【化学课件】原子结构与元素周期表课件

原子结构与元素周期表欢迎进入化学世界的核心课程！原子结构与元素周期表是化学学科的基础支柱，也是理解物质世界奥秘的钥匙本课程将系统地带领大家探索从古代哲学家的原子猜想到现代量子力学的原子模型，从门捷列夫的伟大发现到当今元素周期律的广泛应用导入原子的认识历程1古希腊原子学说德谟克利特提出原子概念，认为物质由不可分割的微粒组成2达尔顿原子理论（年）1803建立近代原子理论，提出原子是化学变化中的最小单位3电子发现（汤姆孙，）J.J.1897通过阴极射线管实验发现电子，证明原子可分4卢瑟福核式模型（）1911电子、质子、中子的发现电子的发现质子的发现中子的发现汤姆孙通过阴极射线管实验，观察通过阳极射线管实验和氢原子光谱研J.J.到阴极射线在电场和磁场中的偏转现究，科学家发现了带正电的质子质象，确定了电子的存在和基本性质子位于原子核中，决定了元素的化学电子带负电，质量极小，约为质子质性质和原子序数量的1/1836原子的基本结构原子核核外电子电子云由质子和中子组成，集中了原子几乎全部绕核高速运动，决定原子的化学性质电子在核外空间出现的概率分布质量核外电子运动的量子化壳层结构电子跃迁电子按照能量高低分布在、、、等不同波尔假设K LM N电子在不同能级间跃迁时，会吸收或放出特定的电子壳层中电子只能在特定的轨道上运动，每个轨道对应频率的光子一个确定的能量值，称为能级电子云模型轨道轨道p d哑铃形，每个亚层有个轨形状复杂，每个亚层有个p3d5道，最多容纳个电子轨道，最多容纳个电子610轨道轨道s f球形对称，每个亚层最多容s纳个电子22314现代量子力学用电子云模型描述电子在原子中的分布电子云表示电子在核外空间出现概率的大小，云的疏密程度反映了电子出现概率的高低不同的轨道具有不同的形状和能量，这些轨道的组合决定了原子的化学性质和成键能力电子排布原则洪特规则电子优先单独占据轨道，然后再配对1泡利不相容原理2同一轨道中的两个电子自旋方向必须相反能量最低原则3电子优先占据能量较低的轨道号元素的电子排布1~20第一周期（、）H He，氢原子最简单，氦原子轨道已满，化学性质稳定H:1s¹He:1s²1s第二周期（）Li~Ne从的到的，逐步填充和轨道，共个元素Li1s²2s¹Ne1s²2s²2p⁶2s2p8第三周期（）Na~Ar从的到的，填充和轨道Na[Ne]3s¹Ar[Ne]3s²3p⁶3s3p第四周期前两个（、）K Ca电子排布与电子层示意图钠原子（）铝原子（）氯原子（）Na AlCl电子层结构为，最外层只有个电子层结构为，最外层有个电2-8-112-8-33电子，容易失去形成⁺离子，表现出子，容易失去形成⁺离子，是典型的Na Al³强烈的金属性金属元素离子形成及其电子结构阳离子的形成阴离子的形成金属原子失去最外层电子形成阳离子例如，原子（非金属原子得到电子形成阴离子例如，原子（）Na2-Cl2-8-7）失去最外层个电子，形成⁺离子（），具有得到个电子，形成⁻离子（），具有与原子相8-11Na2-81Cl2-8-8Ar与原子相同的电子构型阳离子的半径小于相应的原子半同的电子构型阴离子的半径大于相应的原子半径Ne径原子序数的意义1氢最简单的原子，只有个质子16碳生命元素，个质子决定其化学性质68氧个质子，决定其强氧化性8118Og目前已知的最重元素同位素与核素氕（）¹H普通氢，原子核只含个质子，是最轻的同位素，在自然界中含量最高1氘（）²H重氢，原子核含个质子和个中子，用于制备重水和核聚变反应11氚（）³H超重氢，原子核含个质子和个中子，具有放射性，半衰期约年

