原子结构-元素周期律.ppt
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1、1,物质的性质与其结构有着密切的联系。构成物质的粒子有分子、原子和离子等。只有进一步学习这些粒子的组成和结构以及反映元素内在联系的元素周期律,才能更深刻地认识物质世界的内部规律。本章介绍化学的重要理论之一:物质结构和元素周期律。,引 言,引言,第一章 物质结构 元素周期律,第一节 原子结构,第二节 元素周期律 元素周期表,第三节 化学键,第一章节目录,第一节 原子结构1,了解原子的组成了解同位素及其应用了解核外电子排布规律的初步知识,第一节 原子结构,学习目标,第一节 原子结构2,一、原子的组成,第一节 原子结构,显微镜下的硅原子,第一节 原子结构2,一、原子的组成,第一节 原子结构,第一节
2、原子结构3,原子很小,原子核更小。通常原子的半径约为10-10 m,例如,氧原子的半径为0.7410-10 m。而原子核的半径仅为原子半径的十万分之一,它的体积只占原子体积的几千亿分之一。,1.原子的大小,如果把原子放大成直径10 m左右的球体,那么原子核也只有大头针针尖大小。,所以原子内部绝大部分是“空”的。核外电子就在这个空间里做高速运动。,一、原子的组成,第一节 原子结构4,每个质子带一个单位正电荷,中子不带电,每个电子带一个单位负电荷,整个原子是电中性的。,当原子得到或失去电子成为离子后,核外电子数不再等于核内质子数。,思考:11Na+的原子核外有多少个电子?,原子核所带的电荷称为核电
3、荷数,符号为Z。,2.原子的电性,一、原子的组成,因此,对原子来说:,核电荷数=核内质子数=核外电子数,第一节 原子结构5,质子的相对质量为1.007,中子的相对质量为1.008,电子的质量更小,可以忽略不计。,质量数(质子数+中子数)就是原子相对质量所接近的整数。,3.原子的质量,一、原子的组成,可以认为,原子的质量几乎就是原子核中质子和中子的质量之和。由于质子和中子的相对质量都很接近1,因此将原子核内的质子数和中子数之和称为质量数,符号为A。,质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N),深入讨论1,初中化学中已学到,原子相对质量是以1个12C原子质量的1/12作为标准的。这个相对原子质量单位
4、的数值等于:,中子的质量为1.674 810-27 kg,因此中子的相对质量为:,电子的质量为质子质量的1/1 836,可以忽略不计。,质子的质量为1.672 610-27 kg,因此质子的相对质量为1.007。,知识拓展质量数,知识拓展质量数,深入讨论2,原子的质量可近似看成原子核中质子和中子的质量之和。由于质子和中子的相对质量都约等于1,所以原子的相对质量近似等于原子的质子数和中子数之和。此数值因此被称为质量数。例如,35Cl的质量数等于35,其相对原子质量为34.969;37Cl的质量数等于37,其相对原子质量为36.966。,第一节 原子结构6,讨论和练习,N=AZ,质量数,核内质子数
5、,元素符号,第一节 原子结构7,答:该氯原子的质量数为35、质子数为17,中子数为18。,2.填空,讨论和练习,已经知道,电子是带负电荷的质量很小的微粒,在原子核外的很小的空间做高速运动。在含有多个电子的原子里,电子的能量并不相同,能量低的电子在离核近的区域运动;能量高的电子在离核远的区域运动。因此把这些“区域”叫做电子层。,第一节 原子结构8,二、核外电子的排布规律,1.电子层,在原子核外有能量互不相同的多个电子层。其能量由内到外依次增高。,第一节 原子结构9,电子在排布时,一般总是尽先排布在能量最低的电子层里,并遵循以下规律:,二、核外电子的排布规律,2.核外电子的排布规律,n=1,即K层
6、,最多容纳的电子数为 212,共2个。,n=2,即L层,最多容纳的电子数为 222,共8个。,n=3,即M层,最多容纳的电子数为 232,共18个。,(1)各电子层最多容纳的电子数是2n2个(n为电子层数)。,(2)最外层电子数不超过8个(K层为最外层时不超过2个)。,(3)次外层电子数不超过18个,倒数第三层电子数不超过32个。,画出8O、11Na和 17Cl核外电子排布的示意图。,二、核外电子的排布规律,3.核外电子的排布,8O,11Na,17Cl,第一节 原子结构10,3.核外电子的排布,第一节 原子结构11,部分元素的核外电子排布情况,讨论,从3Li 10Ne再从11Na 18Ar,它
