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正文內(nèi)容

原子結(jié)構(gòu)黃島白色底色(參考版)

2025-05-06 05:18本頁面
  

【正文】 稀有氣體原子外層電子構(gòu)型 ns2np6 和堿土金屬外層電子型 ns2以及具有 (n1)d10ns2 構(gòu)型的 Ⅱ B族元素,都屬于軌道全充滿構(gòu)型,它們的電離能較大。一般來說,具有 p3, d5 , f7 等半滿電子構(gòu)型的元素電離能較大,即比前、后元素的電離能都要大。第二、三周期元素從左到右電離能變化有兩個轉(zhuǎn)折。 同一周期 元素 從左到右,隨核電荷數(shù)升高,原子半徑減小,核對外層電子吸引力增大,所以電離能逐漸增大。副族元素除 Ⅲ B族外,其它副族元素從上到下金屬性有逐漸減小的趨向。 電離能的變化規(guī)律 同一主族中:從上到下,電子層數(shù)越來越多,半徑越來越大,核對外層電子吸引力越來越小,所以電離能逐漸減小。 ??? ?? ? ))( geg M (基態(tài)原子 第一電離能( I1) ??? ? ?? ? 2 )()( geg MM 第二電離能( I2) 原子半徑在周期表中的變化趨勢 元素電離能越小,說明元素的原子或離子越容易失去電子;越大,說明元素的原子或離子越難失去電子。(但稀有氣體元素是個例外,它們本身具有非常穩(wěn)定的電子結(jié)構(gòu),所以既不容易得電子,也不易失電子。 Zr Nb Mo Hf Ta W pm 145 134 130 144 134 130 原子半徑的大小與原子得失電子的能力有密切關(guān)系。主族的變化趨勢較明顯,副族較弱一些。 同族中:從上到下,雖然核電荷數(shù)逐漸增大,對外層電子吸引力增強,但電子層數(shù)也逐漸增多。 變化規(guī)律: 同周期中:在短周期(一、二、三周期)中,從左到右,隨原子序數(shù)增大,核電荷數(shù)增多,核對外層電子吸引力增強,原子半徑逐漸減小; 數(shù)量級: 長周期(四、五、六、七)中:主族元素原子半徑的變化趨勢與短周期相同,而副族元素原子半徑從左到右減小趨勢較弱,因為副族元素的最后一個電子是填入次外層d軌道,這樣就抵消了一部分核對外層 s電子的吸引力( 屏蔽作用 ),所以有效核電荷數(shù)隨原子序數(shù)增加而增加的趨勢減緩,因而原子半徑的減小趨勢也比較弱。 如,氖( Ne)的范德華半徑為 160pm。(金屬元素) 原子半徑概念示意圖 ( r1為金屬半徑, r2為共價半徑, r3為 Van der Waals半徑) 范氏半徑( rV) : 稀有氣體在凝聚態(tài)時,原子之間不是靠化學(xué)鍵結(jié)合而是靠微弱的分子間作用力(范德華力)結(jié)合在一起,取固相中相鄰原子核間距的一半作為原子半徑稱為范德華半徑。 (非金屬元素) 金屬半徑( rm,metallic) :金屬單質(zhì)的晶體中,兩個相鄰金屬原子核間距的一半,稱為該金屬原子的金屬半徑。如果沒有特別指明,通常指的是形成共價單鍵時的半徑。通常說的半徑是指原子在形成化學(xué)鍵或者相互接觸時,最接近的兩個原子核之間的距離的一半。 167。 n= 4,最外層電子數(shù)= 7,外層電子構(gòu)型: 5244 ps∴ 電子分布式: ? ? 5210 443 psdAr →35號 Br 元素的性質(zhì)決定于核外電子的分布。 反過來,已知元素在周期表中的位置,也應(yīng)該能夠?qū)懗鏊碾娮臃植际?,確定是什么元素。當(dāng)原子失去電子形成離子時,不論是主族元素還是副族元素,均先失去的是最外層電子,因此往往會引起電子層數(shù)的減少;但在書寫離子的電子分布式時,則應(yīng)按照主量子數(shù)大小的順序進行。 族數(shù)=外層電子數(shù) 主族:最外層電子數(shù); 副族:最外層+次外層 d軌道電子數(shù) ★ 但 Ⅰ B、 Ⅱ B、 Ⅷ 例外: Ⅰ B、 Ⅱ B: 2110)1( ?? nsdnⅧ : 286)1( nsdn ??三、區(qū) 除了按周期和族劃分外,還可以根據(jù)元素外層電子構(gòu)型的 特征把周期表分為五個區(qū)( 169。外層電子構(gòu)型相同或相近、化學(xué)性質(zhì)相似的元素劃為一族,排在同一列中。 ∴ 周期數(shù)=原子的電子層數(shù)。每一橫行為一個周期,隨著元素原子序數(shù)的遞增,核外電子數(shù)也逐漸遞增,電子層數(shù)越來越多。 現(xiàn)代元素周期表 現(xiàn)在的元素周期表,共有 109種元素,橫向可以分為七個周期,縱向分為八個主族、八個副族,根據(jù)外層電子構(gòu)型的特點,還可以分為五個區(qū)。 