重 點(diǎn) ： 四 個(gè) 量 子 數(shù) 和 核 外 電 子 排 布 規(guī) 則 、 化 學(xué) 鍵 極 性 的 比 較 ， 配 位 化 合 物 命 名 。司 法 化 學(xué) 中 涉 及 的 化 合 物 的 性 質(zhì) 及 應(yīng) 用 。難 點(diǎn) ： 四 個(gè) 量 子 數(shù) 和 電 子 排 布 式 的 書(shū)寫 。 元 素 在 周 期 表 中 的 位 置 ， 由 元 素 原 子 的 結(jié) 構(gòu) 決 定 ，而 元 素 原 子 的 結(jié) 構(gòu) 又 決 定 了 元 素 的 性 質(zhì) ， 即 元 素 的 性 質(zhì)是 元 素 在 元 素 周 期 表 中 位 置 的 外 在 反 映 。 1 第 一 節(jié) 原 子 的 結(jié) 構(gòu)一 、 化 學(xué) 元 素 周 期 表 2 3 門 捷 列 夫 化 學(xué) 元 素 周 期 表 新 添 兩 個(gè) 元 素 ， 位 次 分 別 為 114和116。 鑒 于 兩 個(gè) 元 素 尚 未 永 久 命 名 ， 暫 以 元 素 114和 元 素 116代 稱 。 這 兩 個(gè) 元 素 盡 管 “ 生 命 ” 周 期 在 現(xiàn) 實(shí) 世 界 中 只 能 以 秒 計(jì) ， 科學(xué) 地 位 卻 得 以 永 恒 。 與 座 次 靠 前 的 碳 、 金 、 錫 等 元 素 不 同 ， 元 素114和 元 素 116在 現(xiàn) 實(shí) 世 界 中 瞬 間 即 逝 。 前 者 的 衰 變 期 為 幾 秒 鐘 ，后 者 的 衰 變 期 只 有 幾 分 之 一 秒 。 兩 個(gè) 新 元 素 均 非 自 然 存 在 ， 由 實(shí)驗(yàn) 室 “ 合 成 ” 。 美 國(guó) 和 俄 羅 斯 科 學(xué) 家 團(tuán) 隊(duì) 在 實(shí) 驗(yàn) 室 借 助 鈣 離 子高 速 撞 擊 钚 原 子 或 鋦 原 子 得 到 元 素 114和 元 素 116， 年 代 分 別 為2004年 和 2006年 。 11211111010910810710610510489-103 80797877767574737257-71 48474645444342414039 30292827262524232221 868584838281 545352515049 363534333231 181716151413 1098765 28887 5655 3837 2019 1211 4317654 1882MLk3 82LK2 2K1元素周期表IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA零族IIIB IVB VB VIB VIIB VIII IB II B主族周期副族過(guò)渡元素族：具有相同的最外層電子數(shù)的列周期：具有相同的電子層數(shù)的行主 族 序 數(shù) =最 外 層 電 子 數(shù) =主 族 元 素 最 高 正 價(jià) 數(shù)原 子 序 數(shù) ： 根 據(jù) 元 素 在 周 期 表 中 位 置 的 編 號(hào)原子序數(shù)質(zhì)子數(shù)核外電子數(shù) 5 它 們 分 別 有 幾 個(gè) 電 子 層 ？ 位 于 第 幾 周 期 ？ 例 1： 已 知 碳 元 素 、 鎂 元 素 和 溴 元 素 的 原 子 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 ： 7 碳 有 兩 個(gè) 電 子 層 ， 位 于 第 二 周 期 ; 鎂 有 三 個(gè) 電 子 層 ， 位 于 第 三 周 期 ; 溴 有 四 個(gè) 電 子 層 ， 位 于 第 四 周 期 。 8 1s2 2s2 2p6 3s1 9 Na的 原 子 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖Na 的 核 外 電 子 排 布 圖Na 的 核 外 電 子 軌 道 排 布 圖 圖 中 圓 圈 內(nèi) 填 入 +11， 表 示 原 子 核 內(nèi) 有 11個(gè) 質(zhì) 子 ， 弧 線就 表 示 電 子 在 核 外 一 定 距 離 的 空 間 (設(shè) 想 是 球 形 )， 弧 線上 的 數(shù) 字 表 示 電 子 數(shù) 。 多 電 子 原 子 里 電 子 是 分 層 運(yùn) 動(dòng) 的 ， 核 外 電 子 根 據(jù) 能量 的 差 異 和 通 常 運(yùn) 動(dòng) 的 區(qū) 域 離 核 的 遠(yuǎn) 近 不 同 ， 分 屬 于 不同 的 電 子 層 。 10 11 二 、 電 子 的 空 間 運(yùn) 動(dòng) 狀 態(tài) 與 四 個(gè) 量 子 數(shù) （ 一 ） 量 子 數(shù) 決 定 電 子 運(yùn) 動(dòng) 的 能 量 和 方 向 的 無(wú) 量 綱 的 數(shù) 。 主 量 子 數(shù) （ n） ， 角 量 子 數(shù) （ L） ， 磁 量 子 數(shù) （ m） ， 自 旋 量 子 數(shù) （ ms） 。 12 13 3個(gè) 量 子 數(shù) 的 物 理 意 義主量子數(shù)n 確 定 原 子 中 電 子 的 能 量 和 離 核 的 距 離 。 元 素 所在 的 周 期 數(shù) 。 （ n的 取 值 : 1,2,3, n 等 正 整 數(shù) ）電 子 層 數(shù) n： 1 2 3 4 5 6 7 光 譜 學(xué) 符 號(hào) ： K L M N O P Q將 具 有相同n值的 各 原 子 軌 道 稱 為同一電子層軌 道 。如 ： 3s、 3p、 3d 同 屬 于 M電 子 層 14 角量子數(shù) L 決 定 原 子 軌 道 的 形 狀 （ 球 形 、 8字 形 、 花 瓣 形 等 ） 取 值 : 0， 1， 2， 3,（ n 1） 將 同 一 電 子 層 中 具 有 相 同 L 值 的 各 原 子 軌 道 稱為 同 電 子 亞 層 軌 道 。 L： 0 1 2 3 電 子 亞 層 ： s p d f 對(duì)于給定的主量子數(shù)n來(lái)說(shuō)，可有n個(gè)不相同的角量子數(shù)L。 如：主量子數(shù) n=3， L = 0、1、2如 ： 3dxy、 3dyz、 3dxz 同 屬 于 M電 子 層 的 d 亞 層 原 子 軌 道 ： 把 電 子 出 現(xiàn) 的 幾 率 相 等 的 地 方 聯(lián) 接 起來(lái) ， 稱 為 等 密 度 面 ， 如 果 這 個(gè) 等 密 度 面 包 括 電 子 出 現(xiàn)的 總 幾 率 在 95%以 上 ， 這 個(gè) 電 子 運(yùn) 動(dòng) 的 空 間 范 圍 就 稱為 原 子 軌 道 。 原 子 軌 道 也 可 以 理 解 為 具 有 一 定 形 狀 和 伸 展 方 向的 電 子 云 所 占 據(jù) 的 空 間 。 電 子 云 不 僅 有 確 定 的 形 狀 ，而 且 有 一 定 的 伸 展 方 向 。 電 子 云 的 每 一 種 伸 展 方 向 就是 一 個(gè) 原 子 軌 道 。 15 16 x yz z x z xys px pypz xzy xz y zydxy dxzdyz d dx y2 2- z2_圖1 s ， p ， d 的原子軌道的角度分布 原子軌道 電子云 （ 1） 原 子 軌 道 角 度 分 布 圖 有 正 、 負(fù) 號(hào) 之 分 ；（ 2） 3個(gè) p軌 道 的 角 度 分 布 圖 形 狀 相 同 ， 只 是 空 間 取 向 不同 ；（ 3） 5個(gè) d軌 道 的 角 度 分 布 圖 形 狀 相 似 ， 并 且 空 間 取 向 不同 。（ 4） 電 子 云 的 角 度 分 布 圖 與 原 子 軌 道 的 角 度 分 布 圖 形 狀相 似 ， 但 有 兩 點(diǎn) 區(qū) 別 ： 電 子 云 角 度 分 布 圖 要 “ 瘦 ” 一 些 ； 電 子 云 角 度 分 布 圖 沒(méi) 有 正 、 負(fù) 號(hào) 之 分 。 18 19 磁量子數(shù)m 決 定 原 子 軌 道 在 空 間 的 伸 展 方 向 ， m與 能 量 無(wú) 關(guān) 。 取 值 : 0， 1， 2, L,有 2L +1個(gè) m值 ， 與 角 量 子 數(shù) L有 關(guān) ！ 如 ： L=1, 為 p軌 道 ,m值 可 取 0、 +1、 -1， 有 三 種 不 同 取 向 : px， py， pz， 三 者 的 能 量 是 相 同 的 。 L 相 同 時(shí) ,因 m不 同 ， 原 子 軌 道 可 能 有 不 同 的 伸 展 方 向 再 如 ： d軌 道 ， L =2, m值 可 取 0、 +1、 -1、 +2、 -2 五 個(gè) 值 ， 有 五 種 不 同 取 向 ： 3d xy、 3dyz、 3dxz、 這 五 個(gè) 軌 道 的 能 量 是 相 同 的 。 n、 L相 同 , m 不 同 的 原 子 軌 道 稱 簡(jiǎn) 并 軌 道 。222 3,3 yxz dd 20 L m空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)0 0 s 軌道 一種1 +1,0,1 p 軌道 三種2 +2,+1,0,1,2 d 軌道 五種3 +3,+2,+1,0,1,2,3 f 軌道 七種每 一 電 子 層 共 有 n2個(gè) 原 子 軌 道 21 自 旋 量 子 數(shù) ms 電 子 的 自 旋 有 兩 種 狀 態(tài) ， 即 表 示 填 充 在 軌 道 中 電 子 的 自 旋方 向 ， 因 此 ， ms的 取 值 只 有 兩 個(gè) ： 和21 21一 般 用 向 上 或 向 下 的 箭 頭 來(lái) 表 示 ： 、 1.主量子數(shù)n決定原子軌道離核的遠(yuǎn)近，并在確定電子運(yùn)動(dòng)能量時(shí)起最主要作用。2.角量子數(shù)L決定原子軌道運(yùn)動(dòng)的形狀，并在多電子原子中與主量子數(shù)一起確定電子運(yùn)動(dòng)能量。L n13.磁量子數(shù)m決定原子軌道在空間伸展方向。 m 2L+1 4.自旋量子數(shù)ms決定原子軌道內(nèi)的電子的自旋方向，其取值只有兩個(gè)ms 因 此 ， 按 四 個(gè) 量 子 數(shù) 間 的 關(guān) 系 ， 可 以 確 定 每 一 電子 層 中 可 能 存 在 的 電 子 運(yùn) 動(dòng) 狀 態(tài) 數(shù) ， 即 每 一 電 子 層 中的 電 子 數(shù) 目 。 一 個(gè) 電 子 的 運(yùn) 動(dòng) 狀 態(tài) 要 由 n、 L、 m、 m s 四 個(gè) 量 子 數(shù) 才 能 完 全 確 定 下 來(lái) ！