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第一章 原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 本章說明 一、教學目標 1. 了解原子結(jié)構(gòu)的構(gòu)造原理，知道原子核外電子的能級分布，能用電子排布式表示常見元素（1～36號）原子核外電子的排布。 2. 了解能量最低原理，知道基態(tài)與激發(fā)態(tài)，知道原子核外電子在一定條件下會發(fā)生躍遷產(chǎn)生原子光譜。 3. 了解原子核外電子的運動狀態(tài)，知道電子云和原子軌道。 4. 認識原子結(jié)構(gòu)與元素周期系的關(guān)系，了解元素周期系的應用價值。 5. 能說出元素電離能、電負性的涵義，能應用元素的電離能說明元素的某些性質(zhì)。 6. 從科學家探索物質(zhì)構(gòu)成奧秘的史實中體會科學探究的過程和方法，在抽象思維、理論分析的過程中逐步形成科學的價值觀。 二、內(nèi)容分析 1. 地位與功能 本章是在學生已有原子結(jié)構(gòu)知識的基礎(chǔ)上，進一步深入地研究原子的結(jié)構(gòu)，從構(gòu)造原理和能量最低原理介紹了原子的核外電子排布以及原子光譜等，并圖文并茂地描述了電子云和原子軌道；在原子結(jié)構(gòu)知識的基礎(chǔ)上，介紹了元素周期系、元素周期表及元素周期律。總之，本章按照課程標準要求比較系統(tǒng)而深入地介紹了原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)，為后續(xù)章節(jié)內(nèi)容的學習奠定基礎(chǔ)。盡管本章內(nèi)容比較抽象，是學習難點，但作為本書的第一章，教科書從內(nèi)容和形式上都比較注意激發(fā)和保持學生的學習興趣，重視培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，有利于增強學生學習化學的興趣。 通過本章的學習，學生能夠比較系統(tǒng)地掌握原子結(jié)構(gòu)的知識，在原子水平上認識物質(zhì)構(gòu)成的規(guī)律，并能運用原子結(jié)構(gòu)知識解釋一些化學現(xiàn)象。 2. 內(nèi)容的選擇與呈現(xiàn) 根據(jù)課程標準對“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊的要求，本章依據(jù)本模塊的“主題1 原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)”的要求進行內(nèi)容的選取，充分考慮了初中化學和化學2中的原子結(jié)構(gòu)知識的基礎(chǔ)，注意知識的銜接與深化。 在第一節(jié)“原子結(jié)構(gòu)”中，在學生已有知識的基礎(chǔ)上，教科書不再重復建立原子結(jié)構(gòu)的概念，而是直接建立核外電子的能層（即“電子層”）和能級（即“電子亞層”）的概念，給出每一能層有幾個能級，每個能級最多可以容納幾個電子，教科書沒有介紹原子核的組成；有了能層和能級的概念，直接給出構(gòu)造原理，并根據(jù)構(gòu)造原理進行核外電子排布；有了構(gòu)造原理，又由構(gòu)造原理引出了能量最低原理，并同時引出了基態(tài)和激發(fā)態(tài)的概念，以及原子光譜；由于在第二章介紹共價鍵時需要涉及電子云和原子軌道等概念，該節(jié)在描述原子核外電子的運動狀態(tài)時介紹了這兩個概念，有了原子軌道的概念，結(jié)合原子核外電子的軌道排布式，簡單介紹了泡利原理和洪特規(guī)則。本節(jié)內(nèi)容在陳述方式上可以說是一種倒敘式，即直接給出知識而不加以理論上解釋，如把構(gòu)造原理看作是一個經(jīng)驗規(guī)律，直接給出了原子核外電子排布的次序。但隨著學習的不斷深入，前面直接給出的一些結(jié)論性的知識也不斷地得到了解釋。 在第二節(jié)“原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)”中，首先由原子核外電子排布的變化規(guī)律引出元素周期系，接著介紹了元素周期表，由于學生對元素周期表的結(jié)構(gòu)已有一定的了解，為了避免重復，教科書設(shè)計了一個“科學探究”，要求學生從更高的視角來進一步認識元素周期表的結(jié)構(gòu)；元素周期律的內(nèi)涵比較廣泛，教科書重點討論了原子半徑、電離能和電負性的周期性變化，而對于學生已知同周期的主族元素的最高化合價和最低化合價、金屬性和非金屬性的周期性變化，教科書設(shè)計了一個“學與問”；在本節(jié)的最后設(shè)計了一個“科學探究”，結(jié)合元素周期表與元素的電負性簡單介紹了對角線規(guī)則。本節(jié)在呈現(xiàn)方式上，充分體現(xiàn)了學生自主學習，設(shè)計了兩個“科學探究”和三個“學與問”，以及兩個“科學史話”；另外，教科書還使用了多樣化的圖表。 除學科知識外，本章內(nèi)容的選取也注意了對學生進行科學方法、科學態(tài)度的教育，如“科學史話”中提供的素材，既有利于對學生進行科學方法、科學態(tài)度的教育，也有利于激發(fā)學生的學習興趣。 關(guān)于章圖和節(jié)背景圖的說明：①本章章圖由一幅主圖、一幅組圖和一小圖組成，主圖為原子隧道掃描顯微鏡的探測器正檢測原子存儲的信息；組圖包含七幅小圖，描述了人類認識原子結(jié)構(gòu)的發(fā)展史；另一小圖是在固體表面操縱原子寫出的“原子”兩字。②節(jié)背景圖是用隧道掃描顯微鏡獲得的銅原子的圖像。 3. 內(nèi)容結(jié)構(gòu) 三、課時建議 第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)3課時 第二節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì) 3課時 復習與機動 2課時 第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu) 一、教學設(shè)計 本節(jié)從介紹原子的誕生（宇宙大爆炸）入手，在介紹能層、能級的概念后，直接給出構(gòu)造原理并根據(jù)構(gòu)造原理進行原子的核外電子排布；在原子的基態(tài)與激發(fā)態(tài)概念的基礎(chǔ)上介紹電子的躍遷和光譜分析；根據(jù)電子云與原子軌道等概念，進一步介紹核外電子的運動狀態(tài)，并導出泡利原理和洪特規(guī)則。