1212.3元素的概念单质中的元素化合物中的元素1如金属铁、氧气中的氧元素，以游离如水中的氢、氧元素，以化合态存在2态存在周期律基础元素的本质43元素性质的周期性变化规律由原子序数决定，与存在形式无关元素是具有相同原子序数的一类原子的总称无论元素以单质形式存在还是以化合物形式存在，其本质都是由原子序数决定的例如，金属铁、氧化铁、硫酸铁中的铁元素本质上都是相同的，都具有个质子元素概念的建立为化学分类和周期律的26发现奠定了基础元素周期表的历史1门捷列夫发现（）1869根据原子量排列元素，发现性质的周期性重复2预言新元素预言了镓、钪、锗的存在和性质3现代周期表以原子序数为依据的长式周期表年，俄国化学家门捷列夫在整理已知元素时发现，当把元素按原1869子量递增顺序排列时，元素的性质呈现周期性变化他大胆地为当时未知的元素留下空位，并预言了它们的性质随着镓、钪、锗等元素的相继发现，门捷列夫的预言得到验证，周期律的正确性得到确认现代周期表以原子序数为排列依据，更加科学准确元素周期表的基本结构个周期个族718横行称为周期，表示电子层纵列称为族，表示最外层电数相同的元素第一周期最子数相同的元素主族用表A短，只有个元素；第

六、七示，副族用表示，零族为稀2B周期最长，各有个元素有气体32个已知元素118从氢到，包含了自然界和人工合成的所有已知元素，呈现出完整的Og周期性规律元素的周期与族同周期元素规律同族元素规律同一周期的元素具有相同的电子层数，随着原子序数递增，同一主族的元素最外层电子数相同，化学性质相似，从上到原子半径递减，金属性递减，非金属性递增例如第三周期下原子半径递增，金属性递增（对于金属），非金属性递减从到，金属性逐渐减弱（对于非金属）Na Cl周期表中元素的排列不是随意的，而是遵循着严格的规律周期性是指元素性质随原子序数递增而呈现的有规律的重复变化这种规律性使我们能够根据元素在周期表中的位置预测其性质，这正是周期表的价值所在区、区、区、区划分s pd f根据价电子所占据的原子轨道类型，周期表可分为四个区域区包括第和族元素，价电子在轨道；区包括第到s IAIIA s p IIIA族元素，价电子在轨道；区为过渡元素，价电子在轨道；区为镧系和锕系元素，价电子在轨道这种分区方法直观VIIIA pd df f地反映了电子构型与元素性质的关系主族与副族元素主族元素（区和区）s p价电子在和轨道，性质变化规律明显s p族（碱金属）IA、、等，最外层个电子，强金属性Li NaK1族（碱土金属）IIA、、等，最外层个电子，较强金属性Be Mg Ca2族（卤素）VIIA、、、，最外层个电子，强非金属性F ClBr I7主族元素是周期表中最重要的一类元素，它们的价电子位于和轨道中，化学性sp质变化规律性强，容易预测副族元素主要是区的过渡金属，价电子位于轨d d道，性质变化相对复杂主族元素在日常生活和工业生产中应用广泛，是化学学习的重点内容金属、非金属与类金属分区金属元素1位于周期表左侧和中部，具有金属光泽，导电导热类金属元素2沿对角线分布，性质介于金属与非金属之间非金属元素3位于周期表右上角，多数为气体或固体周期表中存在明显的金属与非金属分界线，这条锯齿状的分界线从硼开始，经过硅、砷、碲等元素分界线左侧主要是金属元素，右侧主要是非金属元素，而分界线附近的元素如硼、硅、锗、砷等称为类金属或半金属，它们兼具金属和非金属的某些性质，在半导体工业中有重要应用原子结构决定物理性质原子半径变化规律1同周期变化规律2同主族变化规律3影响因素分析从左到右，核电荷数递增，对电子从上到下，电子层数递增，原子半原子半径主要受核电荷数、电子层的吸引力增强，原子半径递减例径递增电子层数增加的影响超过数和电子屏蔽效应三个因素影响，如第三周期核电荷数增加的影响它们的综合作用决定了原子半径的NaMgAlSi变化趋势PSCl离子半径比较阳离子半径阴离子半径金属原子失去电子形成阳离子非金属原子得到电子形成阴离子后，电子层数可能减少，电子与后，电子数增加，电子间排斥力原子核间的吸引力增强，半径明增大，半径明显增大⁻Cl显减小⁺原子原子NaNa Cl等电子离子具有相同电子构型的离子中，核电荷数越大，半径越小如⁺Na⁺⁺，⁻⁻⁻Mg²Al³FO²N³元素周期律的提出观察现象门捷列夫整理元素数据时发现，按原子量排列的元素性质呈现规律性重复总结规律提出元素周期律元素的性质随原子量的递增而呈周期性变化验证预言预言未知元素的性质，后续发现证实了周期律的正确性元素周期律是化学史上最重要的发现之一它揭示了元素性质变化的内在规律，使化学从经验科学向理论科学转变周期律不仅解释了已知元素的性质关系，更重要的是具有预测功能，指导了新元素的发现和研究现代表述为元素的性质随原子序数的递增而呈周期性变化周期律的实质核外电子排布最外层电子数1决定元素化学性质的根本因素主要影响元素的化合价和化学活性2性质周期性原子结构周期性4原子半径、电离能、电负性等性质的电子层数和电子排布的周期性重复3周期性变化元素周期律的实质在于原子的核外电子排布呈现周期性变化随着原子序数递增，核外电子按一定规律填入各个轨道，当电子层结构重复出现时，元素的化学性质也相应重复出现这种内在的结构周期性是元素性质周期性变化的根本原因，揭示了微观结构与宏观性质之间的深刻联系周期律的应用预测新元素确定化合价研究原子结构根据周期表空位预测根据元素在周期表中周期律为研究原子内未发现元素的原子的位置，可以推断其部结构提供了重要线量、原子半径、化学主要化合价和可能的索，促进了量子力学性质等，指导实验合化学反应类型理论的发展成工作指导化学研究在材料科学、催化剂设计、药物研发等领域提供理论指导第一周期与典型元素氢元素（）氦元素（）H He原子序数，电子构型，是宇宙中最丰富的元素氢原子原子序数，电子构型，是第一个稀有气体元素氦原子11s¹21s²结构最简单，只有一个质子和一个电子氢气是清洁能源，的轨道已被完全填满，具有极其稳定的电子结构氦气密1s在燃料电池技术中有重要应用氢的化合价通常为，但在度小，化学性质极不活泼，常用作保护气体和充气球液氦+1金属氢化物中为是重要的超低温冷却剂-1第一周期只有氢和氦两个元素，它们的性质具有特殊性氢元素既可以失去电子显示金属性，也可以得到电子显示非金属性，在周期表中的位置比较特殊氦元素开创了稀有气体族，其稳定的电子结构成为其他元素追求的理想状态碱金属元素（族）IA锂（）Li最轻的金属，结构，反应相对较温和2-1钠（）Na结构，与水反应剧烈，产生氢气2-8-1钾（）K结构，活泼性最强，遇水即燃烧2-8-8-1铷（）、铯（）Rb Cs活泼性依次增强，遇水爆炸性反应碱金属元素都具有最外层一个电子的特征，从锂到铯，原子半径递增，失去电子的能力递增，金属活泼性依次增强它们都能与水反应生成氢气和相应的氢氧化物，反应的剧烈程度从锂到铯依次增强这些元素在自然界中都以离子化合物的形式存在，不能以单质形式存在碱土金属元素（族）IIA镁（）钙（）钡（）MgCaBa结构，银白色金属，密度结构，银白色金属，是最外层个电子，金属性很强钡2-8-22-8-8-22小，强度高镁带在空气中燃烧发生物体内重要元素钙离子参与骨离子有毒，但硫酸钡不溶于水，可出刺眼白光，是重要的合金材料和骼形成、肌肉收缩等生理过程用作射线检查的造影剂X还原剂碱土金属元素最外层都有个电子，容易失去形成价离子从铍到钡，原子半径递增，金属性递增，与水反应的活泼性依次增强2+2这些元素的化合物在建筑材料、医学、工业等领域有广泛应用卤素元素（族）VIIA稀有气体（族）VIIIA8最外层电子数除氦为个外，其余都是个电子的稳定结构