7、们的电子排布有何规律?,从锂到氖,它们的电子层都是2层,最外层电子数从1逐渐增加,最后达到8电子稳定结构。,再从钠到氩,它们的电子层都是3层,最外层电子数从1逐渐增加,最后达到8电子稳定结构。,最外层达到8电子时(K层最外层时为2个电子),称为稳定结构。,第一节 原子结构12,元素是具有相同核电荷数(即质子数)的一类原子的总称。也就是说,同种元素原子核中的质子数是相同的。,质子数相同,而中子数不同的同种元素的不同原子,叫做该元素的同位素。,第一节 原子结构13,三、同位素,1.元素和同位素,第一节 原子结构14,碳也有三种同位素,而氯只有两种,最多的锡有十种同位素。,三、同位素,2.元素的平均
8、相对原子质量,自然界中,元素的各种同位素所占的原子百分含量一般是不变的,平时所说的元素的相对原子质量实际上是各种天然同位素的相对原子质量的平均值。,碳的三种同位素:,氯的二种同位素:,第一节 原子结构15,三、同位素,2.元素的平均相对原子质量,答:氯的平均相对原子质量等于35.453。,35.453,计算氯的平均相对原子质量。,已知氯有两种天然同位素,它们的相对原子质量和原子百分含量的数据如下:,相对原子质量36.966,原子百分含量为24.23%,相对原子质量34.969,原子百分含量为75.77%;,第一节 原子结构16,同一元素的同位素之间化学性质几乎完全相同,但物理性质有差异。例如,
9、氢的三种同位素中2H和3H被用于制造氢弹。,3.同位素的性质,碳的三种同位素中因为14C能够自发地放出肉眼看不见,但可以被仪器测定的射线,在考古学上被用于测定动植物遗骸、化石的形成年代。方法及原理示意如下:,同位素可分为稳定同位素和放射性同位素。有些同位素能够自发地放出肉眼看不出的射线来,这样的同位素叫做放射性同位素。这种放出射线的性质叫放射性。放射性同位素放出的射线包括、和射线,这些射线可以通过仪器来测知它的存在。射线的穿透力很强,可以使密封的照相底片感光。,放射性同位素的用途1,知识拓展稳定同位素和放射性同位素,放射性同位素的用途2,放射性同位素的用途:,放射性同位素具有的性质,被广泛用于
10、工业、农业、医疗、科研和国防等各个领域。例如,如果用一种元素的放射性同位素来代替某一化合物中的该元素,虽然不会改变这种化合物的化学性质,但这种化合物就有放射性了。利用对放射性的观察,便可以知道这种元素的变化情况。用于这方面的放射性同位素叫做同位素示踪原子。,知识拓展稳定同位素和放射性同位素,放射性同位素的用途3,放射性同位素放出的射线具有穿透物体的本领,因此被用来检查金属构件或制品的内部缺陷。医学上利用放射性同位素诊断和治疗某些疾病,例如,用131I被甲状腺吸收的量来确定甲状腺的功能,用60Co的射线能杀死癌细胞来治疗肺癌等。近年来,我国利用核能的研究也有很大进展,建设了大亚湾、秦山等多座核电
11、站。但和先进国家相比,规模和技术都有差距。,放射性同位素的用途:,知识拓展稳定同位素和放射性同位素,放射性同位素的用途4,放射性同位素在地质学、考古学上也有用处,例如,为了测定花岗岩的形成年代,如果岩石中存在238U原子,就可以按如下原理测定。,通过测定238U及其衰变产物206Pb的含量,即可确定岩石形成的年代。,知识拓展稳定同位素和放射性同位素,第二节 元素周期律1,了解原子序数了解元素周期律的意义了解元素周期表的结构理解元素性质的递变规律初步学会判断和比较元素及其化合物的主要化学性质了解元素周期表的产生过程,第二节 元素周期律 元素周期表,学习目标,核外电子的排布,特别是最外层电子的排布
