第一章 原子结构 元素周期律

第一章物质结构元素周期律物质的性质与其结构有着密切的联系。构成物质的粒子有分子、原子和离子等。只有进一步学习这些粒子的组成和结构以及反映元素内在联系的元素周期律，才能更深刻地认识物质世界的内部规律。本章介绍化学的重要理论之一：物质结构和元素周期律。引言引言第一章物质结构元素周期律第一章物质结构元素周期律第一节原子结构第二节元素周期律元素周期表第三节化学键第一章节目录第一章物质结构元素周期律第一节原子结构11.了解原子的组成2.了解同位素及其应用3.了解核外电子排布规律的初步知识第一节原子结构学习目标第一章物质结构元素周期律第一节原子结构2原子结构一、原子的组成第一节原子结构显微镜下的硅原子第一章物质结构元素周期律第一节原子结构2一、原子的组成第一节原子结构下面，从三方面讨论原子的组成原子是由居于原子中心的原子核和核外电子构成的。原子原子核核外电子质子中子原子的大小原子的电性原子的质量原子核由质子和中子构成。第一章物质结构元素周期律第一节原子结构3原子很小，原子核更小。通常原子的半径约为10-10m，例如，氧原子的半径为0.74×10-10m。而原子核的半径仅为原子半径的十万分之一，它的体积只占原子体积的几千亿分之一。1.原子的大小如果把原子放大成直径10m左右的球体，那么原子核也只有大头针针尖大小。所以原子内部绝大部分是“空”的。核外电子就在这个空间里做高速运动。一、原子的组成第一章物质结构元素周期律第一节原子结构4每个质子带一个单位正电荷，中子不带电，每个电子带一个单位负电荷，整个原子是电中性的。当原子得到或失去电子成为离子后，核外电子数不再等于核内质子数。思考：11Na+的原子核外有多少个电子？原子核所带的电荷称为核电荷数，符号为Z。2.原子的电性一、原子的组成因此，对原子来说：核电荷数=核内质子数=核外电子数第一章物质结构元素周期律第一节原子结构5质子的相对质量为1.007，中子的相对质量为1.008，电子的质量更小，可以忽略不计。质量数(质子数+中子数)就是原子相对质量所接近的整数。3.原子的质量一、原子的组成知识拓展——质量数可以认为，原子的质量几乎就是原子核中质子和中子的质量之和。由于质子和中子的相对质量都很接近1，因此将原子核内的质子数和中子数之和称为质量数，符号为A。质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)第一章物质结构元素周期律第一节原子结构6如以代表一个质量数为A、质子数为Z的原子，那么该原子的组成可表示如下：XAZXAZ讨论和练习N=A－Z质量数核内质子数元素符号第一章物质结构元素周期律第一节原子结构7答：该氯原子的质量数为35、质子数为17，中子数为18。2.填空讨论和练习10132714132714139223514392原子的质量数、质子数和中子数？1.说明Cl3517核外电子数粒子种类质子数质量数中子数U23592Al271332713Al第一章物质结构元素周期律已经知道，电子是带负电荷的质量很小的微粒，在原子核外的很小的空间做高速运动。在含有多个电子的原子里，电子的能量并不相同，能量低的电子在离核近的区域运动；能量高的电子在离核远的区域运动。因此把这些“区域”叫做电子层。第一节原子结构8二、核外电子的排布规律1.电子层电子层(n)1234567KLMNOPQ在原子核外有能量互不相同的多个电子层。其能量由内到外依次增高。第一章物质结构元素周期律第一节原子结构9电子在排布时，一般总是尽先排布在能量最低的电子层里，并遵循以下规律：原子核外电子排布规律二、核外电子的排布规律2.核外电子的排布规律n=1，即K层，最多容纳的电子数为2×12，共2个。n=2，即L层，最多容纳的电子数为2×22，共8个。n=3，即M层，最多容纳的电子数为2×32，共18个。(1)各电子层最多容纳的电子数是2n2个(n为电子层数)。(2)最外层电子数不超过8个(K层为最外层时不超过2个)。(3)次外层电子数不超过18个，倒数第三层电子数不超过32个。