12 23 主量子數(shù) n 1 2 3 4電子層 K L M N角量子數(shù) L 0 1 2 3電子亞層 s p d f每個(gè)亞層中軌道數(shù)目1 3 5 7每個(gè)電子層最多容納的電子數(shù)2 8 18 2n2每個(gè)亞層最多 容納電子數(shù)2 6 10 14 24 1、 核 外 電 子 是 分 層 排 列 的 ,從 里 到 外 1,2,3,4,5,6,7。 2、 第 一 層 最 多 2個(gè) 電 子 ,第 二 層 最 多 8個(gè) 電 子 ,最 外 層不 超 過(guò) 8個(gè) 電 子 ， 倒 數(shù) 第 二 層 不 超 過(guò) 18個(gè) 電 子 ， 倒 數(shù)第 三 層 最 多 不 超 過(guò) 32個(gè) 電 子 。 3、 最 外 層 8個(gè) 電 子 的 結(jié) 構(gòu) 叫 做 穩(wěn) 定 結(jié) 構(gòu) （ 特 殊 的 是稀 有 氣 體 中 的 氦 是 最 外 層 2個(gè) 電 子 ） 。 最 外 層 不 超 過(guò)8個(gè) 。 2 182 18 2 22.179 10 (J)1 12.179 10 (J) 13.6 (ev)zE n n n （ 一 ） 近 似 能 級(jí) 圖 26電 子 填 充 軌 道 的 能 級(jí) 順 序 圖 27 L相 同 時(shí) ， n 值 越 大 ， 軌 道 的 能 量 越 高 。 如 ： E1s E2s E3s； n相 同 時(shí) ， L值 越 大 ， 軌 道 的 能 量 越 高 。 如 ： E3s E3p E3d； n、 L皆 不 同 時(shí) ， 出 現(xiàn) “ 能 級(jí) 交 錯(cuò) ” 現(xiàn) 象 如 ： E4s E3d E6s E4f E5d E4s， E5sE5dE4fE6s 28 能 級(jí) 交 錯(cuò) ： 這 種 n值 大 的 原 子 軌 道 的 能 量 反 而 比 n 值 小 的 軌 道 能 量 低 的 現(xiàn) 象 稱 為 能 級(jí) 交 錯(cuò) 。 即 原 子 軌 道 能 量 高 低 次 序 與 電 子 層 次 序 不 一 致 的 現(xiàn) 象 。 29 多 電 子 原 子 中 ， 任 一 電 子 的 受 力 情 況 : （ 二 ） 屏 蔽 效 應(yīng) 與 鉆 穿 效 應(yīng)1. 屏 蔽 效 應(yīng) 原 子 核 的 吸 引其 它 電 子 的 排 斥 這 種 將 其 它 電 子 對(duì) 某 個(gè) 電 子的 排 斥 作 用 ， 歸 結(jié) 為 抵 消 一 部 分核 電 荷 的 作 用 ， 稱 為 屏 蔽 效 應(yīng) 。在 原 子 中 ， 如 果 屏 蔽 效 應(yīng) 大 ， 就 會(huì) 使 電 子 受 到的 有 效 核 電 荷 減 少 ， 因 而 電 子 具 有 的 能 量 就 增 大 。屏 蔽 效 應(yīng) E 30 2.鉆 穿 效 應(yīng)鉆 穿 效 應(yīng) ： 這 種 由 于 電 子 鉆 穿 而 引 起 能 量 變 化 的現(xiàn) 象 。 鉆 穿 ： 電 子 滲 入 原 子 內(nèi) 部 空 間 而 更 靠 近 原 子 核 的 本 領(lǐng) 。鉆 穿 的 結(jié) 果 ： 降 低 了 其 它 電 子 對(duì) 它 的 屏 蔽 作 用 ，起 到 了 增 加 有 效 核 電 荷 Z*， 降 低 軌 道 能 量 的 作 用 。 31對(duì) 于 n相 同 的 電 子 ， 鉆 穿 效 應(yīng) : ns np nd 則 能 量 : ns np nd r (ao) D鉆 穿 效 應(yīng) 的 大 小 可 從 核 外 電 子 的 徑 向 分 布 函 數(shù) 圖 看 出鉆 穿 效 應(yīng) ED(r) 的 物 理 意 義 ： 在 半 徑 為 r 處 單 位 厚 度 薄 球 殼 內(nèi) 出 現(xiàn) 電 子幾 率 。 1s 軌 道 的 電 子 云 徑 向 分 布 在 r=a。 處 出 現(xiàn) 極 大 值 ； 隨 主量 子 數(shù) n的 增 大 ， s 軌 道 電 子 云 徑 向 分 布 最 大 值 處 離 核 的 距 離逐 漸 增 大 ， 但 內(nèi) 部 仍 然 存 在 小 峰 。徑 向 分 布 函 數(shù) 的 特 點(diǎn) 是 ： 具 有 ( n L)個(gè) 峰 ， L 值 越 小 的 軌 道 ， 其 主 峰 前 面 的 小峰 越 多 ， 電 子 在 內(nèi) 層 出 現(xiàn) 的 幾 率 越 大 。 32能 級(jí) 交 錯(cuò) ： ns (n-1)d4s n L 有 較 強(qiáng) 鉆 穿 效 應(yīng) ， 易 靠 近 核 r E3d n L 離 核 遠(yuǎn) 鉆 穿 屏 蔽 E （ 2） 徐 光 憲 近 似 規(guī) 律 多 電 子 原 子 的 外 層 軌 道 的 能 量 次 序 按 (n + 0.7L) 值 的 大 小 來(lái) 確 定 。 ( n+ 0.7L ) 值 越 大 , 能 級(jí) 越 高 ; 對(duì) 于 離 子 的 外 層 電 子 , ( n+ 0.4L ) 值 越 大 , 能 級(jí) 越 高 ; 對(duì) 于 原 子 或 離 子 來(lái) 說(shuō) , 能 級(jí) 高 低 基 本 上 由 主 量子 數(shù) 確 定 。 33 主量子數(shù) 角量子數(shù)如 ： 4s 和 3d 兩 個(gè) 軌 道 ， 它 們 的 (n + 0.7L)值 分 別 為4.0和 4.4， 因 此 ： E4s E3d。 