物質(zhì)結(jié)構(gòu)與化學鍵理論初步

1、第六章第六章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)與化學鍵理論初步物質(zhì)結(jié)構(gòu)與化學鍵理論初步第一節(jié)第一節(jié) 核外電子的運動狀態(tài)核外電子的運動狀態(tài)第二節(jié)第二節(jié) 原子電子層結(jié)構(gòu)和元素周期律原子電子層結(jié)構(gòu)和元素周期律第三節(jié)第三節(jié) 化學鍵化學鍵第四節(jié)第四節(jié) 分子的極性、分子間力和氫鍵分子的極性、分子間力和氫鍵本章基本要求本章基本要求1 理解和掌握微觀粒子的波粒二象性、四個量子數(shù)、理解和掌握微觀粒子的波粒二象性、四個量子數(shù)、軌道能級、能級組、元素周期律、元素周期表、電負軌道能級、能級組、元素周期律、元素周期表、電負性、電離能、電子親合能；離子鍵、共價鍵、性、電離能、電子親合能；離子鍵、共價鍵、鍵、鍵、鍵、鍵的極性、分子的極性、雜化軌道

2、、分子間力、鍵、鍵的極性、分子的極性、雜化軌道、分子間力、氫鍵等概念。氫鍵等概念。2 熟記四個量子數(shù)之間的取值規(guī)則；熟記四個量子數(shù)之間的取值規(guī)則；3熟練地掌握離子鍵理論、共價鍵理論、雜化軌道理論，熟練地掌握離子鍵理論、共價鍵理論、雜化軌道理論，并能運用這些理論解釋有關(guān)實驗現(xiàn)象。并能運用這些理論解釋有關(guān)實驗現(xiàn)象。4 熟記原子軌道能級圖，熟練掌握核外電子排布原則，熟記原子軌道能級圖，熟練掌握核外電子排布原則，理解屏蔽效應(yīng)、鉆穿效應(yīng)，并能解釋有關(guān)原子軌道能理解屏蔽效應(yīng)、鉆穿效應(yīng)，并能解釋有關(guān)原子軌道能級交錯的現(xiàn)象；級交錯的現(xiàn)象；5 熟練掌握元素周期律、元素周期表的結(jié)構(gòu)特征、并熟練掌握元素周期律、元素

3、周期表的結(jié)構(gòu)特征、并能熟記原子序數(shù)能熟記原子序數(shù)136號元素在周期表中的位置。號元素在周期表中的位置。重點：重點：四個量子數(shù)的取值規(guī)律，原子軌道的角度分布圖，原子軌四個量子數(shù)的取值規(guī)律，原子軌道的角度分布圖，原子軌道能級圖，核外電子排布原則，元素周期律，元素周期表。道能級圖，核外電子排布原則，元素周期律，元素周期表。離子鍵、共價鍵、雜化軌道理論及應(yīng)用，分子間力及對物離子鍵、共價鍵、雜化軌道理論及應(yīng)用，分子間力及對物質(zhì)性質(zhì)的影響。質(zhì)性質(zhì)的影響。難點：難點： 核外電子的運動特性，雜化軌道理論及應(yīng)用。核外電子的運動特性，雜化軌道理論及應(yīng)用。6 熟練掌握分子間力、氫鍵的判斷及其對物質(zhì)性質(zhì)的熟練掌握分子

4、間力、氫鍵的判斷及其對物質(zhì)性質(zhì)的影響。影響。第一節(jié)第一節(jié) 核外電子的運動狀態(tài)核外電子的運動狀態(tài)1 普朗克量子論普朗克量子論1900年，普朗克提出量子論。他認為物質(zhì)吸收或年，普朗克提出量子論。他認為物質(zhì)吸收或放出能量是不連續(xù)的，而是按照一個基本量的整放出能量是不連續(xù)的，而是按照一個基本量的整數(shù)倍被物質(zhì)吸收或放出能量。這個最小的基本量數(shù)倍被物質(zhì)吸收或放出能量。這個最小的基本量稱為量子或光子。每個光子的能量大小與輻射的稱為量子或光子。每個光子的能量大小與輻射的頻率成正比。頻率成正比。 E=hh普朗克常數(shù)，普朗克常數(shù)，h6.6261034J s，E 軌道的能量，軌道的能量，光的頻率光的頻率2 玻爾理論

