《化学必修第一册》——9、原子结构元素周期表（上）

第四章　原子结构元素周期律

第一节　原子结构与元素周期表（上）

目前已知的元素有118种，物质已经超过一亿种，这一百多种元素是怎样相互结合，形成各种各样的物质的。

从微观的角度看，这与原子的内部结构和原子之间的相互作用有关。原子的内部结构决定了其性质；通过粒子之间的相互作用，可认识到化学反应的本质。

一、原子结构

人们认识原子的历程：

1803年道尔顿模型，认为原子是构成物质的基本粒子，是坚实的、不可分的实心球。

1904年汤姆孙模型，原子中平均分布着带正电荷的粒子了。

1911年卢瑟福原子模型，原子中心有一个带正电荷的核，电子在周围运动。

1913年玻尔原子模型，电子在核外一定轨道上高速运动。

1926~1935电子云模型，电子在核外很小空间高速运动，没有确定的轨道。

1、原子结构：

忽略电子的质量，质子、中子的相对质量均近似为1，将质子、中子的相对质量取近似整数值相加，得到质量数。 

质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)

质子数＝核电荷数＝核外电子数＝原子序数

2、原子核外电子排布

原子核外电子是分层排布的，按照离原子核由近及远，其能量由低到高分为七个电子层。        

能量最低原理：

宏观物体、微观的物质都是能量越低越稳定，原子核外电子排布也遵守这个原理。电子总是先排到能量最低的第一层，排满后再排到下一层，这样保证整体能量最低。

核外电子排布的规律：

以n表示电子层数，则每个电子层最多容纳的电子数为2n2个，依次为2、8、18、32……

按能量最低原理，电子先排K层，排满后再排L层，排满后再M层。

最外层不超过8个，K层作最外层不超过2个，次外层不超过18个。

1-20号元素核外电子排布的情况：        

3、原子结构示意图

可用结构示意图表示原子或离子核外电子排布的情况。如Na原子的结构示意图： 

也可以用结构示意图表示离子结构，如：

二、元素周期表

门捷列夫与元素周期表：门捷列夫将当时已知的几十种元素按相对原子质量由小到大排列，并将化学性质相似的元素放在一起，制成了第一张元素周期表，并且为未知元素留下了空位。

1、元素周期表的编排原则

随着化学科学的发展，这些空位先后被填满，将排序依据改成原子的核电荷数，并依此给元素编号，叫原子序数。

原子序数＝核电荷数＝质子数＝核外电子数

元素周期表的编排方法： 

将电子层数目相同的元素按原子序数递增的顺序，从左到右排成横行，每一个横行称为一个周期；再把不同横行中最外层电子数相同的元素，按电子层数相同的顺序由上而下排成纵列，第一个纵列称为一个族。

2、元素周期表的结构

从上往下排成七个横行，也就是七个周期。

从左往右排成18个纵列，分为16个族，从左往右依次为ⅠA、ⅡA、ⅢB、ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB和Ⅷ、ⅠB、ⅡB、ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA、0族。其中第Ⅷ族占3个纵列，第六周期第ⅢB族为镧系，共15种元素，第七周期第ⅢB族为锕系，共15种元素。 

3、常见族的别称

ⅠA族（除H外）叫碱金属，ⅣA族叫碳族元素，ⅤA族叫氮族元素，ⅥA族叫氧族元素，ⅦA族叫卤族元素，副族元素又叫过渡元素或过渡金属。

4、元素周期表中方格里的符号的意义：

思考：

同周期的ⅡA、ⅢA族元素的原子序数差是不是一定为“1”。

第二、三周期差1，第四、五周期差11，原因是中间隔10格副族元素，第六、七周期差25。

元素种类最多的族是哪一族。

元素种类最多的族不是第Ⅷ族，而是第ⅢB族，共32种元素(包括镧系元素和锕系元素)。 

同主族和0族、上下相邻周期元素的原子序数差值是多少。

ⅠA族和ⅡA族，相差上一周期元素种数；ⅢA族至0族，相差下一周期元素种数。

三、核素

元素是具有相同质子数（核电荷数）的同一类原子的总称。

1、核素和同位素

同种元素的原子中质子数相同，但中子数不一定相同，质量数也不一定相同。如，氢元素有三种不同的原子：        

核素：具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。氢元素就有氕、氘、氚三种核素。

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，即同种元素的不同核素互称为同位素。它们在元素周期表中占据一个位置。 

核素的表示方法：X表示元素符号，左下角为核电荷数，左上角为质量数。

质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)

2、同位素的特征：

（1）同种元素的不同核素化学性质几乎完全相同，因为其核外电子排布相同，但物理性质不同。

如：H2、D2、T2、HD、HT、DT的化学性质相同，都能燃烧生成水等，但它们的密度、熔点、沸点不一样；H2O、D2O、T2O、HDO、HTO、DTO的化学性质相同，但密度、熔点、沸点等物理性质不同。

（2）自然界中某种元素的不同核素存在的丰度不变，也就是说天然存在的同位素，相互之间保持一定的比率。

3、同位素的应用

碳元素有12C、13C、14C三种同位素，14C在考古工作中用于测定文物的年代。

氧元素有16O、17O、18O三种同位素，18O常用于同位素示踪法测某些化学反应的机理。

铀元素有234U、235U、238U三种同位素，235U常用作核反应的燃料。

氘和氚用于制造氢弹。

放射性同位素用于放射育种、金属探伤、医疗诊断和治疗疾病。

思考：

元素、核素、同位素、同素异形体的区别。        

核素之间的转化是不是化学变化。

原子是化学变化中的最小微粒，原子核是不变的，核素的转化过程中原子核已经发生了变化，属于核反应，不是化学变化。

元素的相对原子质量。

用一个核素的原子质量除以碳-12原子质量的1/12，得到的是核素的相对原子质量。再将某元素的所有核素的相对原子质量取加权平均值，得到的才是元素的相对原子质量。

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