本節(jié)內(nèi)容比較抽象，教學過程中應注意培養(yǎng)學生的空間想象能力、分析推理能力及抽象概括能力。 教學重點： 1. 根據(jù)構(gòu)造原理寫出1~36號元素原子的電子排布式； 2. 核外電子的運動狀態(tài)，電子云與原子軌道； 3. 泡利原理、洪特規(guī)則。 教學難點： 1. 電子云與原子軌道； 2. 基態(tài)、激發(fā)態(tài)與光譜。 具體教學建議： 1. 結(jié)合本章章圖可以課前安排學生收集有關(guān)原子結(jié)構(gòu)理論發(fā)展史的材料，課上組織交流討論。通過活動使學生了解原子結(jié)構(gòu)理論發(fā)展史中各種理論的要點和相關(guān)科學家的重要貢獻，體會人類對原子結(jié)構(gòu)的認識是一個逐步深入的過程，科學理論的發(fā)展是一個逐步完善的過程。在活動中使學生感悟科學家獻身科學的精神和進行科學探索中所具有的科學態(tài)度。 2. 在介紹能層與能級時，可以通過思考“電子是怎樣在核外空間排布的？”，引發(fā)學生對核外電子分層排布的復習。根據(jù)學生已有的核外電子分層排布的知識進一步明確核外電子是按照能量的不同分成不同的能層及能級。在理解能層與能級之間的關(guān)系時，可利用教科書中的形象比喻：“能層是樓層，能級是樓梯的階級”。 3. 對于構(gòu)造原理的教學，重點應放在應用上。構(gòu)造原理給出了電子的排布次序，教學時要求學生會應用構(gòu)造原理寫出基態(tài)原子的電子排布式，不要求學生深究構(gòu)造原理中能級次序的原因。 4. 對于電子云與原子軌道的教學，可以運用電腦模擬或制作原子軌道模型等手段幫助學生理解電子云與原子軌道的概念。 教學方案參考 【方案Ⅰ】問題探究學習能層、能級和構(gòu)造原理 創(chuàng)設(shè)問題情景：從宇宙大爆炸、原子的誕生等素材引發(fā)學生探索原子奧秘的興趣。 提出問題：組織學生交流課前收集的有關(guān)原子結(jié)構(gòu)理論發(fā)展的歷史資料，結(jié)合本章章圖中人類認識原子結(jié)構(gòu)理論發(fā)展的圖示，形成對現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)理論的初步認識，進而提出問題——核外電子是怎樣排布的？ 問題探究：（1）學生根據(jù)已有的核外電子分層排布的知識，結(jié)合“學與問”的三個問題，閱讀教科書，形成對能層、能級的認識；（2）讓學生帶著問題去分析構(gòu)造原理（教科書中的圖12），探究其中的規(guī)律。 討論與交流：根據(jù)上述問題學生發(fā)表自己的見解，并相互交流補充。 總結(jié)評價：引導學生總結(jié)核外電子排布所遵循的規(guī)律和方法。（1）根據(jù)構(gòu)造原理給出的電子排布次序，可以寫出基態(tài)原子的電子排布式；（2）對于處在不同能層的英文字母不同的能級，電子排布的先后次序為：(n－2)f、(n－1)d、ns。 應用反饋：通過練習書寫一些元素（如N、Cl、K、Fe等）原子的核外電子排布式，進一步掌握構(gòu)造原理。 【方案Ⅱ】問題解決學習原子基態(tài)、激發(fā)態(tài)與光譜 創(chuàng)設(shè)問題情景：利用錄像播放或計算機演示日常生活中的一些光現(xiàn)象，如霓虹燈光、激光、節(jié)日燃放的五彩繽紛的焰火等。 提出問題：這些光現(xiàn)象是怎樣產(chǎn)生的？ 問題探究：指導學生閱讀教科書，引導學生從原子中電子能量變化的角度去認識光產(chǎn)生的原因。 問題解決：聯(lián)系原子的電子排布所遵循的構(gòu)造原理，理解原子基態(tài)、激發(fā)態(tài)與電子躍遷等概念，并利用這些概念解釋光譜產(chǎn)生的原因。 應用反饋：舉例說明光譜分析的應用，如科學家們通過太陽光譜的分析發(fā)現(xiàn)了稀有氣體氦，化學研究中利用光譜分析檢測一些物質(zhì)的存在與含量，還可以讓學生在課后查閱光譜分析方法及應用的有關(guān)資料以擴展他們的知識面。 【方案Ⅲ】問題探究學習電子云、原子軌道、泡利原理及洪特規(guī)則 提出問題：組織學生從質(zhì)量、運動速度、運動范圍等方面對比核外電子運動和宏觀物體運動的區(qū)別，得出不能用描述宏觀物體運動的方法來描述微觀粒子運動的結(jié)論，并提出問題——如何描述電子在原子核外的運動？ 問題探究：（1）指導學生閱讀教科書的相關(guān)內(nèi)容，分析理解電子在原子核外空間出現(xiàn)概率的方式來描述電子的運動。通過電腦動畫演示電子云的形成過程、用模型直觀地展示原子軌道等手段認識電子云和原子軌道的概念；（2）根據(jù)教科書中“科學探究”給出的第二周期基態(tài)原子的電子排布圖，組織學生討論電子在同一能級上排布的規(guī)律。 討論與交流：讓學生發(fā)表自己的見解，并相互交流補充。 總結(jié)評價：引導學生總結(jié)核外電子在同一能級上排布時所遵循的規(guī)律。（1）一個軌道上最多只能容納2個電子且自旋方向相反即泡利原理；（2）電子在同一能級上排布時，總是優(yōu)先單獨占據(jù)不同的軌道而且自旋方向相同，即洪特規(guī)則。 應用反饋：通過練習一些元素（如N、O、Mg、Si等）原子的電子排布圖，加深對泡利原理和洪特規(guī)則的理解。 二、活動建議 【科學探究】 1. 每個原子軌道里最多只能容納2個電子。 2. 當電子排布在同一能級時，總是優(yōu)先單獨占據(jù)不同的軌道而且自旋方向相同。 教科書在此設(shè)計一個科學探究，具有承上啟下的作用，一方面把剛介紹的原子軌道圖形用方框來代表，有了方框表示法就有了元素基態(tài)原子的電子排布的軌道表示式；通過探究第二周期元素基態(tài)原子的電子排布的軌道表示式，引出了泡利原理和洪特規(guī)則。在引導學生進行探究活動的過程中，要注意引導學生觀察，既要觀察每種元素基態(tài)原子的電子排布圖，也要觀察整個第二周期元素基態(tài)原子的電子排布的特點。在全面觀察的基礎(chǔ)上，要注意引導學生發(fā)現(xiàn)規(guī)律，并組織學生把發(fā)現(xiàn)的規(guī)律進行交流。 