5、玻爾理論氫原子光譜是不連續(xù)的線狀光譜，在可見光區(qū)有氫原子光譜是不連續(xù)的線狀光譜，在可見光區(qū)有4條譜線。條譜線。Bohr在愛因斯坦的光子學說，普朗克量子理論，在愛因斯坦的光子學說，普朗克量子理論，盧瑟福原子核模型的基礎(chǔ)上提出了玻爾理論。盧瑟福原子核模型的基礎(chǔ)上提出了玻爾理論。hEE12 處于能量最低的狀態(tài)叫基態(tài)，獲得能量后變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)；處于能量最低的狀態(tài)叫基態(tài)，獲得能量后變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)； 從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)輻射能量，以光的形式釋出從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)輻射能量，以光的形式釋出12EEhBohr理論的主要內(nèi)容理論的主要內(nèi)容 核外的電子在有確定半徑和能量的軌道上運動，處核外的電子在有確定半徑和能量的軌道上運動，處

6、于定態(tài)，不發(fā)出輻射；于定態(tài)，不發(fā)出輻射；evn6.13E2n玻爾理論的局限性：玻爾理論的局限性：不能解釋氫原子的精細結(jié)構(gòu)（每條譜線是由二條緊不能解釋氫原子的精細結(jié)構(gòu)（每條譜線是由二條緊鄰的譜線組成）鄰的譜線組成）不能解釋原子光譜在磁場中的分裂不能解釋原子光譜在磁場中的分裂不能解釋多電子原子的光譜不能解釋多電子原子的光譜玻爾理論的成功之處：玻爾理論的成功之處：滿意地解釋了實驗觀察的氫原子光譜和類氫滿意地解釋了實驗觀察的氫原子光譜和類氫原子（原子（He+, Li2+, B3+）光譜）光譜說明原子的穩(wěn)定性；說明原子的穩(wěn)定性；計算氫原子的電離能計算氫原子的電離能3 核外電子的運動特征核外電子的運動特征

7、 Plank 公式：公式：E=h v，提出，提出能量量子化的概念（微觀世界能量量子化的概念（微觀世界有些物理量只能以最小單位或有些物理量只能以最小單位或最小單位的整倍數(shù)變化）最小單位的整倍數(shù)變化） Einstein 的光子學說（光電的光子學說（光電效應(yīng)）效應(yīng)） 電子的微粒性，電子有確電子的微粒性，電子有確定的體積定的體積 (d約為約為10-15m) 和質(zhì)和質(zhì)量量(9.109110-31kg)德布羅依（德布羅依（de brolie L V，1892-1987）法國理論）法國理論物理學家物理學家（1）波粒二象性）波粒二象性微粒的波動性微粒的波動性de Broglie 波（物質(zhì)波）通過衍射實驗證明波

8、（物質(zhì)波）通過衍射實驗證明（2）測不準原理）測不準原理不可能同時測得電子的精確位置不可能同時測得電子的精確位置和動量（由于電子具有波粒二象和動量（由于電子具有波粒二象性）性） x p h從理論上講，任何運動物體（包從理論上講，任何運動物體（包括宏觀物體）都得服從括宏觀物體）都得服從eigenberg principle，但只有，但只有在處理微觀世界的運動時，才顯在處理微觀世界的運動時，才顯得不可忽視。得不可忽視。暗示：暗示：不可能存在不可能存在Ruther ford 和和Bohr 模型中行星模型中行星繞太陽那樣的電子軌道。繞太陽那樣的電子軌道。提示：提示：對于電子衍射的解釋，即電子的波動性與微

9、粒對于電子衍射的解釋，即電子的波動性與微粒行為的統(tǒng)計規(guī)律。行為的統(tǒng)計規(guī)律。人們無法知道每個電子落在感光屏的哪個位置，但統(tǒng)人們無法知道每個電子落在感光屏的哪個位置，但統(tǒng)計結(jié)果卻能顯示電子在不同區(qū)域出現(xiàn)的機會，出現(xiàn)機計結(jié)果卻能顯示電子在不同區(qū)域出現(xiàn)的機會，出現(xiàn)機會多（概率較大）的，區(qū)域內(nèi)花紋較深（亮），出現(xiàn)會多（概率較大）的，區(qū)域內(nèi)花紋較深（亮），出現(xiàn)機會少（概率較?。┑模瑓^(qū)域內(nèi)花紋較淺（暗）。機會少（概率較?。┑?，區(qū)域內(nèi)花紋較淺（暗）。實物的微粒波是幾率波實物的微粒波是幾率波性質(zhì)上不同于光波的一種波性質(zhì)上不同于光波的一種波4 核外電子運動狀態(tài)的描述核外電子運動狀態(tài)的描述薛定諤（薛定諤（Schro

