主族元素.pptx

1、元素化学元素 化学22022/11/92010年4月7日报道了俄罗斯杜布纳联合核研究所与国际科研小组成功合成了一种拥有117个质子的新元素科学家们一直在苦苦寻找的第117号元素(ununseptium)，这将填补目前已被发现的第116号和118号元素之间缺失的“一环”，从而使元素周期表中的未完全周期第七周期成为完全周期，使元素周期表中的元素达到118种。所谓元素化学就是周期系中各元素的单质及其化合物的化学。元素化学是无机化学的中心内容，主要讨论元素及其化合物的存在、性质、结构、制备和用途。随着现代化学理论的不断发展与完善，为学习元素化学提供了基本理论与系统，学习元素化学要结合化学反应的一般原理

2、与物质结构的原理。一、概述1.元素的丰度地壳 地球表面下16km厚的岩石层称为地壳。有时也包括水圈和大气圈，前者质量为1.21021kg，占地壳总质量的6.91%，后者质量为5.11018kg，占地壳总质量的0.03%。丰度 化学元素在地壳中的含量称丰度，以质量分数表示的称质量Clarke值。地壳中含量最高的元素是O，其次是Si，两者占地壳75%。O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg 8种元素占99%以上。人体中约含30多种元素，期中11种常见元素约占99.95%，其余为微量元素与超微量元素。元素 化学42022/11/9地壳中一些元素的丰度（质量Clarke值）元素w/%元素w/%元素

3、w/%O47.2K2.60P0.08Si27.6Mg2.10S0.05Al8.80Ti0.60Ba0.05Fe5.1H(0.15)Cl0.045Ca3.60C0.10Sr0.04Na2.64Mn0.09人体中一些元素的含量（质量分数）元素w/%元素w/%元素w/%O65Ca2Na0.15C18P1Cl0.15H10K0.35Mg0.05N3S0.25元素 化学52022/11/92.元素的分类稀 有 元 素 分 类轻稀有金属Li,Ru,Cs,Be高熔点稀有金属Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,W,Re分散稀有元素Ga,In,Tl,Ge,Se,Te稀有气体He,Ne,Ar,Kr,Xe,Rn

4、稀土金属Sc,Y,La及La系元素铂系元素Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt(加Ag,Au又称贵金属)放射性稀有元素Tc,Po,At,Rn,Fr,Ra,Ac及Ac系元素及Ac系后人造元素 习惯上按元素在地壳中的分布将元素分为普通元素与稀有元素，之间没有绝对明确的界限。所谓稀有元素，一般指在自然界中含量少或发现晚、或研究少、提炼难以致应用晚的元素。元素 化学62022/11/91.元素周期表二、元素周期系S区元素A、A元素，碱金属与碱土金属价电子构型：ns12；氧化态：+1、+2；单质为最活泼金属，化合物大多为离子型，Li、Be形成共价型（少数共价型）；P区元素AA元素，除H外的全部非金属和部分

5、金属元素。价电子构型：ns2np16d区元素BB元素，全部为金属元素，分三个过渡系列；价电子构型:(n1)d18ns12(除Pd、Pt)f 区元素La系和Ac系元素，又称内过渡元素；价电子构型：(n2)f014(n1)d02 ns2全为金属，Ac系为放射性元素ds区元素B、B元素，共6个元素；价电子构型：(n1)d10ns12与d区元素一起统称过渡元素元素 化学2022/11/92.原子的电子层结构元素周期律周期 周期名称能级组电子填充次序元素元素个数1 特短周期1 1s12 1H 2He 22 短周期2 2s12 2p16 3Li 10Ne 83 短周期3 3s12 3p16 11Na 18

6、Ar 84 长周期4 4s12 3d1104p16 19K36Kr 185 长周期5 5s12 4d1105p16 37Rb54Xe 186 特长周期6 6s124f 114 5d1106p16 55Cs86Rn 327 特周期7 7s12 5f 1146d110 7p16 87Fr118号元素 32(1)能级组与周期的关系元素 化学82022/11/9 目前人们常用的是长式周期表,它将元素分为7个周期。核外电子排布的周期性变化使得元素性质呈现周期性的规律，即元素周期律；元素的基态原子最外层电子的n值即为元素所在周期数；如 26FeAr3d64s2为第四周期元素；47AgKr4d105s1为第

