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她從不像數(shù)學或物理那樣榨盡我的每一個腦細胞，折磨我的每一根神經(jīng)，考驗我的每一份耐力；也不曾像語文或政治那樣強迫我昏天暗地的背誦，背誦，再背誦。我總是微笑地對待化學，不急惱，正如她對待我那樣：我把寫化學式當作練英語書法，把畫結構圖當作一種藝術，把邏輯推理當作一種文字游戲。我尊敬化學，喜愛化學，但也似乎由此滋生了一種懶惰的思想：不深入化學。我不喜歡那些學化學競賽的人每天為了化學問題而爭得面紅耳赤，不喜歡有人為化學難題而傷破腦筋，那讓我心目中的化學變得陌生與殘酷，她的美正在于她的柔和，我夢想一生都能陪伴如此美麗并柔和的化學度過……

摘自一位同學的“我心目中的化學”第十一章原子結構11.1經(jīng)典原子核模型的建立11.2氫原子光譜和Bohr模型11.3微觀粒子特性及其運動規(guī)律11.4氫原子量子力學模型11.5多電子原子結構與周期律11.6元素基本性質(zhì)的周期變化規(guī)律經(jīng)典核原子模型的建立古希臘德謨克利特（Democritus，公元前460－前370）提出的原子學說1803年，道爾頓提出了原子學說19世紀末的物理學三大發(fā)現(xiàn)X-射線（1895，倫琴，N.C.Rontgen,1845－1923，德國物理學家，又稱倫琴射線）放射性(1896，貝克勒爾，H.Becquerel，1852－1908，法國物理學家)電子（1897，湯姆遜，J.J.Thomson，1856－1940，英國物理學家）不可再分割的?電子的發(fā)現(xiàn)Thomson的電子荷質(zhì)比測量方法Millikan的油滴實驗法測定電子電荷(1909)Rutherfordα粒子散射實驗及其核型原子模型（1911）Rutherford和助手HansGeiger通過α粒子（He2+）散射實驗證明原子核的存在，提出了核型原子模型。Rutherford的核型原子模型原子中心有一個原子核它集中原子全部正電荷核幾乎全部質(zhì)量計算出金原子核的荷電核數(shù)(Z)及核的大小帶負電的電子在核外空間繞核高速運動核電荷數(shù)的實驗測量(Moseley,1912)Moseley定律:ν1/2=a(Z

?b)Z:原子序數(shù)a,b:常數(shù)氫原子光譜和玻爾理論原子的光譜在真空放電管中充入少量氣體(如H2)，通過高壓放電，可觀測到原子的發(fā)光現(xiàn)象。將堿金屬化合物在火焰上加熱，也會觀測到堿金屬的發(fā)光現(xiàn)象。氫氣氦氣鋰鹽鈉鹽鉀鹽原子光譜的測量方法氫原子光譜譜線的規(guī)律性RH為Rydberg常數(shù)從Balmer線系到Lyman、Paschen、Bracket、

Pfund線系：n1、n2為正整數(shù)且n2>n1。n1=1，Lyman線系；n1=2，Balmer線系；n1=3，Paschen

線系；Balmer經(jīng)驗公式(可見光譜區(qū))：ν==RH(-)1λ1n121n22ν==RH(-)1λ1221n2n1=4，Bracket線系；n1=5，Pfund線系。經(jīng)典電磁理論遇到的難題：經(jīng)典電磁學理論電子繞核作圓周運動，原子不斷發(fā)射連續(xù)的電磁波，原子光譜應是連續(xù)的；由此電子的能量逐漸降低，最后墜入原子核，使原子不復存在。實際上原子既沒有湮滅，其譜線也不是連續(xù)的而是線狀的。黑體輻射與Planck量子論(1900)能量量子化能量是不連續(xù)的能量包含著大量微小分立的能量單位,稱為量子（quanta)。物質(zhì)吸收或發(fā)射能量總是相當于量子整數(shù)倍的能量。每一個量子的能量與相應電磁波的頻率成正比:比例常數(shù)h稱為Planck常數(shù)，h=6.626x10-34