三、問題交流 【學與問】 1. 原子核外電子的每一個能層最多可容納的電子數(shù)為2n2。 2. 每個能層所具有的能級數(shù)等于能層的序數(shù)（n）。 3. 英文字母相同的不同能級中所容納的最多電子數(shù)相同。 【思考與交流】 1. 銅、銀、金的外圍電子排布不符合構(gòu)造原理。 2. 符號［Ne］表示Na的內(nèi)層電子排布與稀有氣體元素Ne的核外電子排布相同。 O：［He］2s22p4Si：［Ne］3s23p2Fe：［Ne］3s23p63d64s2或［Ar］3d64s2 四、習題參考答案 1. A、D 2. D 3. B 4. C 5. C 6. C是Mg的基態(tài)原子的電子排布式，而A、B、D都不是基態(tài)原子的電子排布。 第二節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì) 一、教學設(shè)計 本節(jié)內(nèi)容分為兩部分：第一部分在復習原子結(jié)構(gòu)及元素周期表相關(guān)知識的基礎(chǔ)上，從原子核外電子排布的特點出發(fā)，結(jié)合元素周期表進一步探究元素在周期表中的位置與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。第二部分在復習元素的核外電子排布、元素的主要化合價、元素的金屬性與非金屬性周期性變化的基礎(chǔ)上，進一步從原子半徑、電離能以及電負性等方面探究元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律。教學過程中應注意幫助學生根據(jù)元素原子核外電子排布特點，以及從原子半徑、電離能及電負性等方面加深對元素周期律、元素周期表及元素“位—構(gòu)—性”三者關(guān)系的理解。 教學重點： 1. 元素的原子結(jié)構(gòu)與元素周期表結(jié)構(gòu)的關(guān)系； 2. 電離能、電負性與元素性質(zhì)的關(guān)系； 3. 原子半徑、第一電離能、電負性的周期性變化。 教學難點： 1. 元素周期表的分區(qū)； 2. 電離能、電負性。 具體教學建議： 1. 可以以問題思考的形式復習原子結(jié)構(gòu)、元素周期律和元素周期表的相關(guān)知識，引導學生從元素原子核外電子排布特征的角度進一步認識、理解原子結(jié)構(gòu)與元素在周期表中位置的關(guān)系。 2. 對于電離能和電負性概念的教學，應突出電離能、電負性與元素性質(zhì)間的關(guān)系。在了解電離能概念和概念要點的基礎(chǔ)上，重點引導學生認識、理解元素電離能與元素性質(zhì)間的關(guān)系。通過教科書中圖1-21列舉的Li ~ Ne、Na ~ Ar第一電離能數(shù)值，討論元素的第一電離能與元素金屬性、非金屬性的關(guān)系。通過“學與問”表格中所列的Na、Mg、Al的逐級電離能的數(shù)據(jù)引導學生尋找其中的規(guī)律并分析：Na、Mg、Al的電離能為什么會逐漸增大？Na、Mg、Al的逐級電離能數(shù)據(jù)為什么會出現(xiàn)突變？這與它們的化合價有何關(guān)系？等等。從而加深學生對電離能與元素性質(zhì)關(guān)系的理解。 電負性概念的教學，可以通過引導學生對教科書中圖123所列元素的電負性數(shù)據(jù)與元素性質(zhì)間規(guī)律的探究，使學生認識到：金屬元素的電負性較小，非金屬元素的電負性較大；元素的電負性越小，元素的金屬性越強，元素的電負性越大，元素的非金屬性越強，電負性的大小可以作為判斷元素金屬性和非金屬性強弱的尺度。 3. 可利用數(shù)據(jù)、圖表進行教學，如利用教科書中圖120引導學生推出原子半徑的變化規(guī)律：同一周期元素從左到右，原子半徑逐漸減小；同一主族元素從上到下，原子半徑逐漸增大。利用教科書中圖121探索元素的第一電離能的變化規(guī)律。利用教科書中圖123探究電負性周期性變化的規(guī)律：同一周期的元素的電負性從左到右逐漸增大；同一主族的元素的電負性從上到下逐漸減小。 教學方案參考 【方案Ⅰ】問題探究學習原子結(jié)構(gòu)與元素周期表的關(guān)系 回憶復習：（1）元素原子核外電子排布的周期性變化有什么特點？（2）元素周期表的結(jié)構(gòu)如何？（3）元素的原子結(jié)構(gòu)與元素在周期表中的位置有什么關(guān)系？ 提出問題：元素原子的核外電子排布與元素周期表的關(guān)系是怎樣的？進而引導學生進一步探究原子結(jié)構(gòu)與元素周期表的關(guān)系。 討論與思考：結(jié)合上述問題開展課堂討論，復習相關(guān)的原子結(jié)構(gòu)與元素周期表知識，引導學生從元素原子核外電子排布特征的角度進一步思考原子結(jié)構(gòu)與元素在周期表中位置的關(guān)系。 問題探究與討論：結(jié)合教科書中的“科學探究”引導學生進行問題探究，并在探究的基礎(chǔ)上進一步討論下列問題：（1）為什么元素周期系中的周期不是單調(diào)的？試用構(gòu)造原理加以解釋；（2）將元素周期表分成s區(qū)、p區(qū)、d區(qū)、f區(qū)和ds區(qū)的依據(jù)是什么？（3）元素周期表中的區(qū)與族存在著什么樣的關(guān)系？ 總結(jié)評價：在學生討論交流的基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納出元素的外圍電子排布的特征與元素周期表結(jié)構(gòu)的關(guān)系；元素原子的核外電子排布與元素在周期表中的位置、元素性質(zhì)三者間的關(guān)系。 【方案Ⅱ】問題解決學習原子半徑、電離能和電負性周期性變化的規(guī)律 回憶復習：隨著元素原子的核電荷數(shù)的遞增，核外電子排布、化合價、金屬性和非金屬性等發(fā)生周期性的變化。 提出問題：元素的原子半徑、電離能、電負性等隨著元素原子的核電荷數(shù)的遞增是否也呈現(xiàn)周期性變化？ 問題解決：（1）指導學生分析教科書中的圖120，找出主族元素原子半徑在同一周期、同一主族中的變化規(guī)律，并分析發(fā)生這種變化的原因； （2）指導學生閱讀教科書相關(guān)內(nèi)容，了解電離能的概念，理解“氣態(tài)”“基態(tài)”“電中性”“失去一個電子”等要點。