原子结构与元素的性质

第二节原子结构与元素的性质TiZrHfRfVNbTaDbCrMoWSgMnTcReBhFeRuOsHsCoRhIrMtNiPdPtUunCuAgAuUuuZnCdHgUubGaInTl113HeBAlGeSnPb114CSiAsSbBi115NPSeTePo116OSBrIAt117FClKrXeRn118NeArLiNaKRbCsFrCaSrBaRaBeMgScYLaAcHCeThPrPaNdUPmNpSmPuEuAmGdCmTbBkDyCfHoEsErFmTmMdYbNoLuLrLaAc元素周期表对元素的分类：主族元素副族元素短周期元素长周期元素金属元素非金属元素前三周期，1～18号后四周期，18号以后长周期和短周期元素共同组成长周期元素单独构成22种90多种【思考】写出每个周期开头元素和结尾元素的最外层电子的排布式的通式？原子序数元素名称元素符号电子排布3锂Li11钠钠19钾K37铷Rb55铯Cs1s22s11s22s22p63s11s22s22p63s23p64s11s22s22p63s23p63d104s24p65s1碱金属的电子排布式1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66s1[Xe]6s1[He]2s1[Ne]3s1[Ar]4s1[Kr]5s1每到出现碱金属，就开始建立一个新的电子层。随后最外层上的电子逐渐增多，最后达到8个电子，出现稀有气体。元素周期系的形成是元素原子核外电子排布发生周期性的重复。能级组6s4f5d6p5s4d5p4s3d4p3s3p2s2p1s每个能级组相当于元素周期表中的一个周期1、周期与能级组各周期所含元素的种数等于相应能级组中各轨道中最多容纳的电子数之和。周期相应能级组中所含能级最多容纳电子数元素种类11s22s2p33s3p44s3d4p55s4d5p66s4f5d6p288181832288181832主族：最后一个电子排入ns或np能级副族：最后一个电子排入(n-1)d或(n-2)f能级ⅢB～ⅦBⅠB、ⅡB族序数＝最外层电子数零族：稳定结构ns2np6（He除外）Ⅷ族：最后一个电子排入(n-1)d多数元素在化学反应中价数不等于族数族序数=原子的最外层电子数=价电子数族序数＝价电子数=(n-1)d+ns的电子数3、原子的电子构型和元素的分区TiZrHfRfVNbTaDbCrMoWSgMnTcReBhFeRuOsHsCoRhIrMtNiPdPtUunCuAgAuUuuZnCdHgUubGaInTl113HeBAlGeSnPb114CSiAsSbBi115NPSeTePo116OSBrIAt117FClKrXeRn118NeArLiNaKRbCsFrCaSrBaRaBeMgScYLaAcHCeThPrPaNdUPmNpSmPuEuAmGdCmTbBkDyCfHoEsErFmTmMdYbNoLuLrLaAcsddspf分区依据：最后一个电子排入的能级不同（除ds区）s区元素：最外层构型是ns1和ns2。IA和IIA族元素。除H外，其余为活泼金属。d区元素：包含第IIIB族到VIII族元素，电子构型是(n-1)d1~9ns1~2最外层电子数皆为1~2个，均为金属元素，性质相似。ds区元素：包括IB族和IIB族元素，价电子构型是(n-1)d10ns1~2，均为金属元素。f区元素：最后一个电子排入(n-2)f能级，包括镧系和锕系元素，均为金属。【思考】为什么s区、d区、ds区和f区的元素都是金属（氢元素除外）？p区元素：最外层电子构型从ns2np1~ns2np6的元素。即IIIA~VIIA族、零族元素。除H外，所有非金属元素都在p区。TiZrHfRfVNbTaDbCrMoWSgMnTcReBhFeRuOsHsCoRhIrMtNiPdPtUunCuAgAuUuuZnCdHgUubGaInTlHeBAlGeSnPbCSiAsSbBiNPSeTePoOSBrIAtFClKrXeRnNeArLiNaKRbCsFrCaSrBaRaBeMgScYLaAcHCeThPrPaNdUPmNpSmPuEuAmGdCmTbBkDyCfHoEsErFmTmMdYbNoLuLrLaAc过渡元素【思考】为什么副族元素和第Ⅷ族元素又称为过渡元素？