J·s;n為正整數(shù)(n=1,2,3…)。光電效應與Einstein的光子學說（1905）Einstein的光子學說光是由具有粒子特征的光子(photon)所組成光子的能量與光的頻率成正比

E光子=hν在光電效應中，光子與電子碰撞傳遞能量，光子將其能量傳遞給一個電子。電子吸收能量(hν)后，一部分用于克服金屬對它的束縛所需要的最小能量(hν0，又稱脫出功ω)，其余部分則變?yōu)楣怆娮拥膭幽蹺khν=ω+Ek

=hν0+1/2mv2玻爾理論(1913年)行星模型定態(tài)假設量子化條件躍遷規(guī)則基本假設核外電子只能在有確定半徑和能量的特定軌道上運動，電子在這些軌道上運動時并不輻射出能量；而且每一個穩(wěn)定的軌道的角動量(L)是量子化的，等于h/2π的整數(shù)倍

電子在不同軌道之間躍遷時，原子會吸收或輻射出光子。吸收和輻射出光子能量的多少決定于躍遷前后的兩個軌道能量之差玻爾理論(1913年)ΔE=E2–E1=E光子=hν=hc/λ

L=nh2π

n=1,2,3,…

n=1,2,3,…mv2

Ze2r=4πε0r2mvr

=nh2π

v=e22ε0nhr=ε0n2h22πe2Bohr理論的應用按經(jīng)典力學理論離心力等于向心力角動量

=53n2pmn=1,r1

=53pm(Bohr半徑)，最靠近核的軌道n=2,r2

=212pm，次靠近核的軌道n=3,r3

=477pm，再次靠近核的軌道電子的能量

E總

=E動+E位n=1,E1=-B基態(tài)n=2,E2=-B/4激發(fā)態(tài)……n無窮，電子在無限遠處，能量等于零mv2

Ze2r=4πε0r2?mv2

=8πε0re2E動=F引r

=-4πε0re2E位=E總

=E動+E位r=ε0n2h22πe2-e2=8ε02h2n2=-B/n2e2B=8ε02h2=1312kJ?mol-1=13.6eV?e-1ΔE=E2–E1=E光子=hν=hc/λ

E=-B/n2

ΔE=B()1n121n22ν==(-)1λ1n121n22Bhcν==RH(-)1λ1n121n22Lyman、Balmer等線系的波數(shù)可分別表示為能解釋氫原子及一些單電子離子(或稱類氫離子，如He+、Li2+、Be2+等)的光譜，而對于這些光譜的精細結構根本無能為力.對于多電子原子，哪怕只有兩個電子的He原子，其光譜的計算值與實驗結果也有很大出入。在經(jīng)典物理的基礎上加進一些與經(jīng)典物理不相容的量子化條件Bohr氫原子理論局限性微觀粒子的特性及其運動規(guī)律微觀粒子α粒子、電子、質(zhì)子、中子、原子（分子）等實物微粒實驗研究對任何對象的實驗研究，都需要實驗工具通過工具（或手段）與對象的相互作用來體現(xiàn)（反饋）研究對象的性質(zhì)這種作用不可避免地干擾了對象的性質(zhì)任何測量結果都是研究對象與測量工具所構成的互作用體系的綜合體現(xiàn)宏觀研究對象實驗工具實驗工具微觀研究對象體系的相互作用越強，這種干擾也越大微觀粒子的波粒二象性光的微粒說17世紀，牛頓：光是一股粒子流。差不多統(tǒng)治兩個世紀。黑體輻射、光電效應、原子光譜等反映光的粒子性。光的強度：