通過教科書中圖1-21列舉的Li ~ Ne、Na ~ Ar第一電離能數(shù)值，找出元素的第一電離能與元素金屬性、非金屬性的關(guān)系，以及元素第一電離能發(fā)生周期性變化的規(guī)律；（3）根據(jù)教科書中的圖1-23，找出元素電負性發(fā)生周期性變化的規(guī)律，以及元素的電負性與元素性質(zhì)間的關(guān)系。 討 論與交流：通過上述解決問題的學習活動后，組織學生參與課堂討論與交流互補，得出規(guī)律或結(jié)論。 總結(jié)評價：在分析討論的基礎(chǔ)上，引導學生總結(jié)原子半徑、第一電離能、電負性發(fā)生周期性變化的規(guī)律；總結(jié)利用數(shù)據(jù)和圖表探索規(guī)律的思想方法。 二、活動建議 【科學探究1】 1. 元素周期表共有7個周期，每個周期包括的元素數(shù)目分別為：第一周期2種；第二周期8種；第三周期8種；第四周期18種；第五周期18種；第六周期32種；第七周期為不完全周期。每個周期開頭第一個元素的最外層電子的排布通式為ns1，結(jié)尾元素的最外層電子的排布通式為ns2np6。因為第一周期元素只有一個1s能級，其結(jié)尾元素的電子排布式為1s2，跟其他周期的結(jié)尾元素的電子排布式不同。 2. 元素周期表共有18個縱列；每個縱列的價電子層的電子總數(shù)相等。 3. s區(qū)有2個縱列，d區(qū)有8個縱列，p區(qū)有6個縱列；從元素的價電子層結(jié)構(gòu)可以看出，s區(qū)、d區(qū)和ds區(qū)的元素在發(fā)生化學反應時容易失去最外層電子及倒數(shù)第二層的d電子，呈現(xiàn)金屬性，所以s區(qū)、d區(qū)和ds區(qū)的元素都是金屬。 4. 元素周期表可分為主族、副族和0族；從教科書中圖1-16可知，副族元素（包括d區(qū)和ds區(qū)的元素）介于s區(qū)元素（主要是金屬元素）和p區(qū)（主要是非金屬元素）之間，處于由金屬元素向非金屬元素過渡的區(qū)域，因此，把副族元素又稱為過渡元素。 5. 這是由元素的價電子層結(jié)構(gòu)和元素周期表中元素性質(zhì)遞變規(guī)律決定的，在元素周期表中，同周期元素從左到右非金屬性逐漸增強，金屬性逐漸減弱，同主族元素從上到下非金屬性逐漸減弱，金屬性逐漸增強，結(jié)果使元素周期表右上角三角區(qū)域內(nèi)的元素主要呈現(xiàn)出非金屬性。 6. 由于元素的金屬性和非金屬性之間并沒有嚴格的界線，處于非金屬三角區(qū)邊緣的元素既能表現(xiàn)出一定的非金屬性，又能表現(xiàn)出一定的金屬性，因此，這些元素常被稱為半金屬或準金屬。 【科學探究2】 1. （略） 2. 鋰和鎂在過量的氧氣中燃燒，不形成過氧化物，只生成正常氧化物；鈹和鋁的氫氧化物都是兩性氫氧化物；硼和硅的含氧酸酸性的強度很接近，都是弱酸。教科書上幾對處于對角的元素在性質(zhì)上相似，可以粗略認為它們的電負性相近的緣故。 三、問題交流 【學與問1】 同周期的主族元素從左到右，元素最高化合價和最低化合價逐漸升高；金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強。 【學與問2】 同周期主族元素從左到右，原子半徑逐漸減小。其主要原因是由于核電荷數(shù)的增加使核對電子的引力增加而帶來原子半徑減小的趨勢大于增加電子后電子間斥力增大帶來原子半徑增大的趨勢。 同主族元素從上到下，原子半徑逐漸增大。其主要原因是由于電子能層增加，電子間的斥力使原子的半徑增大。 【學與問3】 1. 第一電離能越小，越易失電子，金屬的活潑性就越強。因此堿金屬元素的第一電離能越小，金屬的活潑性就越強。 2. 氣態(tài)電中性基態(tài)原子失去一個電子轉(zhuǎn)化為氣態(tài)基態(tài)正離子所需要的最低能量叫做第一電離能（用I1表示），從一價氣態(tài)基態(tài)正離子中再失去一個電子所需消耗的能量叫做第二電離能（用I2表示），依次類推，可得到I3、I4……同一種元素的逐級電離能的大小關(guān)系：I1Na>Mg （4）H2O 2H2O+2Na ＝2NaOH+H2↑> （5）NaBr （6）18 6CO2和SO2。 7X在第二周期ⅥA族，Y在第三周期ⅥA族；SO2和SO3。 *8（略）*9（略）*10（略 教學資源1 1. 原子概念和原子結(jié)構(gòu)模型的演變 人類對原子的認識史可以大致劃分為5個階段：（1）古代原子論；（2）道爾頓原子論；（3）湯姆生原子模型和盧瑟福原子模型；（4）波爾原子模型；（5）原子結(jié)構(gòu)（核外電子運動）的量子力學模型。 （1）古代原子論 古希臘原子論有以下5個要點： ①所有物體都是由原子構(gòu)成的。原子極小，看不到，不能繼續(xù)被分割成更小的組成部分。 ②原子之間是虛空。古希臘原子論者的“虛空”就是“真空”。 ③原子完完全全是實實在在的固體。換句話說，原子內(nèi)部不再有虛空。 ④原子是均一的，或者說，是沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的。 ⑤原子是不同的。即大小不同，形狀不同，重量（質(zhì)量）不同。 （2）道爾頓原子論 1805年道爾頓明確地提出了他的原子論，這個理論的要點有：每一種元素有一種原子（他稱其為“簡單原子”）；同種原子質(zhì)量相同，不同種原子質(zhì)量不同；原子不可再分；一種原子不會轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子；化學反應只是改變了原子的結(jié)合方式，使反應前的物質(zhì)變成反應后的物質(zhì)。道爾頓還創(chuàng)立了相對原子質(zhì)量的概念，認為相對原子質(zhì)量是一種原子不同于另一種原子的本質(zhì)特征。正是道爾頓的原子的概念明確地與化學元素掛起鉤來，道爾頓的原子論可稱為“化學原子論”。道爾頓建立的化學原子論揭示了物質(zhì)的組成和化學變化的本質(zhì)，確立了化學組成和變化的定量基礎(chǔ)，開創(chuàng)了化學的現(xiàn)代發(fā)展。圖1-1是道爾頓用來表示原子的符號，是最早的元素符號。 (某些化合物的錯誤組成是由于錯誤的相對原子質(zhì)量導致的） 圖1-1道爾頓的（簡單）原子和復合原子（分子） （3）湯姆生原子模型和盧瑟福原子模型 1897年湯姆生發(fā)現(xiàn)原子中存在電子以后，又于1904年提出了一種原子模型，認為原子是一個平均分布著正電荷的粒子，其中鑲嵌著許多電子，中和了正電荷，從而形成了中性原子。 