7、五周期元素。各周期元素总和等于相应能级组中原子轨道所能容纳的电子总数。元素 化学92022/11/9(2)(2)价电子构型与周期表中族的划分价电子构型与周期表中族的划分价电子构型 价电子是原子发生化学反应时易参与形成化学键的电子，相应的电子排布即为价电子构型。主族元素价电子构型=最外层电子构型(nsnp)；副族元素价电子构型=(n2)f(n1)d nsnp主族元素 I AA(即0族)：元素的最后一个电子填入ns或np亚层，价电子总数等于族数。如元素7N，电子结构式为1s22s22p3，最后一个电子填入2p亚层，价电子总数为5，因而是VA元素。其中A(即0族)元素为稀有气体，价电子构型为ns2n

8、p6(除He)，为8电子稳定结构，根据洪特规则的补充，全满电子构型特别稳定。元素 化学102022/11/9铂系元素副族元素 BB()族+BB共10列，其中 族有3列。副族元素也称过渡元素(同一周期从s区向p区过渡)。BB最后一个电子填入ns轨道族数=最外层电子数 BB最后一个电子填入(n1)d轨道族数=最外层电子数+(n1)d电子数 族较特殊，有三个列，共9个元素。Fe Co Ni 为铁系元素 Ru Rh Pd Os Ir Pt La系和Ac系元素 也称内过渡元素。第六周期B位置从57La到71Lu共15个元素称镧系元素，用符号Ln表示；第七周期B位置从89Ac到103Lr共15个元素称锕系

9、元素，用符号An表示。它们的最后一个电子填入倒数第三层(n2)f。元素 化学112022/11/9IA0A A A B BBBLa系f区(n2)f014(n1)d02 ns2全为金属，Ac系为放射性元素Ac系(3)(3)价电子构型与元素分区价电子构型与元素分区s区ns12活泼金属ds区(n1)d10ns12介于dp间d区(n1)d19ns12全为金属呈多变氧化态 非金属 p区 ns2np16 金属元素 化学2022/11/93 3 原子性质的周期性原子性质的周期性(1)有效核电荷(Z)屏蔽效应 多电子原子中，电子不仅受到原子核的吸引，还受到其他电子的排斥。这种其他电子对指定电子的排斥作用可看成

10、是抵消部分核电荷的作用，从而削弱了核电荷对指定电子的吸引力，使作用在指定电子上的有效核电荷下降。这种抵消部分核电荷的作用叫屏蔽效应。屏蔽效应的大小可用斯莱脱(Slater)规则计算得出的屏蔽常数i表示。i为除被屏蔽电子以外的其余电子对被屏蔽电子的屏蔽常数之和，i=。元素 化学132022/11/9屏蔽常数的计算屏蔽常数的计算 SlaterSlater规则规则A.轨道分组：(1s),(2s2p),(3s3p),(3d),(4s4p),(4d),(4f),(5s5p)位于被屏蔽电子右边各组对屏蔽电子的屏蔽常数=0，即近似 看作对该电子无屏蔽作用；B.按上面分组，同组电子间=0.35(1s组例外，=

11、0.3)；C.对(ns)(np)组的电子，(n1)层的电子对其的屏蔽常数=0.85，(n2)电子层及更内层对其的屏蔽常数=1.00；D.对nd或nf组的电子，左边各组电子对其的屏蔽常数 =1.00。元素 化学142022/11/9Question 例 计算21Sc的4s电子和3d电子的屏蔽常数i。解：21Sc的电子构型为1s22s22p63s23p63d14s2 分组：(1s)2(2s2p)8(3s3p)8(3d)1(4s)2 4s=101.00 +90.85 +10.35 =18.00 3d=181.00 =18.00元素 化学2022/11/9有效核电荷 核电荷数(Z)减去屏蔽常数(i)得