I=h

(ρ為光子密度)微觀粒子的波粒二象性光的波動說（undulatorytheory）

17世紀，惠更斯：光是機械振動在“以太”這種特殊介質(zhì)中的傳播19世紀以來，光的干涉、衍射和偏振等實驗現(xiàn)象表明，光具有波動性，且是橫波。光不是機械波，而是電磁波。光的強度：

I＝ψ2/4π(ψ為電磁波的振幅)光的波粒二象性光同時具有波動性和粒子性光的波性與光的傳播有關的現(xiàn)象，如干涉和衍射.光的粒性涉及光與實物相互作用有關的現(xiàn)象，如發(fā)射、吸收、光電效應等。

I=h=2/4

ρ∝ψ2

（ν一定）

E=mc2

＝hν

P

=mc=hν/c

=h/λ微觀粒子的波粒二象性光的粒子性和波動性是緊密相聯(lián)的微觀粒子的波粒二象性

1924年，LouisdeBroglie電子等實物微粒也具有波粒二象性

λ=h/P=h/mv1927年，電子衍射實驗完全證實了電子具有波動性。計算得到的電子射線波長與deBroglie預期的波長完全一致。微觀粒子的波粒二象性其它實物粒子也具有波粒二象性ClintonDavisson和LesterGermerG.P.Thomson例試計算電子在1V電壓下的deBroglie波長。解：電子的速度可根據(jù)：E=eV=1/2mv2

求得：v=(2E/m)1/2=5.9x105m?s-1電子的質(zhì)量m=9.1x10-31kg

h=6.626x10-34J?s所以電子的波長為：λ=h/mv

=12x10-10m=120nm例

試計算以15.6m?s-1的速度運動的乒乓球（m=2.5g）的deBroglie波長。解：

λ=h/mvλ=6.63x10-34/(2.5x10-3x15.6)=1.7x10-23nm宏觀物體也具有波性，只是難以察覺，主要表現(xiàn)為粒性，服從經(jīng)典力學的運動規(guī)律。只有像電子、原子等質(zhì)量極小的微粒才具有與X射線相近的波長，當它們透過晶體時就有衍射現(xiàn)象，表現(xiàn)出波性。海森堡測不準原理(1926)

(TheUncertaintyPrinciple)宏觀物體可根據(jù)經(jīng)典力學用準確的位置和速度(或動量)來描述其運動的狀態(tài)，其任意時刻t的位置S、速度v可表示為

S=S(t)v=dS/dta=d2S/d2tf=ma微觀粒子考慮如何實驗測量其位置x和動量P（或速度v）設想用某種光學顯微鏡來實驗測量λ=600nmλ大大超過電子的尺寸，發(fā)生衍射現(xiàn)象，無法成像。使用波長更短的光P=h/λ光子的動量將非常高光子與電子相撞時引起電子動量變化(ΔP)很大矛盾意味著不可能同時而又準確地測量電子的位置和動量波長太長發(fā)生衍射，無法成像波長太短能量太高，被測電子ΔP很大設想用某種光學顯微鏡來實驗測量被測電子ΔP很小Δx不能確定Δx能確定本質(zhì)電子運動的環(huán)境海森堡測不準原理(1926)測量位置的不確定程度Δx和動量的不確定程度ΔP之間有：

Δx

?Δp

≥h/4π測不準(不確定性)原理的示意圖不能同時確定微觀粒子的坐標和動量電子活動范圍約為10-10mΔx

~10-12m靜止質(zhì)量是9.1×10-31kg電子運動的不確定程度ΔPx

=h/(4π?Δx)ΔPx

=Δ(mvx)=mΔvx4πmΔxhΔvx

=6.626×10?349.1×10?31×4×3.14×1×10?12=108m?s?1=電子的速度不確定程度既然如此之大，就意味著電子運動軌道不復存在。宏觀物體的不確定程度宏觀物體Δx