1911年盧瑟福在α粒子散射實驗的基礎(chǔ)上提出了“行星系式”原子模型：“在原子的中心有一個帶正電荷的核，它的質(zhì)量幾乎等于原子的全部質(zhì)量，電子在它的周圍沿著不同的軌道運動，就像行星環(huán)繞太陽運轉(zhuǎn)一樣。電子在運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力和原子核對電子的吸引力達到平衡，因此電子能夠與原子核保持一定的距離，正像行星和太陽保持一定的距離一樣。原子越重，正電荷也就越大，電子數(shù)也越多?！? （4）波爾原子模型 盧瑟福的原子帶核模型中沒有原子核外電子的結(jié)構(gòu)。1913年, 年輕的丹麥物理學家玻爾在總結(jié)當時最新的物理學發(fā)現(xiàn)（普朗克黑體輻射和量子概念、愛因斯坦光子論、盧瑟福原子帶核模型等）的基礎(chǔ)上建立了氫原子核外電子運動模型, 解釋了氫原子光譜，后人稱為玻爾理論，該理論的主要內(nèi)容包括“行星模型”“定態(tài)假設(shè)”“量子化條件”“躍遷規(guī)則”等內(nèi)容。波爾原子模型認為：電子在原子核外空間的一定軌道上繞核做高速的圓周運動。 （5）原子結(jié)構(gòu)（核外電子運動）的量子力學模型 由于原子結(jié)構(gòu)（核外電子運動）的量子學模型難度較大，在此不作專門討論。 2. 原子的起源和演化 （1）宇宙之初 現(xiàn)代宇宙學理論認為現(xiàn)今的宇宙起源于一次“大爆炸”。構(gòu)成現(xiàn)今宇宙的所有物質(zhì)在爆炸前聚集在一個密度極大、溫度極高的原始核中。由于某種未明原因，宇宙的原始核發(fā)生了大爆炸，宇宙物質(zhì)均勻地分布到整個宇宙空間。一開始，宇宙中只有中子，中子的半衰期是67830 s。一個中子發(fā)生衰變將同時得到一個質(zhì)子、一個電子和一個反中微子： n → p + e- + t1/2=11.3 min 這就是說，大爆炸后的第11 min左右，整個宇宙充滿著幾乎等量的中子（n）、質(zhì)子（p）和電子（e-），還有反中微子（）（注：按照現(xiàn)代粒子物理學標準模型，物質(zhì)由12種基本粒子構(gòu)成，它們是：6種夸克（下夸克、上夸克、奇異夸克、粲夸克、底夸克和頂夸克）和6種輕子（電子、電子中微子、μ子、μ中微子、τ子、τ中微子）。2000年7月21日，在美國費米國家實驗室工作的國際小組用3年時間從600多萬個粒子的軌跡中鑒定出4個粒子是τ中微子，12種基本粒子的存在已全部被實驗證實。此外，還有一種存在暗物質(zhì)的理論，但至今尚無任何實驗證據(jù)證實暗物質(zhì)的存在。）。這時的溫度在500106 K左右。約經(jīng)歷10個中子半衰期，即2 h后，宇宙中的絕大部分物質(zhì)便是氫原子了，盡管其間也合成了相當數(shù)量的氦原子。其后，氫原子和氦原子凝集成星團，其他原子之生從此開始。由現(xiàn)今觀察到的宇宙直徑可以推算出來，宇宙的年齡至今約140億年了。氫仍然是宇宙中最豐富的元素，約占所有原子總數(shù)的88.6%，氦的豐度則約為氫的豐度的1/8，它們加在一起占宇宙原子總數(shù)的99.7%以上。上述宇宙大爆炸理論描述的元素誕生的情景使人回想起，早在1815年普魯特（W.Prout）就曾經(jīng)預言過所有元素之母是氫，盡管他的預言因根據(jù)不足，100多年來一直遭人嘲笑。 （2）氫燃燒 宇宙大爆炸形成的氫和氦冷凝成星團，由于自身的引力收縮作用釋放熱能，溫度穩(wěn)步上升到約107 K，引發(fā)了稱之為“氫燃燒”的核反應： 1H + 1H → 2H + e+ + μe （e+ － 正電子，μe — 中微子） 2H + 1H → 3H + γ （γ— 高能量光子） 3H + 3He →4He + 21H 這三個反應的半衰期差別很大。以太陽為例，第一個反應的半衰期為1.41010 a，第二個反應短得只有0.6 s，第三個反應則為106 a。于是總的結(jié)果是： 4 1H → 4He + 2e+ + 2νe 由于氫轉(zhuǎn)變?yōu)楹さ馁|(zhì)量虧損，則會釋放出巨大的能量。如果一個恒星的質(zhì)量相當于太陽，每秒有600109 kg的氫經(jīng)燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)?95.5109 kg氦，則有虧損的4.5106 kg質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量，以光和熱的形式釋放。 （3）氦燃燒 氫燃燒使近10%的氫轉(zhuǎn)變?yōu)楹r，若恒星的質(zhì)量足夠大，由于引力收縮，溫度繼續(xù)升高，發(fā)生“氦燃燒”得到12C： 反應得到的12C導致誕生16O、20Ne、24Mg等原子的新的氦燃燒反應： （4）碳燃燒 由氦燃燒得到的足夠大的紅巨星的密度若達到104 g/cm3，會發(fā)生如下的“碳燃燒”： 12C + 12C → 24Mg + γ 12C + 12C → 23Na +1H 12C + 12C → 20Ne +4He 碳燃燒得到的元素的質(zhì)量數(shù)為20左右，但還有氫和氦生成，為繼續(xù)生成新元素成為可能。 （5）α過程 質(zhì)量大于1.4個太陽質(zhì)量的紅巨星在碳燃燒后再次收縮使溫度上升到109 K左右，引發(fā)了一個吸收γ射線而放出α粒子的核反應：20Ne(γ,α)16O，這是一個吸熱反應（括號前是反應物，括號后是生成物，括號里逗號前的是反應吸收的粒子，逗號后是反應放出的粒子）。反應放出的氦核（即α粒子）熔入12C核產(chǎn)生更多的16O，熔入20Ne核產(chǎn)生更多的24Mg，熔入24Mg核產(chǎn)生28Si，熔入28Si產(chǎn)生32S，熔入32S核產(chǎn)生36Ar，最后，反應停止再生成40Ca。這個過程稱為α過程。在α過程中還發(fā)生其他核反應得到鈦、鈧等元素。發(fā)生α過程后，紅巨星演變成白矮星。 （6）e過程 對于質(zhì)量處于1.4~3.5個太陽質(zhì)量的恒星，氫燃燒的同時會發(fā)生氦燃燒，發(fā)生猛烈的爆炸，向星際噴發(fā)大量物質(zhì)，稱為“超新星爆發(fā)”。