10、dinger E, 1887-1961）奧地利物理）奧地利物理學家學家（1）薛定諤波動方程：）薛定諤波動方程：描述微觀粒子運動狀態(tài)的基本方程描述微觀粒子運動狀態(tài)的基本方程0)(8)(22222222VEhmzyx 為描述特定微粒運動狀態(tài)的波為描述特定微粒運動狀態(tài)的波函數(shù)（函數(shù)（wave functions），即電子），即電子在核外空間運動狀態(tài)的數(shù)學表達在核外空間運動狀態(tài)的數(shù)學表達式，是空間坐標的函數(shù)。若確定式，是空間坐標的函數(shù)。若確定了空間坐標，波函數(shù)也就有了一了空間坐標，波函數(shù)也就有了一定的數(shù)值。定的數(shù)值。方程中既包含體現(xiàn)微粒性的物理量方程中既包含體現(xiàn)微粒性的物理量m ，也包含體，也包含體現(xiàn)

11、波動性的物理量現(xiàn)波動性的物理量求解薛定諤方程求解薛定諤方程, 就是求得波函數(shù)就是求得波函數(shù)和能量和能量E ；解得的解得的不是具體的數(shù)值不是具體的數(shù)值, 而是包括三個常數(shù)而是包括三個常數(shù)(n, l, m)和三個變量和三個變量(x，y，z,)的函數(shù)式的函數(shù)式n, l, m (x，y，z,)；數(shù)學上可以解得許多個數(shù)學上可以解得許多個n, l, m (x，y，z,) , 但其但其物理意義并非都合理；物理意義并非都合理；為了得到合理解為了得到合理解, 三個常數(shù)項只能按一定規(guī)則取值三個常數(shù)項只能按一定規(guī)則取值, 很自然地得到前三個量子數(shù)。很自然地得到前三個量子數(shù)。方程的每一個解代表電子的一種可能運動狀態(tài)方

12、程的每一個解代表電子的一種可能運動狀態(tài)在量子力學中，用波函數(shù)和與其對應(yīng)的能量在量子力學中，用波函數(shù)和與其對應(yīng)的能量來描述電子的運動狀態(tài)。來描述電子的運動狀態(tài)。是描述電子運動狀態(tài)的數(shù)學表達式，是描述電子運動狀態(tài)的數(shù)學表達式，的空的空間圖象叫原子軌道，間圖象叫原子軌道，原子軌道的數(shù)學表達式就是波函數(shù)。原子軌道的數(shù)學表達式就是波函數(shù)。（2）波函數(shù)和原子軌道）波函數(shù)和原子軌道波函數(shù)波函數(shù)沒有直接的物理意義，沒有直接的物理意義， |2表示電子在表示電子在核外空間某一點出現(xiàn)的幾率密度。所以核外空間某一點出現(xiàn)的幾率密度。所以 |2的的空間圖像就是電子云圖。空間圖像就是電子云圖。 |2值越大，小黑點值越大，小

13、黑點越密；越密； |2值越小，小黑點越疏。值越小，小黑點越疏。 |2的空間圖的空間圖象就是電子云圖。象就是電子云圖。 電子云角度分布圖和原子軌道角度分布圖圖形電子云角度分布圖和原子軌道角度分布圖圖形及其在空間的伸展方向相似。主要區(qū)別在于原及其在空間的伸展方向相似。主要區(qū)別在于原子軌道角度分布圖有正、負之分，這種符號在子軌道角度分布圖有正、負之分，這種符號在原子間形成化學鍵時起著重要作用，而電子云原子間形成化學鍵時起著重要作用，而電子云角度分布圖沒有正負，且后者比前者更角度分布圖沒有正負，且后者比前者更“瘦瘦”。幾率和幾率密度不同。幾率密度是指單位體積內(nèi)電子幾率和幾率密度不同。幾率密度是指單位體