～10?8mm

～10?10kg

Δv

≈10?16m?s?1)宏觀物質(zhì)可以認為同時有確定的位置和動量(或速度)，它們服從經(jīng)典力學規(guī)律。宏觀物體測不準關系的限制完全可忽略電子通過石墨的衍射圖電子運動的幾率分布與幾率波電子運動的幾率分布電子在空間只有一個幾率分布對大量電子行為而言，電子出現(xiàn)數(shù)目多的區(qū)域衍射強度（或波強度）大，電子出現(xiàn)數(shù)目少的區(qū)域波強度小。對一個電子行為而言，電子到達機會多的區(qū)域是衍射強度大的地方。電子波是一種幾率波波的強度反映電子出現(xiàn)幾率的大小

測不準關系很好地反映了微觀粒子的運動特征——波粒二象性；根據(jù)量子力學理論，對微觀粒子的運動規(guī)律只能采用統(tǒng)計的方法作出幾率性的判斷。

測不準關系促使我們對微觀世界的客觀規(guī)律有了更全面更深刻的理解。氫原子的量子力學模型波函數(shù)與波動方程1926年，奧地利物理學家Schr?dingerm:粒子質(zhì)量；E:粒子總能量；V:勢能；x,y,z:粒子的空間坐標；Ψ:描述粒子運動狀態(tài)的波函數(shù)坐標變換分離變量法

求解時設法使3個自變量分離在直角坐標系中，無法使x、y、z分開直角坐標系球坐標系Sphericalpolarcoordinatesx2+y2+z2=r2x=rsinθcosφy=rsinθsinφz=rcosθSch?rdinger

方程的解氫原子和類氫原子波函數(shù)

ψn,l,m(r,θ,φ)=Rn,l(r)

?Yl,m(θ,φ)R(r)是波函數(shù)的徑向部分，它只隨距離r變化；Y(θ,φ

)則是波函數(shù)的角度部分，它隨角度(θ,φ)而變化。n主量子數(shù)；n=1,2,3,…l角量子數(shù)；l=0,1,2,…(n–1)m磁量子數(shù)；m=0,±1,±2,…,±ls,p,d,f,…波函數(shù)的物理意義波函數(shù)和原子軌道

一定的波函數(shù)表示電子的一種

運動狀態(tài)，狀態(tài)----軌道。波函數(shù)叫做原子軌道，即波函數(shù)與原子軌道是同義詞。每一個波函數(shù)都有對應的能量E波函數(shù)ψ沒有明確的直觀的物理意義|ψ|2代表電子在空間某點(r,θ,φ)

波的強度，又可代表電子的幾率密度。幾率密度又稱電子云∫|ψ|2dτE=-13.6Z2/n2

波函數(shù)徑向部分圖象氫原子波函數(shù)和電子云圖像p242氫原子波函數(shù)和電子云圖像R2(r)＝4/a03exp(-2r/a0)R2(r)＝(8a03)-1(2-r/a0)2exp(-r/a0)波函數(shù)電子云徑向部分圖象R2(r)＝(24a03)-1(zr/a0)2exp(-zr/a0)p242電子云徑向分布函數(shù)D(r)=r2R2(r)，即單位厚度球殼內(nèi)電子的分布幾率。D與r的關系圖稱為電子云徑向分布圖。4πr2R2(r)dr氫原子波函數(shù)和電子云圖像n-l（a）：徑向波函數(shù)；（b）：徑向幾率分布函數(shù)；（c）：徑向電荷密度函數(shù)。r2R2(r)R2(r)R(r)氫原子波函數(shù)和電子云圖像角度部分圖象波函數(shù)角度分布圖（Y(θ,φ)）Y(θ,φ)=(3/4π)1/2cosθp242p245Y(θ,φ)=(1/4π)-1注意：①軌道的形狀；②極大值的伸展方向與坐標軸的關系；③正、負區(qū)域與坐標軸的關系；Y2(θ,φ)dΩ無正負號氫原子波函數(shù)和電子云圖像角度部分圖象電子云角度分布圖（Y2(θ,φ)）電子云空間分布圖象ns波函數(shù)空間分布圖氫原子波函數(shù)和電子云圖像ψ2n,l,m(r,θ,φ)=R2n,l(r)