幾秒鐘或幾分鐘之內(nèi)溫度升至3109 K以上，導致許多新的核反應，產(chǎn)生從鈦到銅各種原子，其中56Fe的豐度最大。這個過程叫做e過程。 （7）重元素的誕生 更重的原子的誕生被認為是在紅巨星中發(fā)生“中子俘獲”和“質(zhì)子俘獲”的結(jié)果。中子俘獲不僅誕生了質(zhì)量數(shù)Ar=63~209的核素，還得到更多的質(zhì)量數(shù)Ar=23~46的核素。質(zhì)子俘獲過程誕生了36種核素，從最輕的74Se到最重的196Hg。壽命最長的重核素如232Th(t1/2=1.41010a)、238U(t1/2=4.5109a)和235U(t1/2=7.0108a)的半衰期很長，釷的半衰期甚至與宇宙年齡（約1.81010a）相仿，因此，對于太陽系而言，它們肯定誕生在太陽系之前，因為太陽系的年齡為4.6109~5.0109 a。 最后需要指出，太陽的質(zhì)量不大，是一個年輕的恒星，尚未發(fā)生氦燃燒，不可能合成比氦重的原子，因此，太陽以及太陽系各星體，包括地球的組成中的所有比氦重的原子都是在形成太陽系時從其他星體的噴發(fā)物質(zhì)中俘獲的。太陽中重元素的存在，特別是碳和氮的存在卻大大催化了太陽的氫燃燒。這種催化反應被稱為C-N循環(huán)。 （8）宇宙大爆炸理論的是非 有3個觀察事實支撐了宇宙大爆炸理論。它們是：整個宇宙的元素豐度、宇宙的背景輻射以及恒星光譜的紅移現(xiàn)象。早在1925—1928年人們就用光譜技術(shù)得出了宇宙元素豐度。大爆炸理論很好地解釋了元素豐度分布位于氫氦、碳氮氧、鐵等處的峰值的存在。1965年探測到，整個星際空間的溫度不是0 K而是2.7 K，相當于存在一個各向同性的黑體熱輻射，稱為宇宙的背景輻射。大爆炸理論認為這是大爆炸的殘余。早在1842年奧地利科學家多普勒（C. J.Doppler 1803—1853）就發(fā)現(xiàn)，聲波的波長會因物體的運動而發(fā)生改變，這種現(xiàn)象被稱為多普勒效應。觀測發(fā)現(xiàn)，發(fā)自星體的光的波長都長于地球上同一種元素的光譜數(shù)據(jù)，稱為“紅移”。大爆炸理論用星體因大爆炸后的膨脹而背離我們運動來解釋紅移。迄今為止，除了大爆炸理論，尚沒有另一種理論能夠這樣全面解釋這3個基本觀察事實。 大爆炸理論是不是宇宙起源的終極理論？還有沒有可能創(chuàng)造一種完全不同的理論來否定宇宙大爆炸理論，正像達爾文進化論否定了神創(chuàng)論一樣？這還不能定論。還有，即使認為宇宙大爆炸是客觀事實，至今人們?nèi)噪y以就涉及宇宙年齡、宇宙大小和宇宙膨脹速度3個宇宙學基本數(shù)據(jù)相關(guān)的所謂“哈勃常數(shù)”的取值達成一致意見，因為獲得它的主要依據(jù)是來自遠離地球的星體的光譜強度，而人們無法知道某一強度的光究竟是因為星體離地球的遠近還是星體發(fā)光的強弱所致，也難以確切估計它達到地球之前被吸收了多少。我們相信，隨著新事實的發(fā)現(xiàn)，如黑洞、暗物質(zhì)或反物質(zhì)、反引力等，在21世紀十分有可能產(chǎn)生一種新的宇宙學，當然也十分可能只是修正大爆炸理論。不過，即使大爆炸理論被推翻，我們在此討論到的以及尚未涉及的諸多從氫燃燒開始的元素誕生理論似乎不會受到根本的影響。 （摘編自北京師范大學等編《無機化學（上冊第四版）》，高等教育出版社，2002年版） 3. 對構(gòu)造原理的一些說明 （1）能量最低原理 構(gòu)造原理是元素隨原子序數(shù)的遞增，絕大多數(shù)基態(tài)原子的核外電子的排布規(guī)律。在教科書中，我們是用一張圖來表述這個規(guī)律的。構(gòu)造原理的提出是在量子力學建立以前，它是一個經(jīng)驗規(guī)律，是可以通過原子光譜確定的。在教科書中，只要求學生把這個原理作為一個事實知道這個原理，沒有要求對它作任何解釋。 首先應當指出，在許多其他教科書中，把對構(gòu)造原理的解釋，如“能級交錯”“屏蔽效應”“鉆穿效應”等寫在構(gòu)造原理之前，把它們作為構(gòu)造原理提出的依據(jù)。我們認為這種觀念是值得商榷的，并認為“能級交錯”“屏蔽效應”“鉆穿效應”等，只是對構(gòu)造原理的解釋而已，構(gòu)造原理并不是這些解釋的邏輯結(jié)果。 其次應該指出，多電子原子的電子排布，是以一系列假設(shè)和近似為基礎(chǔ)的，如當描述該體系的一個電子時，不描述其他電子，而將其他電子對該電子的排斥集中到原子核上，得到所謂“單電子函數(shù)”，或稱“獨立子”，這種近似稱為中心力場近似。只有作這種近似，才使描述多電子原子體系中的電子成為可能，才可借用氫原子核外電子的運動狀態(tài)，即1s，2s，2p……來描述它們；這時，電子的能量被稱為“軌道能”，而每一個電子的軌道能多大，不僅跟原子核電荷多少有關(guān)，而且還與核外存在幾個電子以及這些電子處于什么狀態(tài)（1s，2s，2p……）有關(guān)。例如，F(xiàn)e和Fe2+，核電荷數(shù)都是26，然而，對于核外有26個電子的Fe，按［Ar］3d64s2排布得到的軌道能的總和小于按［Ar］3d8排布的軌道能總和，因而基態(tài)Fe的電子排布是前者而不是后者；而對于核外只有24個電子的Fe2+，按［Ar］3d6排布的軌道能總和比按［Ar］3d44s2排布的軌道能總和小，因而基態(tài)Fe2+的電子排布是前者而不是后者。換句話說，4s軌道和3d軌道的能量哪個低，不是一成不變的，而是隨核電荷數(shù)、電子數(shù)、電子所處的狀態(tài)3個因素相關(guān)的，是動態(tài)可變的。因此，在教科書中，能量最低原理的表述是“整個原子處于能量最低的狀態(tài)”，而不是說電子填充到能量最低的軌道中去。 （2）能級交錯 在以上討論中，我們并沒有提到“能級交錯”。其實，對于多電子原子，本來就只有軌道能而無所謂“能層”，說“能層”只是跟氫原子對比的形象化說法所作的近似，因而鮑林（L.Pauling）稱其為“近似能級”（即能層）。在只有1個電子的氫原子中，主量子數(shù)相同的各能級中的電子的能量是相同的，如4s，4p，4d，4f的能量是相等的，然而在多電子原子中，由于處于不同能級的電子受到其他電子的相互作用（排斥力不同），導致同一能層不同能級的電子的能量不同，即對于多電子原子來說，由于原子中各電子之間的相互作用，當電子處在不同狀態(tài)時，其能量不僅與主量子數(shù)n有關(guān)，而且還與角量子數(shù)l有關(guān)。