2824.6氦的电离能单位，是所有元素中最高的eV0反应活性在自然条件下几乎不与任何元素反应6已知稀有气体、、、、、He NeAr KrXe Rn稀有气体元素具有稳定的电子构型，最外层电子数为（氦为），这种电子排布极其稳定，使得稀有气体在自然条件下几乎不参与化学反82应它们的化学惰性使其成为理想的保护气体，广泛用于电光源、激光器、焊接保护等领域过渡元素简介过渡元素位于周期表的区，价电子位于轨道中这些元素具有一些共同特征多变的氧化态、容易形成络合物、大多数化合d d物有颜色、常作催化剂铁是地壳中含量较多的过渡元素，是钢铁工业的基础；铜具有优良的导电性和导热性；锌常用于金属防腐过渡元素在现代工业和科技中发挥着重要作用元素化合价规律主族元素化合价相对固定，主要由最外层电子数决定1过渡元素2轨道电子参与成键，化合价多变d规律总结3最高正价族序数，最低负价族序数==-8主族元素的化合价主要由最外层电子数决定，表现出明显的规律性族主要显价，族主要显价，族主要显IA+1IIA+2VIIA-1价过渡元素由于轨道电子的参与，往往表现出多种氧化态了解化合价规律有助于预测化合物的化学式和化学反应的可能d性，是化学计算和方程式配平的重要依据电负性趋势同周期递增从左到右电负性递增，非金属性增强同族递减从上到下电负性递减，原子半径增大氟最大电负性，吸引电子能力最强

4.0铯最小电负性，最容易失去电子

0.7电负性是原子在分子中吸引电子的能力，反映了元素非金属性的强弱电负性的变化规律与原子半径变化规律相反同周期从左到右递增，同主族从上到下递减电负性差值可以判断化学键的类型差值大于为离子键，差值小于为共价键这个概念在预测分

1.