14、積內(nèi)電子出現(xiàn)的幾率，而幾率是指核外一定體積的區(qū)域內(nèi)電子出現(xiàn)的幾率，而幾率是指核外一定體積的區(qū)域內(nèi)電子出現(xiàn)的幾率。出現(xiàn)的幾率。如將概率密度相同的各點聯(lián)成一個曲面，這樣的面就稱如將概率密度相同的各點聯(lián)成一個曲面，這樣的面就稱為等密度面。為了表示電子出現(xiàn)的主要區(qū)域，可用能包為等密度面。為了表示電子出現(xiàn)的主要區(qū)域，可用能包含含95%電子云的那一個等密度面來表示電子云的形狀，電子云的那一個等密度面來表示電子云的形狀，這樣的圖形稱為界面圖。這樣的圖形稱為界面圖。s 電子云是球形對稱的，電子云是球形對稱的，p 電子云的形狀像無柄的啞鈴。電子云的形狀像無柄的啞鈴。沿著某一個軸的方向上概率密度最大，電子云主要集

15、中沿著某一個軸的方向上概率密度最大，電子云主要集中在這個方向上。在另兩個軸上電子云出現(xiàn)的概率很小，在這個方向上。在另兩個軸上電子云出現(xiàn)的概率很小，幾乎為零，在核附近也幾乎是零。幾乎為零，在核附近也幾乎是零。py 和和pz 與與px 相似，只相似，只是方向不同。是方向不同。d 電子云的形狀像四朵花瓣，電子云的形狀像四朵花瓣，f 電子云的形電子云的形狀就更加復雜了。狀就更加復雜了。主量子數(shù)主量子數(shù)(n)表示原子軌道或電子云離核距離和能級高低表示原子軌道或電子云離核距離和能級高低n =1、2、3、4、5 . 正整數(shù)正整數(shù) n12345電子層電子層第一層第一層第二層第二層第三層第三層第四層第四層第五第

16、五層層電子層符電子層符號號KLMNOn值越小，該電子層離核越近，能級越低。值越小，該電子層離核越近，能級越低。（3）四個量子數(shù)）四個量子數(shù)角量子數(shù)角量子數(shù)()()表示電子亞層，原子軌道或電子云的形狀表示電子亞層，原子軌道或電子云的形狀 l = 0 = 0、1 1、2 2、3 3 .( (n n - 1) - 1) 的正整數(shù)的正整數(shù) l形狀形狀球形球形啞鈴形啞鈴形花瓣形花瓣形 電子亞層電子亞層符號符號s sp pd df fg g同一電子層同一電子層, , l值越小值越小, ,該電子亞層能級越低。該電子亞層能級越低。n nl0 01 10 01 12 20 01 12 23 3符號符號1s1s2

17、s2s2p2p3s3s3p3p3d3d4s4s4p4p4d4d4f4f 磁量子數(shù)磁量子數(shù)(m)表示原子軌跡或電子云在空間的伸展方向表示原子軌跡或電子云在空間的伸展方向 m值：值： - l 、0、+l 的正整數(shù)的正整數(shù), 共共(2 l +1)個個 lm0-1、0、+-2、-1、0、+1 、+2原子軌道原子軌道符號符號spy、px、pzdxy、dyz、dz2、dxz、 dx2-y2同一亞層內(nèi)的各原子軌道同一亞層內(nèi)的各原子軌道, , 在沒有外加磁場下在沒有外加磁場下, , 能量是能量是相等的相等的, ,稱等價軌道稱等價軌道 ( (簡并軌道簡并軌道) ) 。 自旋量子數(shù)自旋量子數(shù)(ms)描述電子的自旋

18、狀態(tài)描述電子的自旋狀態(tài)ms值：順時針方向或逆時針方向值：順時針方向或逆時針方向如如 n = 2、 l = 1、m = -1、則可知是第二電子層、則可知是第二電子層、p亞層、亞層、px軌道、軌道、自旋方向為的電子。自旋方向為的電子。21ms21ms寫出下列各狀態(tài)的軌道符號寫出下列各狀態(tài)的軌道符號(1) n=2 ；(2) 2p； (3) 2px（1）n=3, l=0； (2)n=5,l=4；(3)n=4,l=2； (4)n=2,l=13s5g4d2p寫出下列符號的軌道數(shù)寫出下列符號的軌道數(shù)解：解：（1）n=2, l=0, 1, 對應(yīng)于對應(yīng)于l=0,m=0; l=1, m=0, 1所以共有所以共有4