再 如 ： 4f 和 6s兩 個(gè) 軌 道 ， 它 們 的 (n + 0.7L)值 分 別為 6.1和 6.0， 因 此 ： E 6s E4f 34能 級(jí) 組 ： 原 子 中 (n+0.7L) 值 整 數(shù) 部 分 相 同 的 一 組 原 子 軌 道 。 軌 道 L n+0.7L 能 級(jí) 組 軌 道 L n+0.7L 能 級(jí) 組 1s 0 1.0 一 5s 0 5.0 五 2s 0 2.0 二 4d 2 5.4 五 2p 1 2.7 二 5p 1 5.7 五 3s 0 3.0 三 6s 0 6.0 六 3p 1 3.7 三 4f 3 6.1 六 4s 0 4.0 四 5d 2 6.4 六 3d 2 4.4 四 6p 1 6.7 六 4p 1 4.7 四 7s 0 7.0 七 多 電 子 原 子 軌 道 能 級(jí) 次 序 35 36 例 ： K原 子 的 電 子 層 結(jié) 構(gòu) 為 ：而 不 是 ： 162622 333221 dpspss 162622 433221 spspss 37 2、 泡 利 不 相 容 原 理 ： 在 同 一 軌 道 上 最 多 只 能 容 納 兩個(gè) 自 旋 方 向 相 反 的 電 子 。 或 說(shuō) ： “ 同 一 原 子 中 ， 不可 能 有 4 個(gè) 量 子 數(shù) 完 全 相 同 的 2 個(gè) 電 子 同 時(shí) 存 在 。 例 ： 用 于 描 述 氟 （ F） 原 子 最 外 層 電 子 位于 原 子 軌 道 2p的 各 量 子 數(shù) 值 為 ： n=2， L=1， m=1或 0或 -1， ms= 或 。F的 最 外 層 電 子 排 布 式 ： 2p5 2p 每 個(gè) 電 子 層 最 大 電 子 容 量 為 ： 2n2 個(gè)12 12 書(shū) 寫 時(shí) ， 電 子 排 布 式 中 的 內(nèi) 層 電 子 排 布 可 用 相 應(yīng)的 稀 有 氣 體 的 元 素 符 號(hào) 加 方 括 號(hào) 來(lái) 表 示 ， 以 簡(jiǎn) 化 電 子排 布 式 。 以 稀 有 氣 體 的 元 素 符 號(hào) 加 方 括 號(hào) 的 稱 為 “ 原子 實(shí) ”。 原 子 實(shí) He:1s2Ne:1s2 2s2 2p6Ar:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6Kr:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 38 39 v原 子 核 外 電 子 排 布 式 = 電 子 構(gòu) 型 2362622 4333221 sdpspss V原 子 ， Z = 23, 例 ： 3262622 3433221 dspspss注 意 ： 可 按 電 子 層 的 次 序 寫 ！Z： 為 原 子 的 核 電 荷 數(shù) （ 等 于 原 子 序 數(shù) ） 11062622 4333221 sdpspss 2962622 4333221 sdpspss Cu原 子 ， Z=29 40 Cr： 1562622 4333221 sdpspss 3d3d而 不 是 ： 1562622 4333221 sdpspss 2462622 4333221 sdpspss Cr原 子 ， Z=24 41 例 ： C原 子 核 外 電 子 排 布 式 為 ：3、 洪 特 規(guī) 則 ： 在 同 一 亞 層 的 各 個(gè) 軌 道 （ 等 價(jià) 軌道 ） 上 ， 電 子 的 排 布 將 盡 可 能 分 占 不 同 的 軌 道 ，并 且 自 旋 方 向 相 同 。 (針 對(duì) p、 d、 f） )22(221 11222 yx pppss 或 ： 42 N原 子 核 外 的 電 子 排 布 )222(221 111322 zyx ppppss 全 空 p0 d0 f0 半 充 滿 p3 d5 f7 全 充 滿 p 6 d10 f14 43 洪 特 規(guī) 則 的 特 例 ： 例 如 Mn 原 子 3d 軌 道 中 的 5 個(gè) 電 子 按 下 面 列 出的 方 式 (a)， 而 不 是 按 方 式 (b)排 布 。 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s2 (b) Ar (a) Ar 3d 4s等 價(jià) 軌 道 在全 充 滿 、 半充 滿 或 全 空的 狀 態(tài) 是 比較 穩(wěn) 定 的 44 以 鉻 為 例 ：1.鉻 原 子 核 外 有 24個(gè) 電 子 ， 可 以 填 滿 1s至 4s所 有 的軌 道 ， 還 剩 余 4個(gè) 填 入 3d軌 道 ： 1s22s22p63s23p64s23d42.由 于 半 充 滿 更 穩(wěn) 定 ， 排 布 發(fā) 生 變 化 ： 1s22s22p63s23p64s13d53.除 了 6個(gè) 價(jià) 電 子 之 外 ， 其 余 的 電 子 一 般 不 發(fā) 生 化 學(xué)反 應(yīng) ， 于 是 簡(jiǎn) 寫 為 ： Ar4s13d54.這 里 ， 具 有 氬 的 電 子 構(gòu) 型 的 那 18個(gè) 電 子 稱 為 “ 原子 實(shí) ” 。 