?Y2l,m(θ,φ)ns電子云空間分布圖ns電子云空間分布圖ns電子云空間分布圖2p電子云空間分布圖p態(tài)的幾率密度節(jié)面分開3p、4p離核距離不等的更多節(jié)面2p電子云空間分布圖3d電子云空間分布圖四個量子數(shù)(n,l,m,ms)主量子數(shù)nn=1,2,3…等正整數(shù)規(guī)定電子出現(xiàn)最大幾率區(qū)域離核的遠近電子能量的高低主量子數(shù)不同，如1s,2s,3s…的徑向分布主峰包含n

個亞層凡n相同的電子稱為同層電子

Ｋ,Ｌ,Ｍ,Ｎ,Ｏ,Ｐ…n=1,2,3,4,5,6…E=-13.6Z2/n2

d?n2l=0,1,2,3…(n-1)球包含約90％的電子密度軌道尺寸正比于n2由氫原子和類氫離子的能量（eV）公式：同層中的電子能量仍有所差別，但其電子云的主要部分基本上是重合在一起的，電子各種活動狀態(tài)是在大致相同的空間范圍內(nèi)。E=-13.6Z2/n2

角量子數(shù)ll決定電子角動量的大小規(guī)定了電子在空間角度分布情況與電子云形狀密切相關對于一定的ｎ值，l=0,1,2,3…(n-1)相應的電子稱為s,p,d,f…電子多電子原子中l(wèi)與電子能量有關同層中l(wèi)相同的電子歸為同一“亞層”。(2l+1)個伸展方向n=1的第一層中，l=0，相當于只有一個1s態(tài)，或稱1s亞層，相應電子為1s電子。n=2的第二層中，l=0,1，有兩個亞層，即2s,2p，相應有2s,2p電子。n=3的第三層中，l=0,1,2，有三個亞層，即3s,3p,3d，相應有3s,3p,3d電子。n=4的層中，l=0,1,2,3，有四個亞層，即4s,4p,4d,4f，以此類推。l=0(sorbitals)l=1(porbitals)l=2(dorbitals)磁量子數(shù)m反映原子軌道在空間上的不同取向磁量子數(shù)m決定在外磁場作用下，電子繞核運動的角動量在磁場方向上的分量大小。不同取向的電子在磁場作用下能量分裂m=0,±1,±2…±l，共2l+1個值“亞層”中有2l+1個“軌道”

Δx

?Δp

≥h/4πψn,l,m(r,θ,φ)=Rn,l(r)

?Yl,m(θ,φ)D(r)=r2R2(r)Y(θ,φ)dθp242氫原子中主量子數(shù)相同的軌道能量相同（稱簡并軌道）主量子數(shù)越高，軌道能量升高，軌道的個數(shù)也增多，而且類型（形狀和取向）也更多樣。4f自旋量子數(shù)ms氫原子在無外磁場時，電子由2p能級躍遷到1s能級時得到的是靠得很近的2條譜線。1925年,提出電子有自旋運動的假設，引出了第四個量子數(shù)，稱為自旋量子數(shù)。量子數(shù)物理意義取值范圍主量子數(shù)n描述電子離核的遠近和能量的高低n=1,2,3,…角量子數(shù)l描述原子軌道的形狀以及能量的高低l=0,1,2,…,