19、 個值，即個值，即4 個軌道。個軌道。（2）2p, l=1, m=0, 1, 共共3 個個m 值，值，3 個軌道；個軌道；（3）2px, l=1, 在在x 軸方向伸展，軸方向伸展，m=0，只有一個，只有一個m 值，值，1 個軌道。個軌道。第二節(jié)第二節(jié) 原子的電子層結(jié)構(gòu)與元素周期系原子的電子層結(jié)構(gòu)與元素周期系1 屏蔽效應(yīng)、鉆穿效應(yīng)屏蔽效應(yīng)、鉆穿效應(yīng)多電子原子中，電子不僅受到核的引力，還受到多電子原子中，電子不僅受到核的引力，還受到其它電子的排斥力，特別是內(nèi)層電子對外層電子其它電子的排斥力，特別是內(nèi)層電子對外層電子的排斥。這種排斥相當于抵消了一部分原子的核的排斥。這種排斥相當于抵消了一部分原子的核

20、電荷，這種抵消作用叫做屏蔽效應(yīng)。電荷，這種抵消作用叫做屏蔽效應(yīng)。鉆穿效應(yīng)：外層電子鉆到內(nèi)部靠近原子核的空間，鉆穿效應(yīng)：外層電子鉆到內(nèi)部靠近原子核的空間，從而減弱了其它電子對它的屏蔽作用而引起能級從而減弱了其它電子對它的屏蔽作用而引起能級降低的效應(yīng)。降低的效應(yīng)。軌道的鉆穿能力通常有如下順序軌道的鉆穿能力通常有如下順序: n s n p n d n f 。(這意味著這意味著, 亞層軌道的電子云按同一順序越來亞層軌道的電子云按同一順序越來越遠離原子核越遠離原子核, 導致能級按導致能級按E(ns) E(np) E(nd) E(nf)順序分裂順序分裂)。如果能級分裂的程度很大如果能級分裂的程度很大, 就

21、可能導致與臨近電子就可能導致與臨近電子層中的亞層能級發(fā)生交錯層中的亞層能級發(fā)生交錯。例如例如, 4s電子云徑向分布圖上除電子云徑向分布圖上除主峰外還有主峰外還有3個離核更近的小峰個離核更近的小峰, 其鉆穿程度如此之大其鉆穿程度如此之大, 以致其能以致其能級處于級處于3d亞層能級之下亞層能級之下, 發(fā)生了發(fā)生了交錯交錯。2 多電子原子軌道能級圖多電子原子軌道能級圖鮑林能級示意圖鮑林能級示意圖根據(jù)光譜實驗整理出的近根據(jù)光譜實驗整理出的近似能級圖，只是似能級圖，只是順序圖順序圖！鮑林能級圖只適用于多電子原子。即不適用于氫原子和鮑林能級圖只適用于多電子原子。即不適用于氫原子和類氫原子。類氫原子。鮑林能

22、級圖嚴格意義上只能叫鮑林能級圖嚴格意義上只能叫“順序圖順序圖”, ,順序是指軌道順序是指軌道填充的順序或電子填入軌道的順序填充的順序或電子填入軌道的順序. . 3 核外電子排布核外電子排布（1 1）基態(tài)原子的電子組態(tài)）基態(tài)原子的電子組態(tài) 原子的電子組態(tài)原子的電子組態(tài)(又稱電子構(gòu)型又稱電子構(gòu)型)是一種表示形式是一種表示形式,這種形這種形式能反映出該原子中所有電子占據(jù)的亞層軌道。式能反映出該原子中所有電子占據(jù)的亞層軌道。（2 2）基態(tài)原子中電子的排布原則）基態(tài)原子中電子的排布原則最低能量原理最低能量原理:電子在核外排列應(yīng)盡先分布在低能級軌電子在核外排列應(yīng)盡先分布在低能級軌道上道上,使整個原子系統(tǒng)能

23、量最低使整個原子系統(tǒng)能量最低。Pauli不相容原理不相容原理:每個原子軌道中最多只能容納兩個自旋每個原子軌道中最多只能容納兩個自旋方向相反的電子方向相反的電子。Hund規(guī)則規(guī)則:在同一亞層的等價軌道中在同一亞層的等價軌道中, ,電子盡可能地單獨電子盡可能地單獨分占軌道分占軌道, ,且自旋方向相同且自旋方向相同。當電子分布為全充滿當電子分布為全充滿(p(p6 6、d d1010、f f1414) )、半充滿、半充滿(p(p3 3、 d d5 5、f f7 7) )、全空、全空(p(p0 0、d d0 0、f f0 0) )時時, , 原子結(jié)原子結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。構(gòu)較穩(wěn)定。如如7N19K1s22s22p