一 般 把 主 量 子 數(shù) 小 的 寫 在 前 面 ： Ar3d 54s1 45 各 元 素 的 基 態(tài) 電 子 排 布 （ 電 子 構(gòu) 型 ） 必 須 由 光 譜實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 確 定 ； 光 譜 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 證 明 多 數(shù) 元 素 原 子 基 態(tài)的 電 子 構(gòu) 型 符 合 上 述 3項(xiàng) 排 布 規(guī) 則 ， 但 周 期 系 有 十 幾種 元 素 (如 某 些 原 子 序 數(shù) 較 大 的 過(guò) 渡 元 素 和 鑭 系 、 錒系 中 的 某 些 元 素 ） 的 電 子 層 結(jié) 構(gòu) 不 符 合 上 述 三 個(gè) 排 布原 則 ： 特 例 ： 78Pt鉑 Xe4f145d96s1而 不 是 4f145d106s0也 不 是 4f145d86s2 電 子 在 原 子 軌 道 中 的 排 布 方 式 稱 為 電 子 層 結(jié) 構(gòu) ，簡(jiǎn) 稱 電 子 構(gòu) 型 。 電 子 構(gòu) 型 的 表 示 形 式 有 三 種 ：（ 1） 軌 道 表 示 式 例 如 鎂 原 子 的 軌 道 表 示 式 為 ： 或 1s 2s 2p 3s 1s 2s 2p 3s （ 2） 電 子 排 布 式 它 是 在 亞 層 符 號(hào) 的 右 上 角 用 數(shù) 字注 明 所 排 列 的 電 子 數(shù) 目 。 鎂 原 子 的 電 子 排 布 式 為 ： 1s22s22p63s2或 Ne3s2 （ 3） 價(jià) 電 子 層 結(jié) 構(gòu) 式 價(jià) 電 子 層 結(jié) 構(gòu) 指 的 是 價(jià) 電 子（ 即 外 層 電 子 =能 參 與 成 鍵 的 電 子 ） 所 排 布 的 電 子 層結(jié) 構(gòu) 。 46 成 對(duì) 的 電 子 未 成 對(duì) 的 電 子4.電 子 構(gòu) 型 47 主 族 元 素 最 外 層 電 子副 族 元 素 最 外 層 電 子 (n -1)層 d 軌 道 電 子鑭 、 錒 系 元 素 最 外 層 電 子 (n -2)層 f 軌 道 電 子外 層電 子例 ： C Mg Cr Cu U 2s22p2 3s2 3d54s1 3d104s1 5f 36d17s2外 層 電 子 = 價(jià) 電 子 最 外 層 電 子 48 原 子 失 去 電 子 變 成 離 子 時(shí) ， 按 電 子 層 次 序 先 失 去 最外 層 電 子 。 失 電 子 的 順 序 按 軌 道 （ n+0.4L） 值 的 大 小 來(lái) 確 定 ，其 值 大 的 軌 道 上 的 電 子 先 失 去 。如 ： 3d軌 道 ： n+0.4L= 3 + 0.4 2 = 3.8 4s軌 道 ： n+0.4L = 4 + 0.4 0 = 4.0 Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 Fe2+ 1s22s22p63s23p63d6 （ 正 確 ） 1s22s22p63s23p63d44s2 （ 錯(cuò) 誤 ） Fe 3+ 1s22s22p63s23p63d5 （ 正 確 ） （ 4） 離 子 的 電 子 層 結(jié) 構(gòu) （ 主 要 指 離 子 的 外 層 電 子 構(gòu) 型 ） 49 簡(jiǎn) 單 的 負(fù) 離 子 ： 8電 子 結(jié) 構(gòu) (如 ;F ,Cl ,O2 等 ) 簡(jiǎn) 單 正 離 子 : 有 多 種 構(gòu) 型 ， 如 下 所 列 ： 2電 子 構(gòu) 型 (ns2) ： Li+、 Be2+ （ s區(qū) ） 8電 子 構(gòu) 型 (ns2np6)： Na+、 Mg2+、 Al3+ （ s、 p區(qū) ） 18電 子 構(gòu) 型 (ns2np6 nd10 ) ： Zn2+、 Hg2+、 Ga3+、 Cu+（ ds區(qū) 、 p區(qū) ） 18+2電 子 構(gòu) 型 (n-1)s2(n-1)p6 (n-1)d10ns2 ： Pb 2+、 Sn2+ （ p區(qū) ） 9 17電 子 構(gòu) 型 (ns2np6 nd1-9) ： Fe2+、 Cr3+、 Cu2+ （ d區(qū) ） 50 周 期 表 中 位 置 外 層 電 子 構(gòu) 型 分 區(qū) A、 A ns12 s A A、 0族 ns2np16 p B B、 (n-1)d 19ns12 d B、 B (n-1)d 10ns12 ds鑭 系 、 錒 系（ 包 括 鑭 、 錒 ） (n-2)f 114(n-1)d 02ns2 f 5、 電 子 層 結(jié) 構(gòu) 與 元 素 周 期 表 51 1 18 A 2 13 14 15 16 17 01 A A A A A A2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 123 B B B B B B B4567 s 區(qū) d 區(qū) ds 區(qū) p 區(qū) 鑭 系錒 系 f 區(qū) 周期族 周 期 表 分 區(qū) 示 意 圖 52如 ： Fe原 子 ， Z=26, 1s22s22p63s23p63d64s2 ,第 4周 期 (1) 周 期周 期 ： 元 素 周 期 表 中 的 每 一 行 。 