原子结构和元素周期表
一、发展简史
古希腊原子论——宇宙由虚空和原子构成;每一种物质由一种原子构成;原子是最小的、不可再分的、永存不变的微粒
化学原子论(道尔顿原子论)——每一种化学元素有一种原子;同种原子质量相同,不同种原子质量不同;原子不可再分;一种原子不会转变为另一种原子;化学反应只是改变了原子的结合方式,使反应前的物质变成反应后的物质。
二、核素、同位素和同位素丰度
核素——具有一定质子数和一定中子数的原子 (的总称)。 如1H、16O
元素——具有一定质子数的原子(的总称)
同位素——质子数相同中子数不同的原子(的总称)。
同量异位素——核子数相同而质子数和中子数不同的原子(的总称)。
同中素——具有一定中子数的原子(的总称)。
同位素丰度——某元素的各种天然同位素的分数组成(原子百分比)
加权平均值——几个数值分别乘上一个权值再加和起来,对于元素的相对原子质量,权值为同位素


三、原子的起源和演化(了解)
氢原子光谱特征:不连续的、线状的、有规律的。
基态:电子处于能量最低的轨道上,处于稳定状态。
激发态:电子获得一定能量而从能量低的轨道激发到能量高的轨道,此状态为激发态。
能级:具有一定能量的轨道。
四、氢原子结构核外电子运动
波粒二象性:微粒无论是光子、电子及其其它所有基本粒子,在极微小的的空间内作高速运动时,有时显出波动性,有时显出粒子性,这种在不同的条件下分别表现为波动性、粒子性的特性。
电子运动特性:线性不连续光谱、波粒二象性、测不准原理。
电子云:电子在原子核外空间概率密度分布的形象描述。
五、原子半径(核到最外层电子的平均距离)
1.同一元素,负离子半径>原子半径 正离子半径<原子半径(负电荷越多半径越大,正电荷越多半径越小)
2.同一周期,从左到右随着z增加,r减小
3.同一族:主族从上到下,随z增加,元素原子的电子层数增加,r增加;副族从上到下r变化不明显(镧系或锕系收缩)
六、电离能(处于基态的气态原子生成+1价气态阳离子所需要的能量——第一电离能)
元素的电离能越小,表示气态时约容易失去电子,金属性越强
影响因素:有效核电荷,原子半径以及原子的电子层结构
规律性:(1)如果电子层数相同(同一周期的元素,从左→右,核电荷↑r↓,原子对外层电子的引力↑,
∴不易失去电子,I↑
(2)如果电子层数不同,价电子数相同(同一族)的元素,从上到下r↑,核对电子的引力↓,越易失去电子,I↓。
(3)电子层结构稳定性大的原子,比同周期其它元素的原子更不易失去电子,I就比相邻其它元素的大,如稀有气体的I最大
(4)同周期里有半满、全满价电子结构的元素比同周期元素I高
※ 如 Be >B N>O
2p在第二周期I出现两个转折
2s2 ~ 2s22p1 2p3 ~ 2p4
(5)I不仅能说明元素原子气态时失去电子能力的强弱,还可说明易生成何种价态, 反过来,不同能级电离能有突跃性的变化,又是核外电子分层排布的有力证据。
※∴ 在同期表中Cs的I1最小,而He的I1最大。
层与层之间电离势相差较大,而同层电离势相差较小。
七、电子亲和能(当元素处于基态的气态原子获得一个电子成为负一价气体阴离子时所放出的能量——第I电子亲合能。用“A”表示)
电子亲和能是气态原子获得一个电子过程中能量变化的一种量度.
与电离能相反,电子亲和能表达原子得电子难易的程度.
※ 元素的电子亲和能的大小并不能直接反映元素的非金属性的大小。
※ 为何电子亲合能其最大出现在第3周期以下的元素而不是每族的第2周期?
答:因为第2周期的非金属元素(如F、O等),原子半径最小,电子密度最大,电子间排斥很强,以致当加合一个电子形成的负离子时,放出的能量减小。

八、电负性(表示元素相互化合时,原子对电子吸引力大小)
同一周期:从左→右,XP↑,是因为Z↑,r↓吸引电子能力↑之故
同一族:从上→下,XP↓,是因为r↑,对电子的吸引↓
※∴电负性最高的元素是氟,电负性最低是铯。
电负性相差最小的是镧系和锕系。
电负性应用:电负性差 ∆X >1.7 —离子键 如NaCl (2.23);
电负性差 ∆X < 1.7 —极性共价键 如HCl (0.91);
电负性差 ∆X = 0 —非极性共价键 如H2、O2
∴ 电负性差∆X↑ ,键的极性↑ ,成键电子对偏向电负性大的原子越厉害
※ ∴ 卤化氢分子中HF是极性最强的分子,而HI是极性最弱的分子
电负性与电离能和电子亲和能关系:
电负性大的元素通常是那些电子亲和能大的元素(非金属性强的元素),电负性小的元素通常是那些电离能小的元素(金属性强的元素).电负性与电离能和电子亲和能之间的确存在某种联系, 但并不意味着可以混用!
电离能和电子亲和能用来讨论离子化合物形成过程中的能量关系,例如热化学循环;
电负性概念则用于讨论共价化合物的性质,例如对共价键极性的讨论.
九、氧化态(绝大多数元素的最高正氧化态等于它所在的族序数,但是也有例外,像氧和氟等。)
总的来说,同族元素从上到下表现正氧化态的趋势增强,但这种总的趋势并不意味着从上到下正氧化态越来越稳定或者从上到下越来越容易表现最高正氧化态。
负氧化态 非金属普遍呈现负氧化态,它们的最低负氧化态等于族序数减8。金属在羰基化合物中也可呈现负氧化态。如 [Mn(CO)5]-