71.7子极性、化学反应趋势等方面具有重要意义金属性与非金属性变化同周期变化规律同主族变化规律从左到右，原子核对外层电子的吸引力增强，失电子能力减从上到下，原子半径增大，原子核对外层电子的吸引力减弱，得电子能力增强，因此金属性递减，非金属性递增第弱，失电子能力增强，得电子能力减弱，因此金属性递增，三周期最强金属性，最强非金属性非金属性递减Na Cl金属性强弱的判断标准包括失电子能力、与酸反应的剧烈程度、氢氧化物的碱性强弱、元素活动顺序等非金属性强弱可通过得电子能力、与氢气化合的难易程度、最高价氧化物对应水化物的酸性强弱等来判断这些规律是周期律的具体体现，对理解元素化学行为具有重要指导意义离子化能变化典型周期表题型确定元素位置根据电子构型确定周期数（电子层数）和族序数（价电子数），从而确定元素在周期表中的位置推断元素性质利用周期律预测原子半径、电离能、电负性、金属性等性质的相对大小比较化学性质分析同周期、同主族元素化学性质的递变规律，预测化学反应的可能性周期表相关题目是化学考试的重点内容解题关键在于熟练掌握周期律的基本规律，能够根据元素位置推断性质，或根据性质确定位置常见题型包括元素推断、性质比较、化学方程式书写、实验设计等通过大量练习可以加深对周期律的理解和应用能力元素周期表的特殊结构长式周期表短式周期表现代通用形式，严格按原子序数早期使用的形式，将副族元素压排列，个纵列，能更好地反缩在主族中，共个纵列，结构188映元素性质的周期性变化规律紧凑但不够严格，现在较少使镧系和锕系单独列出用区元素f镧系（号）和锕系（号）元素，由于空间限制，通常57-7189-103单独列在周期表下方它们的价电子在轨道中f元素分布与地壳丰度氧硅铝铁钙其他化学辅助记忆法元素周期表歌族的记忆口诀氢氦锂铍硼，碳氮氧氟氖，族锂钠钾铷铯氢，族IAIIA钠镁铝硅磷，硫氯氩钾钙，铍镁钙锶钡镭，族氟氯VIIA这首朗朗上口的歌谣帮助学溴碘砹，通过有节奏的朗读生快速记忆前号元素的顺加深记忆20序性质变化规律左金右非中间半、同周期半径小，同族半径下面大等口诀帮助记忆元素性质的变化规律元素周期律的局限性氢的位置问题类金属性质过渡元素复杂性氢既可放在族（失硼、硅、锗等类金属区和区元素性质变IA df电子性质），也可放元素兼具金属和非金化不如主族元素规律在族（得电子性属性质，难以严格分明显，存在较多例外VIIA质），位置存在争议类超重元素不稳定人工合成的超重元素半衰期极短，性质研究困难实验演示钠与水的反应1实验现象钠块在水面上快速游动，发出嘶嘶声，逐渐变小2产生氢气反应产生的氢气遇火燃烧，发出淡蓝色火焰3溶液变化向溶液中滴加酚酞，溶液变红，证明生成碱性物质4化学方程式₂₂2Na+2H O→2NaOH+H↑这个经典实验生动地展示了碱金属的强还原性和活泼的化学性质钠与水反应放出大量热，生成氢氧化钠和氢气实验时需要特别注意安全，钠块要小，水要适量，远离明火通过这个实验可以加深对金属活动性顺序和氧化还原反应的理解元素周期表在生活中的应用锂电池技术钢铁工业氟化物应用锂元素质量轻、电极电位低，是制造高铁是现代工业的基础，通过与碳等元素氟化物在牙膏中能有效预防蛀牙，在饮性能充电电池的理想材料锂电池广泛的合金化形成各种钢材从摩天大楼到用水中适量添加氟化物可以改善公共健应用于手机、电动汽车、储能系统等领汽车制造，钢铁材料无处不在，支撑着康氟元素的独特性质在医疗健康领域域，推动了绿色能源革命现代文明的发展发挥重要作用。