副族元素和第Ⅷ族元素（包括d区和ds区元素）介于s区元素（主要为金属）和p区（主要为非金属）之间，处于由金属元素向非金属元素过渡区域。TiZrHfRfVNbTaDbCrMoWSgMnTcReBhFeRuOsHsCoRhIrMtNiPdPtUunCuAgAuUuuZnCdHgUubGaInTlHeBAlGeSnPbCSiAsSbBiNPSeTePoOSBrIAtFClKrXeRnNeArLiNaKRbCsFrCaSrBaRaBeMgScYLaAcH【思考】为什么在元素周期表中非金属主要集中在右上角三角区内？由于元素价电子层结构和元素周期表中元素性质递变规律决定的。同周期元素由左向右非金属逐渐增强，金属性逐渐减弱；同主族元素从上到下非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强。结果使元素周期表右上角区域主要呈现非金属性。【思考】为什么处于非金属三角区边缘的元素常被称为半金属或准金属？由于元素金属性和非金属性间没严格的界限，处于非金属三角边缘的元素既能表现出一定的金属性、又能表现出一定的非金属性。1、原子半径相邻原子的平均核间距二、元素周期律元素的性质随核电荷数增加发生周期性的递变【思考】原子半径由哪些因素决定？①电子层数②核电荷数电子的能层越多，电子之间的负电排斥将使原子的半径增大核电荷数越大，核对电子的引力也就越大，将使原子的半径缩小【思考】元素周期表中的同周期主族元素从左到右，原子半径的变化趋势如何？同主族元素从上到下，原子半径的变化趋势又如何？应如何理解这种趋势？HLiBeBCNOFHeNeArKrXeRnNaMgAlSiPSClKRbCsFrCaGaGeAsSeBrSrInSnSbTeIBaTlPbBiPoAtRa③同一纵行元素的原子与相应离子的半径变化。原子半径相应阴离子半径原子半径相应阳离子离子半径④电子排布相同的离子，离子半径随着核电荷数的递增而减小。【思考】试比较O、F、Na、Mg、Al的半径大小？NaMgAlOF【思考】试比较O2-、F-、Na+、Mg2+、Al3+的半径大小？O2-F-Na+Mg2+Al3+【思考】试比较Na+、Mg2+、S2-、Cl-的半径大小？S2-Cl-Na+Mg2+HHeLiBeBCNOFNeNaMgAlSiPSClAr化合价+7+6+5+4+3+2+10-1-2-3-4123456789101112131415161718原子序数（Z）××2、元素的化合价（1）最高正化合价+∣负化合价∣=8（或2）最高正价等于最外层电子数（氟、氧元素无最高正价）（2）金属与非金属元素的化合价的典型差异金属只显正价非金属既显正价又显负价，通常负价唯一主族元素的化合价的周期性变化的规律HLiNaKRbCsBeMgCaSrBaBAlCSiNPOSFClBrIAtNeArKrXeRnHeFrRaGaInGeSnAsSbSeTeTlPbBiPo非金属性逐渐增强非金属性逐渐增强金属性逐渐增强金属性逐渐增强【思考】元素周期表中，同周期的主族元素、同主族元素的金属性和非金属性如何变化？3、金属性和非金属性原子半径依次减小原子半径依次减小原子半径依次增大原子半径依次增大非金属性依次增强金属性依次增强金属性非金属性与H2反应的条件及生成氢化物的稳定性最高价氧化物对应水化物的酸性强弱相互置换与水或酸反应，置换出H2的难易最高价氧化物的水化物碱性强弱相互置换4、电离能第一电离能（I1）：气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量。第二电离能（I2）：从气态基态一价正离子失去一个电子转化为气态基态二价正离子所需要的最低能量。第三电离能（I3）？电离能的大小反映了原子失去电子的难易。