第一章物质结构元素周期律画出8O、11Na和17Cl核外电子排布的示意图。二、核外电子的排布规律3.核外电子的排布8O11Na17Cl第一节原子结构10+8+11+1728726281第一章物质结构元素周期律3.核外电子的排布第一节原子结构111H2He3Li4Be5B6C7N8O9F10Ne11Na12Mg13Al14Si15P16S17Cl18Ar部分元素的核外电子排布情况27+9281+1128+1026+825+724+623+522+421+3282+12283+13284+14285+15286+16287+17288+181+12+2第一章物质结构元素周期律讨论从3Li~10Ne再从11Na~18Ar，它们的电子排布有何规律？从锂到氖，它们的电子层都是2层，最外层电子数从1逐渐增加，最后达到8电子稳定结构。再从钠到氩，它们的电子层都是3层，最外层电子数从1逐渐增加，最后达到8电子稳定结构。最外层达到8电子时(K层最外层时为2个电子)，称为稳定结构。第一节原子结构12第一章物质结构元素周期律元素是具有相同核电荷数(即质子数)的一类原子的总称。也就是说，同种元素原子核中的质子数是相同的。质子数相同，而中子数不同的同种元素的不同原子，叫做该元素的同位素。第一节原子结构13三、同位素1.元素和同位素大多数元素都有同位素，下表列出了氢的三种同位素。H11H21H31321质量数111核电荷数210中子数111质子数超重氢重氢普通氢俗称氚氘氕名称或T或D或H符号第一章物质结构元素周期律第一节原子结构14碳也有三种同位素，而氯只有两种，最多的锡有十种同位素。三、同位素2.元素的平均相对原子质量自然界中，元素的各种同位素所占的原子百分含量一般是不变的，平时所说的元素的相对原子质量实际上是各种天然同位素的相对原子质量的平均值。碳的三种同位素：C126C136C146氯的二种同位素：Cl3517Cl3717第一章物质结构元素周期律第一节原子结构15三、同位素2.元素的平均相对原子质量答：氯的平均相对原子质量等于35.453。解：氯的平均相对原子质量34.969×75.77%＋36.966×24.23%35.453计算氯的平均相对原子质量。Cl3517Cl3717已知氯有两种天然同位素，它们的相对原子质量和原子百分含量的数据如下：相对原子质量36.966，原子百分含量为24.23%相对原子质量34.969，原子百分含量为75.77%；第一章物质结构元素周期律第一节原子结构16同一元素的同位素之间化学性质几乎完全相同，但物理性质有差异。例如，氢的三种同位素中2H和3H被用于制造氢弹。知识拓展——稳定同位素和放射性同位素3.同位素的性质碳的三种同位素中因为14C能够自发地放出肉眼看不见，但可以被仪器测定的射线，在考古学上被用于测定动植物遗骸、化石的形成年代。方法及原理示意如下：第一章物质结构元素周期律第二节元素周期律11.了解原子序数2.了解元素周期律的意义3.了解元素周期表的结构4.理解元素性质的递变规律5.初步学会判断和比较元素及其化合物的主要化学性质6.了解元素周期表的产生过程第二节元素周期律元素周期表学习目标第一章物质结构元素周期律核外电子的排布，特别是最外层电子的排布，对研究元素的化学性质有着重要意义，下面将探讨元素的原子结构与元素性质的内在联系和规律。为了研究方便，人们把元素按照核电荷数由小到大的顺序给元素编号，这个序号称为元素的原子序数。第二节元素周期律2第二节元素周期律元素周期表一、元素周期律第一章物质结构元素周期律第二节元素周期律3这是3~10号元素的核外电子排布：一、元素周期律1.核外电子排布的周期性变化元素3Li4Be5B6C7N8O9F10Ne电子排布电子层数最外层电子数1.电子层数相同，均为2层。222222222.最外层电子数从1个逐步递增至8电子稳定结构。1234567827+928+1026+825+724+623+522+421+3第一章物质结构元素周期律第二节元素周期律4这是11~18号元素的核外电子排布：元素11Na12Mg13Al14Si15P16S17Cl18Ar电子排布电子层数最外层电子数一、元素周期律1.