高中化学 37 原子结构

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原子的构成

原子核：位于原子的中心，由质子和中子构成。质子带正电荷，中子不带电，质子和中子的质量相对电子来说都较大，且二者质量近似相等.

核外电子：带负电荷，在原子核外的空间里做高速运动。电子的质量很小，约为质子质量的\(1/1836\).

构成原子的微粒间的关系

数量关系：质子数 = 核电荷数 = 原子序数 = 核外电子数。对于阳离子，质子数\(>\)核外电子数；对于阴离子，质子数\(<\)核外电子数.

质量关系：质量数\(A =\)质子数\(Z +\)中子数\(N\) 。质量数近似等于该原子的相对原子质量.

核素与同位素

核素：具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子叫做核素。如\(^{1}_{1}H\)、\(^{2}_{1}H\)、\(^{3}_{1}H\)是氢元素的三种不同核素.

同位素：质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素。同位素的化学性质几乎完全相同，但物理性质有所不同。如\(^{12}_{6}C\)、\(^{13}_{6}C\)、\(^{14}_{6}C\)互为同位素，它们在考古、医学等领域有不同的应用.

原子核外电子排布规律

分层排布：核外电子是由里向外，分层排布的，分别用\(K\)、\(L\)、\(M\)、\(N\)、\(O\)、\(P\)、\(Q\)等表示从内到外的电子层.

电子层容纳电子数：各电子层最多容纳的电子数为 \(2n^{2}\)个 ；最外层电子数不得超过\(8\)个，次外层电子数不得超过\(18\)个，倒数第三层电子数不得超过\(32\)个。 当电子层作为最外层时，\(K\)层最多容纳\(2\)个电子；当电子层作为次外层时，\(L\)层最多容纳\(8\)个电子.

能量最低原理：电子总是先排布在能量最低的电子层里，然后再由里往外，依次排布在能量逐步升高的电子层里.

泡利原理：在一个原子轨道里，最多只能容纳\(2\)个电子，而且它们的自旋状态相反.

洪特规则：电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋状态相同.

原子结构示意图

原子结构示意图是表示原子核电荷数和电子层排布的图示形式。小圈和圈内的数字表示原子核和核内质子数，弧线表示电子层，弧线上的数字表示该层的电子数。如\(_{17}Cl\)的原子结构示意图为，圈内数字\(17\)表示质子数，弧线表示电子层，从内到外各层电子数分别为\(2\)、\(8\)、\(7\).

元素周期表与原子结构的关系

周期数与能层数：元素所在的周期数等于该元素原子的电子层数。

族序数与价电子数：主族元素的族序数等于其最外层电子数，副族元素的族序数与价电子数有关，一般来说，价电子包括最外层电子和次外层的部分电子 。

分区与原子结构：根据元素原子的价电子构型，可将元素周期表分为\(s\)区、\(p\)区、\(d\)区、\(ds\)区和\(f\)区。\(s\)区元素的价电子构型为\(ns^{1-2}\)；\(p\)区元素的价电子构型为\(ns^{2}np^{1-6}\)；\(d\)区元素的价电子构型为\((n - 1)d^{1-9}ns^{1-2}\)；\(ds\)区元素的价电子构型为\((n - 1)d^{10}ns^{1-2}\)；\(f\)区元素包括镧系和锕系.

原子结构与元素性质的关系

原子半径：同周期主族元素从左到右，原子半径逐渐减小；同主族元素从上到下，原子半径逐渐增大。原子半径的大小与电子层数和核电荷数有关，电子层数越多，原子半径越大；电子层数相同时，核电荷数越大，原子半径越小.

第一电离能：同周期主族元素从左到右，第一电离能呈增大趋势，但存在反常现象，如\(ⅡA\)族和\(ⅤA\)族元素的第一电离能大于相邻元素；同主族元素自上而下，第一电离能逐渐减小。第一电离能越小，元素的金属性越强，越易失去电子.

电负性：同周期从左到右，元素电负性逐渐增大；同主族从上到下，元素电负性逐渐减小。一般来说，金属元素电负性小于\(1.8\)，非金属元素电负性大于\(1.8\)。电负性可用于判断元素的金属性和非金属性强弱，以及化学键的类型，电负性之差大于\(1.7\)的一般为离子键，小于\(1.7\)的一般为共价键.

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