12、到有效核电荷(Z)：Z=Z i 多电子原子中，每个电子不但受其他电子的屏蔽，而且也对其他电子产生屏蔽作用。电子的轨道能量可按下式估算：Z*：作用在某一电子上的有效核电荷数；n*：该电子的有效主量子数，与主量子数n有关：n 1 2 3 4 56 n*1.0 2.0 3.03.74.04.2元素 化学162022/11/9例：试确定19K的最后一个电子是填在3d还是4s轨道？Question 解：若最后一个电子是填在3d轨道，则K原子的电子结构式为 1s22s22p63s23p63d1 若最后一个电子是填在4s轨道，则K原子的电子结构式为 1s22s22p63s23p64s1 Z3d=19(181

13、.00)=1.0 Z4s=19(101.00+80.85)=2.2 E3d=2.1791018J(1.00/3.0)2=0.241018J E4s=2.1791018J(2.2/3.7)2=0.771018J由于E4s E3d，根据能量最低原理，19K原子最后一个电子应填入4s轨道，所以19K的电子结构式为1s22s22p63s23p64s1。元素 化学172022/11/9例：试计算21Sc的E3d和E4s，确定21Sc在失电子时是先失3d 电子还是4s电子。解：21Sc的电子结构式为：1s22s22p63s23p63d14s2 根据前例已知 4s=3d=18.0 Z3d=Z i=2118.

14、0=3.0 Z4s=2118.0=3.0 E3d=2.1791018(3.0/3.0)2J=2.21018J E4s=2.1791018(3.0/3.7)2J=1.41018J由于此时E4s E3d，所以21Sc原子在失电子时先失去4s电子，过渡金属原子在失电子时都是先失去4s电子再失3d电子的。Question 元素 化学182022/11/9 Z*确定后，就能计算多电子原子中各轨道的近似能量。在同一原子中，当轨道角动量量子数l相同时，主量子数n值愈大，相应的轨道能量愈高。因而有 E1sE2sE3s；E2pE3pE4p；E3dE4dE5d；E4f E5f。当主量子数n相同时，随着轨道角动量量

15、子数l的增大，相应轨道的能量也随之升高。因而有 Ens Enp End Enf (钻穿效应)当主量子数n与轨道角动量量子数l均不相同时，应求出Z*再求出Ei，所以有能级交叉现象，如E4s 与E3d。元素 化学192022/11/9有效核电荷的周期性变化(最外层电子的Z*)第三周期NaMgAlSiPSClZ*2.202.853.504.154.805.456.10第一过渡系 ScTiVCrMnFeCoNiCuZnZ*3.00 3.15 3.30 2.95 3.60 3.75 3.90 4.05 3.70 4.35镧系La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Y

16、b LuZ*3.003.002.852.852.852.852.853.002.852.852.852.852.852.853.00同一周期：对短周期，电子填入同一层，Z1，0.35,Z*0.65 所以从左右，Z*；对长周期，电子填入(n1)层，Z1，0.85,Z*不明显；而在填满d10后，(n1)层为18电子全满，屏蔽效应较大，Z*略(Cu)同一族：从上下，Z明显，Z*不明显；如 原因：增加一个满电子层，屏蔽作用很强。由于Z*的周期性变化，引起原子半径、电离能、电子亲和能、电负性等的周期性变化。Li Na K Rb1.3 2.2 2.2 3.7元素 化学202022/11/9元素 化学212022/11/9(2)(2)原子半径原子半径(r r)根据原子与原子间作用力的不同，原子半径的数据一般有三种：共价半径、金属半径和范德华半径。共价半径 同种元素的共价分子中原子核间距的一半(l/2)；金属半径 金属晶体中相邻原子核间距的一半；范德华半径 当两个原子只靠范德华力(分子间作用力)互相吸引时，它们核间距的一半称为范德华半径。共价半径金属半径范德华半径元素 化学232022/11/9原子半