8电子稳定结构： ①失去最外层的一个电子 ②最外层再得到7个电子
最外层电子数 得失电子趋势
化学性质
稀有气体原子 8个（He:2个） 既不易得也不易失 稳定
金属原子 一般少于子， 达到8电子的稳定结构。
最外层电子数 得失电子趋势
化学性质
稀有气体原子 8个（He:2个） 既不易得也不易失 稳定
金属原子 一般少于4个
易失去电子
不稳定
金属的原子 一般少于4个
易失去电子
非金属原子 一般多于4个
易得到电子
化学性质 稳定
不稳定 不稳定
原子的结构与性质
原子结构示意图 质子数=核电荷数=核外电子数
核外电子排布规律：
1、由内而外，逐层排布；
2、每层最多容纳2n2个电子； （n为电子层数）
3、最外层电子数不超过8个。 （第一层则不超过2个）
+11 2 8 1
钠（Na） （11个质子）
+17 2 8 7
氯（Cl） （17个质子）
最外层电子数为8 “八电子稳定结构”