例如，在主量子數(shù)n相同時，l的數(shù)值越大，其電子的能量越高。也就是說在同一能層中，s電子的能量低于p電子，p電子低于d電子，d電子低于f電子的能量： E4s ＜E4p＜E4d ＜E4f l取值：0 1 2 3 是由元素的精細光譜實驗得到的結(jié)果，一般地說，電子的能量完全取決于主量子數(shù)n和角量子數(shù)l，如果n、l的數(shù)值相同，則電子的能量就相同，由不同的n和l組成的各分層，如2s，3p，4d……其能量必然不同，從能量的角度看，這些分層也常稱為能級。 鮑林根據(jù)光譜實驗的結(jié)果，提出了多電子原子中原子軌道的近似能級圖。應當指出的是，鮑林近似能級圖中的能級順序只是指價電子層中填入電子時各能級能量的相對高低，正如前面已經(jīng)指出的，當電子填入原子軌道后，電子的能量會發(fā)生變化，各電子的軌道能不再維持鮑林的近似能級圖順序。 對于n和l值都不同的原子軌道的能級能量高低，我國化學家徐光憲歸納出這樣的規(guī)律，即用該軌道的（n+0.7l）值來判斷，（n+0.7l）值越小，能級的能量越低。如4s和3d兩個能級，它們的（n+0.7l）值分別為（4+0.70）=4.0和（3+0.72）=4.4，因此E4s＜E3d，這種現(xiàn)象稱為能級交錯。 （3）屏蔽效應 在多電子原子中，一個電子不僅受到原子核的引力，還要受到其他電子的排斥力。如鋰原子核帶有三個正電荷，核外有三個電子，第一層有兩個電子，第二層有一個電子，對于第二層的這一個電子來說，除了受核對它的吸引力以外，還受到第一層兩個電子對它的排斥力的作用，這種排斥力實際上相當于減弱了原子核對外層電子的吸引力，相當于使核的有效電荷數(shù)減少。我們把由于其他電子對某一電子的排斥作用而抵消了一部分核電荷，使有效核電荷降低，消弱了核電荷對該電子的吸引，這種作用稱為屏蔽作用或屏蔽效應。 屏蔽效應與原子內(nèi)電子的多少和電子所處的軌道有關(guān)，內(nèi)層電子對外層電子的屏蔽作用較大，電子越靠近原子核，它對外層電子屏蔽作用越大，同層電子屏蔽作用較小，外層電子對內(nèi)層電子幾乎沒有屏蔽作用。 （4）鉆穿效應 由電子云徑向分布圖可以看出，n值較大的電子在離核較遠的區(qū)域出現(xiàn)的概率大，但在離核較近的區(qū)域也有概率較小的峰出現(xiàn)，這種外層電子鉆到內(nèi)層空間而靠近原子核的現(xiàn)象稱為鉆穿效應。鉆穿效應主要表現(xiàn)在鉆入內(nèi)層的小峰上，峰的數(shù)目越多，鉆穿效應越大。電子的鉆穿效應和屏蔽效應是相互聯(lián)系的，某電子的鉆穿效應越強，其被屏蔽的可能性就越小。鉆穿效應可以用來解釋能級交錯現(xiàn)象。 4. 有關(guān)電子云的一些問答 （1）電子云圖中的小點的總數(shù)可多可少嗎？ 電子云圖中的小點的總數(shù)是可多可少的。這要看你“記錄”的電子在核外空間出現(xiàn)的次數(shù)。通俗地講，每個小點相當于一次記錄。如果電子云圖里有500個小點，就相當于記錄了500次;如果有10 000個點，就相當于記錄了10 000次。記錄的次數(shù)越多，小點就越多。 （2）如何制作電子云圖？ 用計算機程序可以制作電子云圖。如果在上課時能夠直接上網(wǎng)，可打開如下網(wǎng)站：http://www.phy.davidson.edu/StuHome/cabell_f/Density.html，在該網(wǎng)頁的電子概率密度applet程序上直接輸入主量子數(shù)（n）、角量子數(shù)(l)和磁量子數(shù)（m），可快速地得到不同狀態(tài)的電子云的圖像。該程序得到的圖像還分為單色（實為Ψ2即ρ的圖像）和彩色（實為Ψ的圖像），該網(wǎng)站還有徑向函數(shù)的曲線可供教師參考（建議不要在教學中討論）。 圖1－2概率與概率密度 （3）為什么說電子云圖是電子的概率密度分布圖而不是概率分布圖？ 首先，我們需要理解概率的概念。無論電子云圖里有多少個點，我們都必須設(shè)定這張圖的總概率P=1（即100%）。如圖1-2中共有500個點，在圖的左上角的方框內(nèi)有18個點，我們就可以說，在這個長方形區(qū)域里找到電子的概率為P=18/500=0.036；同樣，在圖的左上角的橢球形區(qū)域內(nèi)找到電子的概率為P=5/500=0.01。 其次，我們來討論概率密度。概率密度等于概率除以體積，用希臘小寫字母ρ（讀音“ru”）為符號，概率與概率密度的關(guān)系式是：ρ=P/V。設(shè)圖中的某體積為V的區(qū)域（就說是左上角的橢球內(nèi)吧）的概率密度為ρ=P/V。如果我們再設(shè)這個橢球區(qū)域里小點的分布是完全均勻的，接著我們僅考察半個橢球的概率密度，我們得到它的概率密度為ρ=(P/2)/(V/2)，結(jié)果仍為P/V！如果我們?nèi)∵@個橢球里更小的區(qū)域，假設(shè)在這個區(qū)域里電子的概率分布（即小點的分布）仍是均勻的，結(jié)果概率密度還等于ρ=P/V！把所取的區(qū)域劃定得更小，等于小點的體積（只要這個體積不等于零就行），這個微小的區(qū)域內(nèi)的概率密度仍等于ρ=P/V！由此可見，電子云圖中的每個點都代表了電子在一個微小區(qū)域里出現(xiàn)的概率密度，而電子云圖給出了這些小點在空間里的分布，小點越密處，電子的概率密度越大，因此，電子云圖是電子的概率密度分布圖！ 教學資源2 5. 長式周期表中主副族的劃分 近年來，長式周期表為許多國家所采用。但是在這種周期表中關(guān)于主族和副族的劃分方法，曾引起過爭議。1923年，戴明（Deming）把包含典型元素的族定為主族，在族序數(shù)后標以符號A，把過渡元素的各族定為副族，在族序數(shù)后標以符號B。我國基本上采用Deming的劃分法，只是把稀有氣體定為0族，而且對它和第Ⅷ族均不劃分主、副族，不標A、B符號。另一種劃分法是把堿金屬、堿土金屬和除銅族、鋅族外的過渡元素均定為主族，標以符號A，把銅族、鋅族以及其后的各族均定為副族，標以符號B。1970年國際純粹和應用化學聯(lián)合會（IUPAC）支持這種劃分法。由于在長式周期表中主、副族的劃分方式不一致，在學術(shù)界引起了混亂。因此，在1989年國際純粹和應用化學聯(lián)合會建議不再劃分主、副族，把長式周期表的各族自左至右統(tǒng)一編號為1~18列。現(xiàn)在許多國家已經(jīng)采用了這種表述形式。長式周期表主副族元素劃分方式的演變見表1－1。 