12、,对研究元素的化学性质有着重要意义,下面将探讨元素的原子结构与元素性质的内在联系和规律。为了研究方便,人们把元素按照核电荷数由小到大的顺序给元素编号,这个序号称为元素的原子序数。,第二节 元素周期律2,第二节 元素周期律 元素周期表,一、元素周期律,第二节 元素周期律3,这是310号元素的核外电子排布:,一、元素周期律,1.核外电子排布的周期性变化,第二节 元素周期律4,这是1118号元素的核外电子排布:,一、元素周期律,1.核外电子排布的周期性变化,第二节 元素周期律5,特点 随着原子序数的递增,元素原子的最外层电子排布呈周期性变化。,从310号元素,最外层电子数从1个递增到8电子稳定结构,
13、电子层数均为2层。然后从1118号元素,最外层电子数再从1个递增到8电子稳定结构,但电子层数增为3层。,一、元素周期律,1.核外电子排布的周期性变化,第二节 元素周期律6,一、元素周期律,2.元素原子半径的周期性变化,从Li到F的原子半径逐渐变小,从Na到Cl的原子半径逐渐变小,第二节 元素周期律7,特点,随着原子序数的递增,元素的原子半径也呈现周期性变化。,一、元素周期律,2.元素原子半径的周期性变化,第二节 元素周期律 8,一、元素周期律,3.元素最高正化合价和负化合价的周期性变化,0,第二节 元素周期律 9,一、元素周期律,3.元素最高正化合价和负化合价的周期性变化,稀有气体化学性质稳定
14、,化合价为零。,0,第二节 元素周期律10,观察318号元素的元素最高正化合价和负化合价,可以看出:,随着原子序数的递增,元素最高正化合价和负化合价呈周期性变化。,元素趋向于达到8电子稳定结构(氦为2电子稳定结构)。,一、元素周期律,3.元素最高正化合价和负化合价的周期性变化,第二节元素周期律11,元素的性质随着原子序数的递增呈现出周期性的变化,这个规律叫元素周期律。,一、元素周期律,根据元素周期律,把已发现的112种元素,按电子层相同的由左到右排成同一横行,把不同横行中最外层电子数相同的由上到下排成纵行,这样得到一个表格,叫元素周期表。,第二节元素周期表12,第二节 元素周期律 元素周期表,
15、二、元素周期表,第二节元素周期表13,二、元素周期表,1.周期表的结构,(1)周期,第一节元素周期表14,1.周期表的结构,二、元素周期表,元素周期表中最后的两个横行分别包括镧系(5771)和锕系(89103),是第6和第7周期的一部分。,第一节元素周期表15,(1)周期,1.周期表的结构,(2)族,第一节元素周期表16,第二节元素周期表17,元素周期表共有18个纵行,其中铁、钴、镍三个纵行合并为第族,其余每个纵行为一个族,因此共有16个族。,主族的符号为“A”,副族的符号为“B”。,1.周期表的结构,(2)族,第二节元素周期表18,由短周期元素和长周期元素共同构成的族叫主族。,零族元素具有8
16、电子稳定结构(氦的K层为2个电子稳定结构)。,主族元素的族序数和核外电子排布的关系:,1.周期表的结构,主族元素族序数=最外层电子数,(2)族,第二节元素周期表19,元素周期表的7个主族,用“A”表示,分别从AA,它们都有简称:,1.周期表的结构,(2)族,第二节元素周期表20,1.周期表的结构,归纳,第二节元素周期表21,练习,判断12Mg、18Ar元素在周期表中的位置?,答:12Mg的位置是第3周期A。,18Ar的位置是第3周期0族。,金属性是指金属原子失去电子形成阳离子的性质。,第二节元素周期表22,2.元素的性质和原子结构的关系,二、元素周期表,钠容易失去1个电子,形成钠离子。因此钠是
17、活泼金属。,(1)原子结构与元素的金属性和非金属性的关系,非金属性是指元素的原子获得电子形成阴离子的性质。,第二节元素周期表23,2.元素的性质和原子结构的关系,氯容易得到1个电子,形成氯离子,所以氯是活泼非金属。,(1)原子结构与元素的金属性和非金属性的关系,第二节元素周期表24,同周期元素单质的性质和结构的关系如何?,第3周期元素的性质和结构关系列表如下:,2.元素的性质和原子结构的关系,(1)原子结构与元素的金属性和非金属性的关系,第二节元素周期表25,酸性 HClO4 H2SO4 H3PO4 H2SiO3,元素的金属性越强,其最高价氧化物对应的水化物的碱性越强。,碱性 NaOH Mg(
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