(n

-1)磁量子數(shù)m描述原子軌道在空間伸展方向及角動量的分量大小m=0,±1,±2…,±l自旋量子數(shù)ms描述電子的自旋方向ms

=±?多電子原子結構與周期律多電子原子的特殊性某一特定電子，受到原子核的引力受到其它電子的排斥作用薛定諤方程的求解問題近似計算方法，如“中心力場模型”把其它電子對某一特定電子的排斥平均起來看成是球?qū)ΨQ的。求解薛定諤方程，得到波函數(shù)和能級。波函數(shù)的角度部分和單電子原子大致相同徑向部分和單電子原子不同一個原子中沒有兩個電子的4個量子數(shù)完全相同多電子原子軌道能級E與l也有關系一個原子中沒有兩個電子的4個量子數(shù)完全相同軌道數(shù)161699441軌道能量（中性原子軌道能）中性原子失去所指軌道電子，而其余電子仍然處于最低能態(tài)時所需的電離能(I)的負值例如，K原子3d和4s軌道能:原子序數(shù)增加核電荷增加核對電子吸引力加強軌道能量逐漸降低軌道非簡并原子軌道能量和原子序數(shù)關系圖（Cotton，美國無機結構化學家，1962）屏蔽與鉆穿效應屏蔽效應指定電子受原子核（Z）的吸引受其它（Z－1）個電子的排斥部分地抵消（或消弱）了原子核對該電子的吸引屏蔽效應的計算屏蔽常數(shù)σ

有效核電荷Z*Z*=Z

－σ核電荷的降低用類氫離子公式計算多電子體系的能量斯萊特規(guī)則先將電子按內(nèi)外次序分組：

ns,np一組

nd一組nf一組

1s;2s,2p;3s,3p;3d;4s,4p;4d;4f;5s,5p;5d;5f…外組電子對內(nèi)組電子的屏蔽作用=0同一組，=0.35(但1s，=0.3)對ns,np，(n-1)組的=0.85；更內(nèi)的各組=1對nd、nf的內(nèi)組電子=1屏蔽效應的計算估算屏蔽常數(shù)的方法由光譜數(shù)據(jù)歸納例

求算基態(tài)鉀原子的4s和3d電子的能量。(此題從填充電子的次序來看,最后一個電子是填入3d軌道,還是4s軌道)K1s22s22p63s23p63d13d=181=18,Z*=19–18=1K1s22s22p63s23p64s14s=101+80.85=16.8,Z*=2.2(-1.67eV)(-4.34eV)鉆穿效應(penetrationeffect)n相同、l不同的軌道電子云徑向分布不同電子穿過內(nèi)層鉆穿到核附近回避其它電子屏蔽的能力不同能量不同

ns>np>nd>nf

Ens<Enp<End<Enf

l相同，n不同時1s<2s<3s

n相同，l不同時3s<3p<3dns>np>nd>nfEns<Enp<End<Enfl相同，n不同的軌道n,l都不同將出現(xiàn)能級交錯:4s<3d<4p能級分裂和能級交錯氫原子無屏蔽和鉆穿效應問題n相同l不同的軌道能量簡并多電子原子隨原子序數(shù)增加，內(nèi)層電子增多內(nèi)層電子的屏蔽效應以及外層電子回避屏蔽而產(chǎn)生的鉆穿效應越來越強發(fā)生能級分裂，分裂程度越來越大

在原子序數(shù)7以后各元素的原子軌道相繼發(fā)生能級交錯現(xiàn)象不同元素的屏蔽效應和鉆穿效應軌道能級交錯現(xiàn)象隨原子序數(shù)增加的趨勢并非持續(xù)不變

21號Sc以后的元素，E4s又高于E3d。判斷電子軌道能量高低應綜合考慮各個因素的總效果（n,l,Z）光譜實驗事實是重要依據(jù)