牛頓說過:我是站在巨人肩膀上的。 門捷列夫 高明之處 為: 1 根據(jù)分子量排列 2 估計當(dāng)時測定的原子量可能有錯誤 3 在排列過程中讓出空位,意識到可能有未發(fā)現(xiàn)的元素。元素排列的順序稱原子序數(shù),即等于核電核數(shù),也等于原子中的電子數(shù)。但由于門捷列夫所處時代的限制,使他還不可能認(rèn)識到元素周期表的內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律。還根據(jù)左鄰右舍的性質(zhì)對待發(fā)現(xiàn)的元素性質(zhì)作預(yù)言,在周期表中留下空位,后來證實他的預(yù)言具有較高的準(zhǔn)確性。同年,德國化學(xué)家邁耶( Meyer L)也發(fā)表了類似結(jié)果:元素性質(zhì)是原子量的周期函數(shù),并在論文中提供了一張原子體積隨原子量變化的曲線圖?,F(xiàn)代人演繹為“ 元素的許多性質(zhì)隨著原子量的遞增呈現(xiàn)出周期性的變化 ?;瘜W(xué)家為探索其內(nèi)在聯(lián)系,提出了各式各樣元素分類法,如:德國化學(xué)家德伯頓納的“三素組”元素分類法,英國化學(xué)家紐蘭茲( Newlands)的“八音律”元素分類法等。 徐光憲先生總結(jié)出:在失去電子時,( n+)之大的電子能量高,先失去。 原子失去電子生成離子,原子總是首先失去能量高的電子,但是要注意到,在原子的基態(tài)時,原子核外電子的能量高低順序與電子填充時的原子軌道的能量高低順序不同,基態(tài)的原子其核外電子的能量不存在能級交錯的現(xiàn)象,主量子數(shù)大的原子軌道中的電子能量高。 B、寫出 34Se的電子分布式及價層電子構(gòu)型? 解: 34Se的近似能級順序為 1s22s22p63s23p64s23d104p4, ?其屬第四周期, VIA族, p區(qū),電子構(gòu)型為 34Se: 1s22s22p63s23p63d104s24p4, 價層電子分布為 34Se: 4s24p4。 元素離子的外層電子構(gòu)型: A、寫出 29Cu的電子分布式和價層電子構(gòu)型,所屬周期、區(qū)、族及其離子的外層電子構(gòu)型? 解: 29Cu: 1s22s22p63s23p63d104s1, 價層電子構(gòu)型為 29Cu: 3d104s1,故屬第四周期, ds區(qū),IB,其常見離子有 Cu+、 Cu2+。 總之,副族和 VIII族元素( d區(qū)和 ds區(qū))的最高氧化數(shù)可等于最外層電子數(shù)與次外層電子數(shù)之和(最高為8)。 29號 Cu,也符合洪特規(guī)則特例: 29Cu: 11062622 4333221 sdpspss★ 書寫電子分布式的注意事項: 10 軌道順序按主量子數(shù)由小到大排列,而電子的填充按軌道能級順序由低到高填入。通過量子力學(xué)的計算證明,這樣分布可以使體系處于能量最低狀態(tài)。 所以,根據(jù)鮑林能級圖,電子應(yīng)首先排在 1s,然后依次是 2s、 2p、 3s。所以每一層中最多容納的電子數(shù)為: 2n2。 如果兩個電子 n、 l、 m 都相同,那么 其自旋狀態(tài)一定相反。 167。 電子在核外的運動狀態(tài)是決定元素化學(xué)性質(zhì)的關(guān)鍵因素,所以人們對各元素核外電子的分布進行了深入研究,通過總結(jié)大量光譜實驗的結(jié)果,得出了所有元素(已發(fā)現(xiàn))核外電子的分布情況( P92 表 34)并從中總結(jié)出了 核外電子分布三原則 ,有了這三個原則,我們就不必耗費精力去記住每種元素的核外電子排布,只要知道了原子序數(shù),根據(jù)三原則,就可以很快把排布式寫出來。 ? 2 說明多電子原子軌 ?道能量相對高低與原子序數(shù) ?的關(guān)系。而在鮑林近似能級圖中尚未反映這一點。 從圖中又能清楚地看出原子序數(shù)為 19( K)和 20( Ca)附近發(fā)生的能級交錯現(xiàn)象。 n值相同時皆為簡并軌道。圖中橫坐標(biāo)為原子序數(shù),縱坐標(biāo)為軌道能量。例如: 3d和 4s軌道能級,若只考慮主量子數(shù)的影響,應(yīng)該是 E3d E4s 。 軌道的穿透能力通常按 ns、 np、 nd、 nf的順序減小,導(dǎo)致主量子數(shù)相同的軌道能級按 Ens Enp End Enf 的順序分裂。 ?屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)是從其它電子對某電子屏蔽能力和該電子回避其它電子屏蔽兩個方面描述多電子之間相互作用對軌道能量的影響,出發(fā)點不同,但是本質(zhì)均是能量效應(yīng)。可見, 3s電子被內(nèi)層電子屏蔽最少,受核吸引力較大,其能量最低;而 3p及 3d電子鉆入內(nèi)層的程度依次減少,內(nèi)層電子對它的屏蔽作用依次增強,故使它們的能量相繼增大。( Perating effect)。這種 外層電子鉆到內(nèi)層空間而靠近原子核的現(xiàn)象稱為鉆穿作用。 鉆穿效應(yīng) : 在多電子原子中,角量子數(shù) l較小的軌道上的電子,鉆到靠核附近的空間的幾率較大,具有較強的滲透能力。 解: 21Sc 電子分組情況: ( 1s)2(2s2p)8(3s3p)8(3d)1(4s4p)2 3s電子: σ =2+ 8 + 7 = 3d電子: σ = 1 18= 18 所以: E3s=- ()2/32= E3d=- (2118)2/32= E3s不等于 E3d,發(fā)生能級分裂現(xiàn)象。 3)被屏蔽電子為 ns或 np時,則主量子數(shù)為 (n1)的各電子對它們的 σ = ,而小于 (n1)的各電子對它們?yōu)?σ = 。 1)位于被屏蔽電子右邊的各組對被屏蔽電子 σ = 0,即外層電子對內(nèi)層電子沒有屏蔽作用。 即 Z*=Z- σ Z*:有效核電荷數(shù) Z:核電荷數(shù) σ :屏蔽常數(shù) 22)(nZE ?????Slater規(guī)則 (計算屏蔽常數(shù)) : 將原子中電子分成以下幾組: (1s), (2s 2p), (3s 3p), (3d), (4s 4p), (4d), (4f), (5s 5p), (5d), (5f), 由于其它電子對某一電子的排斥作用而使有效核電荷降低的作用稱為屏蔽效應(yīng)。 E=- 在多電子原子中,一個電子不僅受到原子核的吸引,還受到其它電子的排斥。 E4sE3d ?能級分裂和能級交錯可以用屏蔽效應(yīng)( screening effect)和鉆穿效應(yīng)( peration effect)進行解釋。 ? 1)能級分裂 H原子, n相同, l不同, Ens= Enp= End= Enf 多電子原子, n相同, l增大,鉆穿作用減小,屏蔽作用增大, E增大。 Pauling能級圖的優(yōu)點:指出了軌道能級的順序,能級分裂和能級交錯。 例如: 3d軌道和 4s軌道 3d軌道 : (n + )= 3 + 2 = 4s軌道 : (n + )= 4 +0 =4 所以 E3d E4s, 3d和 4s屬同一能級組。 鮑林原子軌道能級圖 北京大學(xué)教授,中科院院士徐光憲先生,總結(jié)了鮑林能級圖的規(guī)律 ,提出了一個便于記憶能級順序的經(jīng)驗式: ( n+ )大的原子軌道能級高。 虛框表示能量近似的軌道,構(gòu)成一個能級組。 dpspss EEEEEE 333221 ??????(二)多電子原子軌道近似能級圖 這種能級圖有許多種,其中最簡單明了,用得最多的就是 鮑林近似能級圖 ( 169。 圖形形狀比原子軌道要小一號。 六、原子軌道能級圖 (一)、單電子原子(氫原子)軌道能級圖 (圖示) 10 沒有 “ + ” 、 “ — ”之分。也就是說,電子處于不同的運動狀態(tài)時,就具有不同的能量狀態(tài),這些能量狀態(tài)也是量子化的,不連續(xù)的,稱為 原子軌道的能級 。 ★ 注意:黑點決不代表電子。( 169。電子云是電子在核外空間出現(xiàn)的幾率密度的形象化描述。 |Ψ|2 ∝ ρ 為了形象的描述核外電子的幾率分布情況,化學(xué)上習(xí)慣用小黑點疏密來表示電子出現(xiàn)的幾率密度的相對大小,小黑點越密,表示該處單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的機會越多,幾率密度越大。 Y2 ),( ?? 表示幾率密度隨角度的變化,用圖形表示出來,就是電子云的角度分布圖( 169。 注意: 20 原子軌道的形狀與 n無關(guān),不管 n是幾,其 s、 p、 d軌道的形狀都是一樣的。 s 軌道是一個球面, p 軌道是兩個相切的球面, d 軌道是一個立體花瓣的形狀。前面我們說原子軌道的形狀,實際上就是它的角度分布圖的形狀。( 169。 氫原子各種狀態(tài)徑向分布圖的比較 以 θ、 φ為自變量,以 Y值為函數(shù)值,畫出 Y),( ??的圖形,就是原子軌道的角度分布圖,也就是它的空間圖像。如 2s主峰 r=5a0, 3s主峰為 r=14a0,主峰離核越遠,表示相應(yīng)的原子軌道能量越高
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