决定电离能大小的因素：核电荷数原子半径（1）概念：kJ/mol第一电离能越小，越易失电子，金属越活泼。（2）元素的第一电离能变化规律【思考】预测同主族元素原子的第一电离能随核电荷数递增有何规律？①同主族元素，从上到下第一电离能逐渐减小。【思考】预测同周期元素原子的第一电离能随核电荷数递增有何规律？②同周期元素，从左往右第一电离能总体呈增大趋势。电子亚层结构为全满、半满时较相邻元素要大。即第ⅡA族、第ⅤA族元素的第一电离能分别大于同周期相邻元素。③一个原子的逐级电离能是逐渐增大：I1＜I2＜I3……【思考】各元素逐级失去电子的电离能有什么特点？随着电子的逐个失去，阳离子所带正电荷数越来越大，再要失去一个电子需克服的电性引力越来越大，消耗能量也越来越大。随着电子的逐个失去，阳离子核外电子逐渐达到稀有气体的稳定结构，再要失去电子需克服的电性引力消耗能量更大（突跃变化）020040060080010001200123456789【思考】观察F元素的逐级电离能，分析变化特点及其原因。电离能的突跃变化，也说明核外电子是分能层排布的。5、电负性元素的原子在分子中吸引键合电子能力的相对大小。电负性越大的原子，对键合电子的吸引力越大。键合电子：原子中用于形成化学键的电子。（1）概念鲍林（美国，1901-1994）H2.1Li1.0Na0.9K0.8Rb0.8Cs0.7Be1.5Mg1.2Ca1.0Sr1.0Ba0.9B2.0Al1.5Ga1.6In1.7Tl1.8C2.5Si1.8Ge1.8Sn1.8Pb1.9N3.0P2.1As2.0Sb1.9Bi1.9O3.5S2.5Se2.4Te2.1Po2.0F4.0Cl3.0Br2.8I2.5At2.2【思考】观察主族元素的电负性数据（以F=4.0和Li=1.0作为相对标准，稀有气体未计），元素的电负性有何变化趋势？NaMgAlSiPSCl①主族电负性的周期性变化LiNaKRbCsFClBrIAt同一周期，从左到右电负性递增。同一主族，从上到下，电负性递减。（2）电负性的变化规律②电负性的大小可用于衡量元素的金属性和非金属性的强弱。金属电负性小于1.8非金属电负性大于1.8类金属电负性在1.8左右，兼有金属和非金属的性质金属元素越容易失电子，对键合电子的吸引能力越小，电负性越小；非金属元素越容易得电子，对键合电子的吸引能力越大，电负性越大电负性数值小的元素在化合物中吸引电子的能力弱，元素的化合价为正价；电负性数值大的元素在化合物中吸引电子的能力强，元素的化合价为负值。③电负性数值大小能够衡量元素在化合物中吸引电子能力大小。【练习】请查阅下列化合物中元素的电负性数值，判断化合物中化合价为正值的元素？CH4、NaH、NF3、NH3、SO2、H2S、ICl、HBr④通过成键元素间电负性的差值判断化学键类型。如果两个成键元素间的电负性差值大于1.7，它们之间通常形成离子键；如果两个成键元素间的电负性差值小于1.7，它们之间通常形成共价键。【练习】请查阅下列化合物中元素的电负性数值，判断它们哪些是离子化合物，哪些是共价化合物？NaF、HCl、NO、MgO、KCl、CH4离子化合物：NaF、MgO、KCl共价化合物：HCl、NO、CH4LiBeBMgAlSi【科学探究】对角线规则某些主族元素与右下方的主族元素的某些性质是相似的，称为对角线规则。Li和Mg的相似性①在空气中燃烧均生成正常的氧化物4Li+O2==2Li2O2Mg+O2==2MgO②与N2的化合能力较强，易生成Li3N和Mg3N2Be和Al的相似性①Be和Al都是两性金属，不仅能溶于酸，也都能溶于碱放出氢气Be+2NaOH==Na2BeO2+H22Al+2NaOH+2H2O==2NaAlO2+3H2②Be和Al的氢氧化物都是两性化合物，易溶于强碱③BeCl2和AlCl3都是共价化合物。易升华、聚合、易溶于有机溶剂④Be,Al常温下不与水作用，与冷的浓硝酸接触时都发生钝化现象原子的价电子构型才是决定元素性质的最主要因素，因此，同族