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不同元素的屏蔽效應和鉆穿效應原子核外電子排布及周期律最低能量原理核外電子在各原子軌道上的排布方式應使整個原子能量處于最低的狀態(tài)。Pauli不相容原理（WolfgangPauli,1926）同一原子中沒有4個量子數(shù)完全相同的電子同一原子軌道僅可容納2個自旋相反的電子Hund規(guī)則電子在能量相同的軌道上分布時，總是盡可能以自旋相同的方向分占不同的軌道。當軌道被電子半充滿或全充滿時較為穩(wěn)定（如p3,d5,f7或p6,d10,f14）原子核外電子排布及周期律KCrFeCu[Ar]3d14s2[Ar]3d24s2[Ar]3d34s2[Ar]3d54s1[Ar]3d54s2[Ar]3d64s2[Ar]3d74s2[Ar]3d84s2[Ar]3d104s1[Ar]3d104s2Zn:[Ar]Sc:[Ar]Ti:[Ar]V:[Ar]Cr:[Ar]Mn:[Ar]Fe:[Ar]Co:[Ar]Ni:[Ar]Cu:[Ar]3d4s2,8,8,18,18,321,4,4,9,9,16能級組與周期關系價軌道價電子n=1,2,3…l=0,1,2,3…(n-1)m=0,±1,±2…±l周期:ns(n-2)f(n-1)dnp離子構型:(n-1)s(n-1)p

(n-1)dnsnp能量最低原理Pauli原理Hund規(guī)則中心力場模型ms=1/2元素基本性質(zhì)的周期變化規(guī)律原子參數(shù)原子的電子層結構具有周期性的變化規(guī)律與原子結構有關的一些原子基本性質(zhì)，如原子半徑、電離能、電子親和能、電負性等也隨之呈現(xiàn)顯著的周期性。描述一個原子的特征預示和說明元素的一些化學性質(zhì)原子半徑形成共價鍵或金屬鍵時原子間接觸所顯示的半徑共價半徑（covalentradii）同種元素的兩個原子以共價單鍵連接時，它們核間距離的一半共價半徑99pm金屬半徑（metalradii）在金屬晶格中相鄰金屬原子核間距離的一半原子的金屬半徑一般比其單鍵共價半徑大10－15％。vanderWaals半徑兩個分子相互接近時，引力和斥力達成平衡時分子間保持一定的接觸距離。相鄰兩個分子中相互接觸的那兩個原子的核間距離的一半原子半徑鑭系收縮效應鑭系15個元素隨著原子序數(shù)的增加，原子半徑收縮的總效果（從鑭到镥半徑總共減小11pm）使鑭系以后的第三過渡系和第二過渡系同族元素的半徑相近，因而性質(zhì)相似的現(xiàn)象。鑭系各元素彼此的原子半徑十分接近，故性質(zhì)也十分接近。電離能（IonizationEnergy）基態(tài)的氣體原子失去最外層的第一個電子成為氣態(tài)+1價離子所需的能量叫第一電離能（I1），再相繼逐個失去電子所需能量稱為第二、第三…電離能（I2,I3…）。I1<I2<I3…同一元素不同級電離勢有突然變化有力證明了核外電子是分層排布的（層內(nèi)變化小，層間變化大）。可說明金屬元素的活潑性:I↓，失e↑，金屬性↑，故I1是該元素的金屬活潑性的恒量尺度（Cs最小，He最大）可說明元素常見的氧化態(tài)（黃格以內(nèi)，以外有突變）元素電子結構ⅠⅡⅢⅣⅤⅥH1s113.598He1s224.58954.416Li1s22s15.39275.638122.45Be1s22s29.32218.211153.89217.71B1s22s22p18.29825.15437.930259.36340.22C1s22s22p211.26024.38347.88764.492392.08489.984s2電子先電離Fe原子和Fe2+離子的核外電子數(shù)目及有效核電荷都不相同，以至軌道能量不同。Fe2+中電子數(shù)目減少2，有效核電荷比Fe大，鉆穿效應影響相對減弱，而主量子數(shù)n對能量的影響變?yōu)橹饕?，因此使Fe2+

中的3d軌道能量顯著低于4s電子親和能(ElectronAffinity,Eea