第三讲 元素周期律 和元素周期表补充及复习l一、理想气体状态方程：pV= nRTl对于混合气体： p总V分= nRTl 或p分V总= nRTl二、徐光宪能级分组法：n+0.7 ll 3d：3+0.72=4.4（属于第四能级组）元素周期系的发展前景多电子原子近似能级图的特点： l近似能级图是按原子轨道的能量高低而不是按原子轨 道离核的远近顺序排列起来。把能量相近的能级划为 一组，称为能级l 1s 第一能级组2s2p 第二能级组3s3p 第三能级组4s3d4p 第四能级组5s4d5p 第五能级组6s4f5d6p 第六能级组7s5f6d7p 第七能级组 在能级图中可以看到：相邻的两个能级组之间的能量差 较大，而在同一能级组中各能级的能量差较小。 等价轨道是指其能量相同、成键能力相同，只是空间 取向不同的轨道。 一、 元素的周期与原子轨道能级的关系周期的划分与能级组的划分完全一致，每个能级组都独自对应一个周期。共有七个能级组， 所以共有七个周期。 HHe1第一周期： 2 种元素第一能级组： 2 个电子 1 个能级 1s 1 个轨道 BeLiBCNOFNe2第二周期： 8 种元素第二能级组： 8 个电子 2 个能级 2s 2p 4 个轨道 MgNaAlSiPSCl Ar3第三周期： 8 种元素第三能级组： 8 个电子 2 个能级 3s 3p 4 个轨道 K Ca ScTiVCr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr4YZr Nb Mo TcRh PdRuAg CdSrRbIn Sn Sb TeIXe5第五周期： 18 种元素第五能级组： 18 个电子 3 个能级 5s 4d 5p 9 个轨道 第四周期： 18 种元素第四能级组： 18 个电子 3 个能级 4s 3d 4p 9 个轨道 第七周期： 32 种元素第七能级组：32 个电子 4 个能级 7s 5f 6d 7p 16 个轨道 BaCs6sCe Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu4fLa Hf Ta W ReIrPtOsAu Hg5dTl Pb Bi Po At Rn6p第六周期： 32 种元素第六能级组： 32 个电子 4 个能级 6s 4f 5d 6p 16 个轨道 RaFr7sTh PaU Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr5fAc Rf Db Sg Bh Hs Mt UunUuuUub6d7p二、原子的电子层结构与周期表的关系 l各周期元素的数目相应能级组中原子 轨道所能容纳的电子总数2、8、8、18 、18、32lp区从左上到右下的对角线为B、Si、As 、Te、At，在此诸元素的右上方位是非 金属，左下方位金属，对角线上及附近 的元素是准金属，有些具有半导体的性 质，周期表中约4/5的元素是金属。 三、原子的电子层结构与族的关系 l主族元素的族数（包括ds区）该元素原 子的最外层电子数该族元素的最高化合 价（除氧、氟外）l副族元素的族数=最高能级组中的电子总 数 或 副族数（s+d）电子数四、认识和记忆元素周期表观察： 1.几个大族，几个周期？ 2.同周期A族和A族原子序数相差多少？ 3. 各周期元素种类数？ 4.A A与A 0族同族元素间序数的 差为多少？ 5.副族的排列位置，同副族元素间原子序数 相差多少？l6.如何由原子序数确定元素：根据序数大 小相应减去32、32、18、18，减到前20号 元素以内，则知道为第几主族何种元素（ 例：84号元素？114号元素可能的性质？）l7.如何由元素确定其序数：由同主族20号 内最下一种元素开始，相应加上18、18、 32、32，直到该元素为止l8.副族记住每一周期的的第一种元素的原 子序数七、原子半径的周期性l原子的电子层结构随核电荷的递增呈周 期性变化，促使原子的某些性质呈周期 性变化。 (如原子半径、电离能、电子 亲合能、电负性)1、 原子半径共价半径两个相同原子形成共价键时，其核间距离的一半。 d=198pmr(Cl)=99pmd=154pmr(C)=77pm金属半径金属单质晶体中，两个相邻金属原子核间距离的一半。 d=256pmr(Cu)=128pm范德华半径分子晶体中，两个相邻分子核间距离的一半。 