目 前 共 有 7個(gè) 周 期周 期 數(shù) = 電 子 層 數(shù) = 最 后 一 個(gè) 電 子 所 處 的 能 級(jí) 組 數(shù)每 一 周 期 容 納 的 元 素 數(shù) 目 = 相 應(yīng) 能 級(jí) 組 所 能 容 納的 電 子 數(shù) 53 1 1s 2 2 (特 短 周 期 ) 2 2s2p 8 8 (短 周 期 ) 3 3s3p 8 8 (短 周 期 ) 4 3d4s4p 18 18 (長(zhǎng) 周 期 ) 5 4d5s 5p 18 18 (長(zhǎng) 周 期 ) 6 4f5d 6s6p 32 32 (特 長(zhǎng) 周 期 ) 7 5f6d 7s7p 32 32 (未 完 周 期 )周 期 能 級(jí) 組 能 級(jí) 組 容 納電 子 數(shù) 周 期 容 納元 素 個(gè) 數(shù) 54 元 素 所 在 族 數(shù) 與 元 素 原 子 的 外 層 電 子 構(gòu) 型 有 關(guān) 系A(chǔ) 族 B族 、 B族 族 數(shù) 等 于 元 素 原 子 的 最 外 層 電 子 數(shù) ；最 外 層 電 子 數(shù) 與 次 外 層 d 軌 道 電 子 數(shù) 之 和為 8 10（ 即 價(jià) 電 子 數(shù) 為 8 10） （ 有 三 列 ） 族 B族 B族 族 數(shù) 等 于 最 外 層 電 子 數(shù) 與 次 外 層 d 軌 道 電 子 數(shù) 之 和 （ 即 等 于 價(jià) 電 子 數(shù) ） 零 族 最 外 層 電 子 數(shù) 為 8（ He為 2） 。(2) 族 55 2Na (s) + Cl2 (g) 2NaCl (s) 第 二 節(jié) 分 子 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì)分 子 : 保 持 物 質(zhì) 化 學(xué) 性 質(zhì) 的 最 小 微 粒 ， 參 加 化 學(xué) 反 應(yīng) 的 基 本 單 元 。 56 57 離 子 鍵 ： 當(dāng) 活 潑 金 屬 元 素 (如 堿 金 屬 、 堿 土 金 屬 )的 原 子 和 活 潑的 非 金 屬 元 素 (如 鹵 素 )的 原 子 相 互 接 近 時(shí) ， 前 者 失 去 最 外 層 電 子 而成 陽(yáng) 離 子 ， 后 者 獲 得 電 子 而 成 陰 離 子 。 陰 、 陽(yáng) 離 子 之 間 由 于 靜 電 引力 而 相 互 吸 引 的 化 學(xué) 鍵 。 金 屬 原 子 帶 正 電 的 正 離 子 實(shí) 質(zhì) ： 非 金 屬 原 子 帶 負(fù) 電 的 負(fù) 離 子 靜電引力 )33(Cl)33(Cl )22(Na)3(Na 62-e52 62e1 psps pss ClClNa - aN 1 離 子 鍵1.1 離 子 鍵 的 形 成 58 1.2 形 成 離 子 鍵 的 條 件兩 種 原 子 間 電 負(fù) 性 相 差 較 大 ， 一 般 要 相 差 1.7以 上 。 元 素 的 電 負(fù) 性 ： 分 子 中 原 子 吸 引 電 子 的 能 力 稱 為 電 負(fù) 性 ， 元素 的 電 負(fù) 性 是 相 對(duì) 值 ， 它 是 以 最 活 潑 的 非 金 屬 F為 基 準(zhǔn) ， 其 它元 素 與 F相 比 較 而 得 到 的 對(duì) 應(yīng) 的 電 負(fù) 性 。 鮑 林 提 出 的 標(biāo) 度 。 根據(jù) 熱 化 學(xué) 數(shù) 據(jù) 和 分 子 的 鍵 能 ， 指 定 氟 的 電 負(fù) 性 為 4.0， 計(jì) 算 其 他元 素 的 相 對(duì) 電 負(fù) 性 。 元 素 電 負(fù) 性 的 大 小 ， 不 僅 能 說(shuō) 明 元 素 的 金 屬 性 和 非 金 屬 性 ，而 且 對(duì) 討 論 化 學(xué) 鍵 的 類 型 ， 元 素 的 氧 化 數(shù) 和 分 子 的 極 性 等 都 有密 切 關(guān) 系 。 原 子 的 電 負(fù) 性 越 大 ， 吸 引 電 子 的 能 力 越 強(qiáng) 。 59 Li Be H B C N O F 1.0 1.5 2.1 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Na Mg Al Si P S Cl 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.5 3.0 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br 0.8 1.0 1.3 1.5 1.6 1.6 1.5 1.8 1.8 1.9 1.9 1.6 1.6 1.8 2.0 2.4 2.8 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 1.9 2.2 2.2 2.2 1.9 1.7 1.7 1.8 1.9 2.1 2.5 Cs Ba La Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At 0.7 0.9 1.1 1.2 1.3 1.5 1.7 1.9 2.2 2.2 2.2 2.4 1.9 1.8 1.8 1.9 2.0 2.2 Fr Ra Ac Th Ha U Np No 0.7 0.9 1.1 1.3 1.4 1.4 1.4 1.3 60 電 負(fù) 性 的 應(yīng) 用 a. 判 斷 元 素 的 金 屬 性 和 非 金 屬 性b. 判 斷 氧 化 物 的 酸 堿 性c. 判 斷 化 學(xué) 鍵 的 性 質(zhì) 和 鍵 的 極 性規(guī) 律 ： 電 負(fù) 性 最 小 為 0.7（ Cs、 Fr） ； 最 大 為 4.0（ F） 。 