在長式周期表中氫的位置也有一個演變過程。從前把氫放在長式周期表的上中部，以兩條線分別跟堿金屬和鹵素相連，表示氫既跟堿金屬相似，又跟鹵素相似。另一些周期表把氫放在堿金屬或者鹵素的頂部，個別的還在堿金屬和鹵素的頂部都標上氫。1989年，國際純粹和應用化學聯(lián)合會推薦的18列周期表中，把氫列在堿金屬的頂部，這跟近年來研究金屬氫取得進展及制得Na-（相當于H-）化合物、發(fā)現(xiàn)鋰鍵（相當于氫鍵）等有關(guān)。 表1-1長式周期表主副族劃分方式的演變 6. 元素周期系的遠景 元素的存在，是與原子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，特別是與原子核的穩(wěn)定性有關(guān)。人們發(fā)現(xiàn)，原子序數(shù)大于83（鉍之后）的元素，都是放射性元素，而原子序數(shù)在92之后（超鈾元素）的元素，全部是用人工方法合成的元素（Np、Pu在自然界中也有，但含量極微）。目前已公認了112號元素的合成方法。人們要問：新的人工合成的元素究竟還可以合成多少種？ 物理學家根據(jù)原子核結(jié)構(gòu)理論計算，認為周期系最后可能出現(xiàn)的是原子序數(shù)為175的元素。人工合成的元素，將會完成第七周期（零族元素的原子序數(shù)應為118），并進入第八周期，甚至第九周期。在未來的第八、九周期中，原子中的電子依次填充新的能級——5g能級和6g能級。依照已有的規(guī)律，可以推知g能級最多能容納18個電子。 能級：spdf g 電子數(shù)：2 6 10 14 18 由此可以預見，第八、九周期都將有50種元素，是超長周期。在這兩個周期里，將有“超錒系”和“新超錒系”的5g~6f和6g~7f內(nèi)過渡系（各為32種元素）。 7. 不同歷史階段的元素周期表 （1）拉瓦錫在1778年出版的《化學大綱》中，對33種化學元素的分類 ①氣體元素：氧、氮、氫、光、熱； ②金屬元素：銀、錫、銅、砷、銻、鉍、鎳、金、鈷、鐵、鉬、鎢、錳、鉑、鉛、鋅、汞； ③非金屬元素：硫、磷、碳、鹽酸基、氟酸基、硼酸基； ④能成鹽的土質(zhì)元素：石灰、鎂土、鋇土、鋁土、硅土。 由于拉瓦錫（A.L.Lavoisier）受時代的限制，把一些不是元素的東西都當成元素；同時又把元素分為“土質(zhì)元素”，這顯然含有亞里士多德（Aristotle）水、火、土、氣“四素說”的思想痕跡。 （2）1829年，德國化學家德貝萊納（D.beriner）的“三元素組” ①鋰、鈉、鉀；②鈣、鍶、鋇；③氯、溴、碘；④硫、硒、碲；⑤磷、砷、銻。 （3）門捷列夫（Д.И.Менделеев）的第一個元素周期表（1869年） (4)德國化學家邁爾的化學元素周期系（1869年10月作，1870年發(fā)表） （5）門捷列夫化學元素周期表（1871年12月） 7由山西省實驗中學楊瑞光、駱小三、耿錄蓮提供） （資料 8. 形形色色的元素周期表 圖1-3形形色色的元素周期表 9. 原子半徑 原子半徑，似乎應該是原子核到最外電子層的距離，但事實上，單個原子的半徑是無法測定的。原子總是以單質(zhì)或化合物的形式存在。而在單質(zhì)或化合物中，原子間總是以化學鍵結(jié)合的（稀有氣體除外），因此原子半徑就跟原子間以哪種鍵結(jié)合有關(guān)。一般來說，原子半徑是指共價半徑或金屬半徑。 共價半徑：如單質(zhì)分子中的2個原子以共價單鍵結(jié)合時，它們核間距離的一半叫做該原子的共價半徑。 金屬半徑：金屬晶格中金屬原子的核間距離的一半叫做原子的金屬半徑。原子的金屬半徑一般比它的單鍵共價半徑大10%~15%。 范氏（范德華）半徑：非金屬元素還有另一種半徑，叫范氏半徑。如圖1-4所示，表示了氯原子的共價半徑和范氏半徑。 圖1-4氯原子的共價半徑與范氏半徑 對非金屬元素，r范>r共，從圖1-4可以清楚地看出這一關(guān)系。圖1-4表示出2個Cl2，在同一個Cl2里，2個Cl核間距的一半BF是共價半徑（r共）；在不同的2個Cl2間，2個Cl的核間距的一半CE是范氏半徑（r范）。顯而易見，r范>r共。 稀有氣體在極低的溫度下形成單原子分子的分子晶體。在這種晶體里，2個原子核的核間距的一半，就是稀有氣體原子的范氏半徑。表1-2列出了非金屬元素和稀有氣體的范氏半徑。 表1-2非金屬元素和稀有氣體的范氏半徑（r范/nm） 從表1-2可以看出，r范也有一定的規(guī)律性。在同一周期中，從左到右逐漸減??；在同一族中，從上到下逐漸增大。 在一般的資料里，金屬元素有金屬半徑和共價半徑的數(shù)據(jù)，非金屬元素則有共價半徑和范氏半徑的數(shù)據(jù)，稀有氣體只有范氏半徑的數(shù)據(jù)。 10. 同周期和同族元素的第一電離能 （1）同周期元素 表1-3是二、三周期部分元素的核外電子排布和第一電離能，圖1-5是第二周期和第三周期元素的第一電離能。 表1-3 第二、三周期部分元素的核外電子排布和第一電離能 圖1-5第二、三周期元素的第一電離能 ①同周期元素的第一電離能，從左到右遞變的總趨勢是依次增大，原因是核電荷數(shù)增多，而能層數(shù)不變，核電荷對核外電子的吸引力增大； ②為什么B的第一電離能反而比Be??？原因是B失去的電子是2p電子，2p電子的軌道能比2s電子的軌道能高；同理，Al的第一電離能比Mg的第一電離能??； ③氧的第一電離能為什么反而比氮的第一電離能??？原因是氧的第一電離能是失去已經(jīng)成對的2p電子所需能量，成對電子的相互排斥的能量比核電荷增加吸引2p電子的能量還大，導致氧的第一電離能反比氮的第一電離能低；同理，硫的第一電離能反而小于磷的第一電離能。 圖1-6第ⅠA族元素的第一電離能 （2）同族元素 圖1-6是堿金屬元素的第一電離能。 一般來說，同主族元素的第一電離能，從上到下遞變的總趨勢是依次降低，原因是核外電子的層數(shù)增加而且原子半徑遞增，核電荷對最外層電子的吸引力降低。 應當注意的是，副族元素的第一電離能從上到下變化趨勢與主族不相同，大多是從上到下第一電離能反而增加，原因是雖然核外電子層數(shù)增加但原子半徑增加卻不顯著甚至減小，導致核電荷對最外層電子的吸引力增加。 第二章 分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)單元 本章說明 一、教學目標 1. 知道共價鍵的主要類型σ鍵和π鍵，能用鍵參數(shù)——鍵能、鍵長、鍵角等說明簡單分子的某些性質(zhì)；能舉例說明“等電子原理”的含義及應用。