d=320pmr(Ne)=160pm一般范德华半径最大（非键合）， 共价半径最小（轨道重叠）， 金属半径位中间（紧密堆积） IA0一 H 37IIAAIVAA VIA AHe 122 二 Li 152Be 111B 88C 77N 70O 66F 64Ne 160 三 Na 168Mg 160BIVB VB VIBBIB IIBAl143Si 117P 110S 104Cl 99Ar 191 四 K 227Ca 197Sc 161Ti 145V 132Cr 125Mn 124Fe 124Co 125Ni 125Cu 128Zn 133Ga 122Ge 122As 121Se 117Br 114Kr 198 五 Rb 248Sr 215Y 181Zr 160Nb 143Mo 136Tc 136Ru 133Rh 135Pa 138Ag 144Cd 149In 163Sn 141Sb 141Te 137I 133Xe 217 六 Cs 265Ba 217La 173Hf 159Ta 143W 137Re 137Os 134Ir 136Pt 136Au 144Hg 160Tl 170Pb 175Bi 155Po 153At Rn2.变化规律非金属为共价半径、金属为金属半径、 稀有气体为范德华半径26021016011060原子半径/pm族号同一周期的d区元素, 自左到右, 随核 电荷的增加, 原子半径略有减小。IB 族开始，反而有所增加。26021016011060原子半径/pm族号同一周期的主族元素, 自左到右, 随 核电荷的增加, 原子半径逐渐减小。镧系元素, 自左到右, 随核电荷的增加, 原 子半径总的趋势缓慢减小，即镧系收缩。210200190180170原子半径/pm原子序数26021016011060原子半径/pm族号由于镧系收缩，至使后面五、六周 期同族元素(如Zr与Hf、Nb与Ta、 Mo与W)性质极为相似。26021016011060原子半径/pm族号同一主族元素，自上往下，原子半 径逐渐增大。26021016011060原子半径/pm族号同一副族元素(除B外),自上往下, 原子半径一般略有增大。五、六周 期同族元素原子半径十分相似。3.原子半径变化规律的原因分析 核电荷数 Z 增大，对电子吸引力增大，使得原子半径 r 有减小的趋势。 核外电子数增加，电子之间排斥力增大，使得原子半径 r 有增大的趋势。 (a) 同周期中从左向右，在原子序数增加的过程中，有两个因素在影响原子半径的变化这是一对矛盾， 以哪方面为主？以以 为主。即同周期中从左向右原子半径减小为主。即同周期中从左向右原子半径减小。 只有当 d5，d10，f7，f14 半充满和全充满时，层中电子的对称性较高，这时 占主导地位占主导地位，原子半径 r 增大。 短周期的主族元素，以第 3 周期为例MgNaAlSiPSClArr/pm 154 136 118 117 110 104 99 154长周期的过渡元素，以第 4 周期的第一过渡系列为例ScTiVCrMnFeCoNiCuZnSc Ni，8 个元素，r 减少了 29 pm。相邻元素之间，平均减少幅度 4 pm 许。 Na Cl，7 个元素，r 减少了 55 pm。相邻元素之间，平均减少幅度 10 pm 许。Ar 为范德华半径， 所以比较大。r/pm 144 132 122 118 117 117 116 115 117 125 短周期短周期主族元素，电子填加到外层轨道，对核的正电荷中和少，有效核电荷 Z* 增加得多。所以 r 减小的幅度大。长周期长周期过渡元素，电子填加到次外层轨道，对核的正电荷中和多，Z* 增加得少，所以 r 减小的幅度小。短周期主族元素原子半径平均减少幅度 10 pm ，长周期的过渡元素平均减少幅度 4 pm 。造成这种不同的原因是什么？Cu，Zn 为 d10 结构，电子斥力大， 所以 r 不但没减小，反而有所增加。ScTiVCrMnFeCoNiCuZnr/pm 144 132 122 118 117 117 116 115 117 125 试设想超长周期的内过渡元素，会是怎样的情况。(c)同族中同族中，从上到下，有两种因素影响原子半径的变化趋势 核电荷 Z 增加许多，对电子吸引力增大， 使 r 减小； 核外电子增多，增加一个电子层，使 r 增大。 主族元素 Li 123 pmNa 154 pmK 203 pmRb 216 pmCs 235 pmr r 增大增大在这一对矛盾中， 起主导作用。同族中，从上到下，原子半径增大。副族元素 Ti V Crr/pm 132 122 118 Zr Nb Mo 145 134 130 Hf Ta W144 134 130 第二过渡系列比第一过渡系列原子半径 r 增大 1213 pm。第三过渡系列和第二过渡系列原子半径 r 相近或相等。这是镧系收缩的 影响结果。 小结：原子半径在族中变化 在同一主族中，从上到下，随着 核电荷数增加，元素原子的电子 层数增多，原子半径增大。 副族元素的元素半径变化不明显 ，特别是第五、六周期的元素的 原子半径非常相近。这主要是由 于镧系收缩所造成的结果。 八、离子半径的周期性 在离子晶体中，正负离子间的吸引作用和排斥 作 用达平衡时，使正、负离子间保持着一定的平 衡 距离，该距离叫核间距，结晶学上常以符号d 表示。 离子半径大致有如下的变化规律： 1.在周期表各主族元素中，由于自上而下电子 层依次增多，所以具有相同电荷数的同族离 子的半径依次增大。 例如 Li+Mg2+Al3+ 若同一元素能形成几种