元 素 的 電 負(fù) 性 越 大 ， 非 金 屬 性 越 強(qiáng) 。 電 負(fù) 性 小 于 2.0的 元 素 一 般 是 金 屬 元 素 。 61 2 共 價(jià) 鍵2.1 價(jià) 鍵 理 論 1. 共 價(jià) 鍵 的 形 成共 價(jià) 鍵 ： 通 過(guò) 共 用 電 子 對(duì) 所 形 成 的 化 學(xué) 鍵 。 鍵 和 鍵非 極 性 鍵 和 極 性 鍵 （ 由 元 素 的 電 負(fù) 性 來(lái) 判 別 ） 如電 子 對(duì) 不 是 平 均 共 有 而 偏 向 于 某 一 原 子 時(shí) ， 即 成為 極 性 共 價(jià) 鍵 (或 簡(jiǎn) 稱 極 性 鍵 )。 極 性 鍵 因 其 電 子對(duì) 偏 向 的 程 度 不 同 又 可 分 為 強(qiáng) 極 性 鍵 和 弱 極 性 鍵 。 配 位 共 價(jià) 鍵 62 2.2 價(jià) 鍵 理 論 基 本 要 點(diǎn)1 組 成 分 子 的 兩 原 子 必 須 具 有 單 電 子 ， 而 且 參 與 成鍵 的 單 電 子 的 自 旋 方 向 相 反 。 滿 足 上 述 條 件 的 兩 原 子 相 互 靠 近 時(shí) ， 兩 原 子 才能 共 享 這 對(duì) 電 子 ， 才 能 偶 合 配 對(duì) 形 成 穩(wěn) 定 的 共 價(jià) 鍵 。如 氦 原 子 無(wú) 單 電 子 ， 因 而 兩 個(gè) 氦 原 子 之 間 不 可 能 形成 共 價(jià) 鍵 。 若 原 子 具 有 兩 個(gè) 或 兩 個(gè) 以 上 單 電 子 則 可形 成 兩 個(gè) 或 兩 個(gè) 以 上 共 價(jià) 鍵 。 如 N2分 子 就 是 兩 個(gè) 氮原 子 共 享 了 三 對(duì) 電 子 ， 以 三 重 鍵 結(jié) 合 而 成 。2 最 大 重 疊 原 理共 價(jià) 鍵 的 形 成 是 原 子 軌 道 疊 加 的 結(jié) 果 ， 原 子 軌 道 重疊 越 多 ， 形 成 的 鍵 越 牢 固 。 63 H1s F 2p 2p2p F FF2H2HF 電 子 云 重 疊 示 意 圖 64HCl 1s3px 重 疊 越 大 ， 形 成 的 鍵 越 牢 固 共 價(jià) 鍵 具 有 方 向 性 。H2 1s1s 飽 和 性 指 每 種 元 素 的 原 子 能 提 供 用 于 形 成 共 價(jià) 鍵 的 軌道 數(shù) 是 一 定 的 。 因 為 每 個(gè) 原 子 所 能 提 供 的 未 成 對(duì) 電 子 數(shù) 是 一 定 的 ，一 個(gè) 原 子 的 一 個(gè) 未 成 對(duì) 電 子 與 其 他 原 子 的 未 成 對(duì) 電 子 配 對(duì) 后 ， 就 不能 再 與 其 它 電 子 配 對(duì) 。 方 向 性 除 s軌 道 是 球 形 的 以 外 ， 其 它 原 子 軌 道 都 有 其 固定 的 延 展 方 向 ， 所 以 共 價(jià) 鍵 在 形 成 時(shí) ， 軌 道 重 疊 也 有 固 定 的 方 向 ，共 價(jià) 鍵 也 有 它 的 方 向 性 ， 共 價(jià) 鍵 的 方 向 決 定 著 分 子 的 構(gòu) 形 。 在 單 質(zhì) 分 子 或 大 多 數(shù) 的 有 機(jī) 化 合 物 分 子 中 ， 原 子 就 是 以 共 價(jià) 鍵相 結(jié) 合 的 。 性 質(zhì) ： 熔 點(diǎn) 高 、 質(zhì) 硬 脆 、 導(dǎo) 電 能 力 差 。 65 飽 和 性 和 方 向 性 。2.3 共 價(jià) 鍵 的 特 征 66 2.4 共 價(jià) 鍵 的 類 型a: 鍵 兩 原 子 軌 道 沿 鍵 軸 方 向 進(jìn) 行 同 號(hào) 重 疊 所 形成 的 鍵 。 根 據(jù) 軌 道 重 疊 的 方 向 方 式 及重 疊 部 分 的 對(duì) 稱 性 劃 分 為 不同 的 類 型 頭 對(duì) 頭 兩 原 子 間 若 只 形 成 一 個(gè) 共 價(jià) 鍵 ， 一 定 是 鍵 ； 67 s s pxs pxpx 軌 道 重 疊 電 子 云 分 布 68電 子 云 分 布 b: 鍵 兩 原 子 軌 道 沿 鍵 軸 方 向 在 鍵 軸 兩 側(cè) 平 行 同 號(hào) 重 疊 所 形成 的 鍵 肩 并 肩zpz pz xpy py x軌 道 重 疊 兩 原 子 間 若 形 成 多 個(gè) 共 價(jià) 鍵 ， 其 中 一 個(gè) 是 鍵 ， 其 余 為 鍵 。 如 N2、 CH2 CH2、 CH CH； 69 配 位 鍵 ： 由 一 個(gè) 原 子 提 供 空 軌 道 ， 另 一 個(gè) 原 子 提 供 孤 對(duì) 電 子 所 形 成 的 化 學(xué) 鍵 。 用 箭 頭 “ ” 表 示 。C原 子 ： 2s22px12py12pz0 O原 子 ： 2s22px12py12pz22.5配 位 鍵如 ： CO 配 位 鍵 是 一 種 特 殊 的 共 價(jià) 鍵 。 當(dāng) 兩 原 子 間 形 成共 價(jià) 鍵 所 需 要 的 共 用 電 子 對(duì) ， 是 由 其 中 一 個(gè) 原 子 單 獨(dú)供 給 時(shí) ， 這 種 化 學(xué) 鍵 稱 之 為 配 位 鍵 。 這 主 要 是 因 為 供出 電 子 的 原 子 最 外 層 有 孤 對(duì) 電 子 而 接 受 電 子 的 原 子 又恰 有 空 軌 道 的 緣 故 。 