核外电子排布的周期性变化1.电子层数相同，均为3层。333333332.最外层电子数从1个逐步递增至8电子稳定结构。12345678281+11282+12283+13284+14285+15286+16287+17288+18第一章物质结构元素周期律第二节元素周期律5特点随着原子序数的递增，元素原子的最外层电子排布呈周期性变化。从3~10号元素，最外层电子数从1个递增到8电子稳定结构，电子层数均为2层。然后从11~18号元素，最外层电子数再从1个递增到8电子稳定结构，但电子层数增为3层。一、元素周期律1.核外电子排布的周期性变化第一章物质结构元素周期律第二节元素周期律6一、元素周期律2.元素原子半径的周期性变化元素3Li4Be5B6C7N8O9F10Ne原子半径/nm0.1520.0890.0820.0770.0750.0740.071示意图特点元素11Na12Mg13Al14Si15P16S17Cl18Ar原子半径/nm0.1860.1600.1430.1170.1100.1020.099示意图特点从Li到F的原子半径逐渐变小从Na到Cl的原子半径逐渐变小第一章物质结构元素周期律第二节元素周期律7特点随着原子序数的递增，元素的原子半径也呈现周期性变化。一、元素周期律2.元素原子半径的周期性变化第一章物质结构元素周期律第二节元素周期律8一、元素周期律3.元素最高正化合价和负化合价的周期性变化+5+4+3+2+1-1-2-4-30除氟和氧两个最活泼的非金属元素外，其他元素:最高正化合价=最外层电子数稀有气体化学性质稳定，化合价为零。从碳元素(最外层4个电子)开始有负化合价：非金属元素的负化合价=最外层电子数-810Ne9F8O7N6C5B4Be3Li化合价最外层电子数电子排布元素8765432127+928+1026+825+724+623+522+421+3第一章物质结构元素周期律第二节元素周期律9一、元素周期律3.元素最高正化合价和负化合价的周期性变化稀有气体化学性质稳定，化合价为零。从钠到氯元素：最高正化合价=最外层电子数从硅元素(最外层4个电子)开始有负化合价：非金属元素的负化合价=最外层电子数-80+7+6+5+4+3+2+1-3-4-2-1化合价最外层电子数电子排布18Ar17Cl16S15P14Si13Al12Mg11Na元素87654321281+11282+12283+13284+14285+15286+16287+17288+18第一章物质结构元素周期律第二节元素周期律10观察3~18号元素的元素最高正化合价和负化合价，可以看出：随着原子序数的递增，元素最高正化合价和负化合价呈周期性变化。元素趋向于达到8电子稳定结构(氦为2电子稳定结构)。一、元素周期律3.元素最高正化合价和负化合价的周期性变化第一章物质结构元素周期律第二节元素周期律11元素的性质随着原子序数的递增呈现出周期性的变化，这个规律叫元素周期律。元素原子的最外层电子排布呈周期性变化。元素的原子半径也发生周期性变化。元素的化合价也呈现出周期性的变化。随着原子序数的递增：一、元素周期律第一章物质结构元素周期律根据元素周期律，把已发现的112种元素，按电子层相同的由左到右排成同一横行，把不同横行中最外层电子数相同的由上到下排成纵行，这样得到一个表格，叫元素周期表。第二节元素周期表12第二节元素周期律元素周期表二、元素周期表第一章物质结构元素周期律第二节元素周期表13镧系La镧Ce铈Pr镨Nd钕Pm钷Sm钐Eu铕Gd钆Tb铽Dy镝Ho钬Er铒Tm铥Yb镱Lu镥锕系Ac锕Th钍Pa镤U铀Np镎Pu钚Am镅*Cm锔*Bk锫*Cf锎*Es锿*Fm镄*Md钔*No锘*Lr铹*ⅠA01H氢He氦ⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA2Li锂Be铍B硼C碳N氮O氧F氟Ne氖3Na钠M