要 點(diǎn) ： 中 心 原 （ 離 ） 子 與 配 位 原 子 之 間 是 配 位 鍵 ，中 心 原 （ 離 ） 子 提 供 空 軌 道 ， 配 位 原 子 提 供 孤 對(duì) 電 子 ；中 心 原 （ 離 ） 子 與 配 位 原 子 成 鍵 之 前 先 進(jìn) 行 軌 道 雜 化 。 70 71 0)Ag(NH 23 直 線 形)Ag(NH 23 NH3 NH34d 5s 5pAg 4d 5s 5psp雜 化 Ag(47) : Kr4d10 5s1 72 1、 雜 化 軌 道 理 論 從 電 子 具 有 波 動(dòng) 性 、 波 可 以 疊 加 的 觀 點(diǎn)出 發(fā) ， 認(rèn) 為 一 個(gè) 原 子 和 其 他 原 子 形 成 分 子 時(shí) ， 中 心 原 子 所 用 的原 子 軌 道 （ 即 波 函 數(shù) ） 不 是 原 來(lái) 純 粹 的 s軌 道 或 p軌 道 、 d軌 道 ，而 是 若 干 不 同 類 型 、 能 量 相 近 的 原 子 軌 道 經(jīng) 疊 加 混 雜 、 重 新 分配 軌 道 的 能 量 和 調(diào) 整 空 間 伸 展 方 向 ， 組 成 了 同 等 數(shù) 目 的 能 量 完全 相 同 的 新 的 原 子 軌 道 雜 化 軌 道 。 這 一 過(guò) 程 稱 為 原 子 軌 道的 雜 化 。 2、 雜 化 的 過(guò) 程 ： 在 形 成 分 子 時(shí) ， 通 常 存 在 激 發(fā) 、 雜 化 和軌 道 重 疊 的 過(guò) 程 。 3、 要 點(diǎn) ： 雜 化 軌 道 也 是 原 子 軌 道 ； 雜 化 軌 道 數(shù) =參 加 雜 化 的 原 子 軌 道 數(shù) ； 雜 化 軌 道 的 形 狀 和 方 向 取 決 于 中 心 原 子 的 雜 化 類 型 。 4、 s、 p、 d雜 化 軌 道 的 類 型 sp雜 化 1個(gè) s軌 道 與 1個(gè) p軌 道 雜 化 ， 組 成 2個(gè) 等 同 的 sp雜化 軌 道 ， 每 個(gè) sp雜 化 軌 道 中 含 的 s和 p。 兩 個(gè) sp雜 化 軌 道的 夾 角 為 1800， 形 成 的 分 子 為 直 線 型 ， 如 BeCl2、 乙 炔 等 。sp雜 化 可 稱 為 直 線 型 雜 化 。 sp2雜 化 1個(gè) s軌 道 與 2個(gè) p軌 道 雜 化 ， 組 成 3個(gè) 等 同 的 sp2雜化 軌 道 ， 每 個(gè) sp2雜 化 軌 道 中 含 1/3的 s和 2/3的 p。 3個(gè) sp2雜化 軌 道 的 夾 角 為 1200， 形 成 的 分 子 為 平 面 三 角 形 ， 如 BF3、BCl3等 ， sp2雜 化 可 稱 為 平 面 型 雜 化 。 sp 3雜 化 1個(gè) s軌 道 與 3個(gè) p軌 道 雜 化 ， 組 成 4個(gè) 等 同 的 sp3雜化 軌 道 ， 每 個(gè) sp3雜 化 軌 道 中 含 1/4的 s和 3/4的 p。 4個(gè) sp3雜化 軌 道 的 夾 角 為 109.50， 形 成 的 分 子 為 正 四 面 體 ， 如 CH4、SiH4 等 ， sp3雜 化 可 稱 為 立 體 型 雜 化 。 d2sp3雜 化 、 sp3d2雜 化 dsp2雜 化 sp3d雜 化 73 12 12 基 態(tài) Be原 子 的 外 層 電 子 構(gòu) 型 為 2s2， 無(wú) 未 成 對(duì) 電 子 ， 似 乎 不能 再 形 成 共 價(jià) 鍵 ， 但 Be的 一 個(gè) 2s電 子 可 以 激 發(fā) 進(jìn) 入 2p軌 道 ， 取sp雜 化 形 成 二 個(gè) 等 價(jià) 的 sp雜 化 軌 道 ， 分 別 與 Cl的 3p軌 道 沿 鍵 軸方 向 重 疊 ， 生 成 二 個(gè) (sp-p) 鍵 。 故 BeCl2分 子 呈 直 線 型 。 BeCl2分 子 形 成 的 整 個(gè) 雜 化 過(guò) 程 可 示 意 如 下 ： 74 激 發(fā) 雜 化 sp雜 化 軌 道2 個(gè) 電 子 能 量 相 等2s 2p1個(gè) 2s電 子 激 發(fā) 到 2p軌 道4 個(gè) 電 子 能 量 相 等與 2個(gè) Cl原 子 的 3p電 子 結(jié) 合 sp-p重 疊 成 鍵 2s 2p基 態(tài) Be原 子 2p2p 激 發(fā) 雜 化 sp2雜 化 軌 道2 個(gè) 電 子 能 量 相 等2s 2p1個(gè) 2s電 子 激 發(fā) 到 2p軌 道4 個(gè) 電 子 能 量 相 等與 3個(gè) F原 子 的 2p電 子 結(jié) 合 sp2-p重 疊 成 鍵 2s 2p基 態(tài) B原 子 2p 75 76 激 發(fā) 雜 化 sp3 雜 化 軌 道4 個(gè) 電 子 能 量 相 等 2s 2p基 態(tài) C原 子 2s 2p 1 個(gè) 2 s電 子 激 發(fā) 到 2 p軌 道4 個(gè) 電 子 能 量 相 等與 4 個(gè) H原 子 的 1 s電 子 結(jié) 合 sp3 -s重 疊 成 鍵CH4分 子 形 成 的 整 個(gè) 雜 化 過(guò) 程 可 示 意 如 下 ： 77 雜化類型雜化軌道夾角（） 空間取向 sp 180 直線型 sp2 120 平面正三角形 sp3 109.5 正四面體 sp3d (dsp3) 90 /120三角雙錐 sp 3d2(d2sp3) 90正八面體