24、63s23p64s126Fe 1s22s22p63s23p63d64s229Cu24Cr基態(tài)原子外層電子填充順序：基態(tài)原子外層電子填充順序： ns (n-2)f (n-1)d np1s22s22p63s23p63d104s1 全充滿全充滿1s22s22p63s23p63d54s1 半充滿半充滿1s22s22p3（3）核外電子的表示方式）核外電子的表示方式 電子排布式電子排布式 將軌道符號按能級順序排列，并在軌道將軌道符號按能級順序排列，并在軌道符號右上角標出電子數(shù)；符號右上角標出電子數(shù)； 軌道表示式軌道表示式 用用或或表示軌道，用表示軌道，用、表示電子的表示電子的自旋；自旋； 量子數(shù)表示量子數(shù)

25、表示 用一套量子數(shù)（用一套量子數(shù)（n，l，m，ms）定義電）定義電子的運動狀態(tài)；子的運動狀態(tài)； 原子實原子實 價層組態(tài)價層組態(tài) 稀有氣體元素價層稀有氣體元素價層 4 4 周期表與原子結(jié)構(gòu)周期表與原子結(jié)構(gòu)（1）周期）周期元素所在的周期等于電元素所在的周期等于電子填充的最高主量子數(shù)子填充的最高主量子數(shù)n，也等于電子進入的最高也等于電子進入的最高能級組組數(shù)。能級組組數(shù)。共七個周期共七個周期: 一個特短周一個特短周期期(1); 二個短周期二個短周期(2,3); 二個長周期二個長周期(4,5); 二個特二個特長周期長周期(6,7), 第第7周期又叫周期又叫不完全周期不完全周期。（2）族）族主族（主族（A

26、）：）：A、A ns12，AA ns2np150族（惰性氣體）族（惰性氣體） ns2np6副族（副族（B）：）：B、B (n-1)d10ns12 BB 、 (n-1)d19ns12，主族、主族、 B、B 族數(shù)等于最外層電子數(shù)；族數(shù)等于最外層電子數(shù)；0族族 最外層電子數(shù)為最外層電子數(shù)為2或或8；BB 族數(shù)等于價電子數(shù)之和；價電子數(shù)族數(shù)等于價電子數(shù)之和；價電子數(shù)8、9、10為為ns12 (n-1)d19ns12(n-1)d10ns12AA0一一1AAAAAA2二二3456789 10三三11 12B BBB BBB13 14 15 16 17 18四四19 20 21 22 23 24 25 26

27、 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36五五37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54六六55 56 57* 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86七七87 88 89*104 105 106 107 108 109 110 111 112ns2np16s區(qū)區(qū)d區(qū)區(qū)ds區(qū)區(qū)P區(qū)區(qū)鑭系鑭系57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71錒系錒系89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99100 101 1

28、02103f 區(qū)區(qū)最后一個電子填入最后一個電子填入s s亞層亞層最后一個電子填入外層最后一個電子填入外層p p亞層亞層最后一個電子一般填入次外層最后一個電子一般填入次外層d d亞層亞層(n-2)f014(n-1)d02ns2最后一個電子一般填入外數(shù)第三層最后一個電子一般填入外數(shù)第三層 f f 亞層亞層例例 已知某副族元素已知某副族元素A A原子，最后一個電子填入原子，最后一個電子填入3d3d軌軌道，族數(shù)道，族數(shù)3 3。分析：最后一個電子填入次外層分析：最后一個電子填入次外層d d亞層，為亞層，為d d區(qū)元素，最區(qū)元素，最外層電子數(shù)外層電子數(shù)2 2族數(shù)族數(shù)( (最外層最外層+ +次外層次外層)

29、)電子數(shù)電子數(shù)3 3，則，則d d電子數(shù)電子數(shù)=3-2=1=3-2=1周期數(shù)電子層數(shù)周期數(shù)電子層數(shù)=4=4電子排布式電子排布式 1s1s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 23p3p6 63d3d1 14s4s2 2預測第八周期有多少種元素。預測第八周期有多少種元素。8s2 5g18 6f 147d 108p6 原子的電子層結(jié)構(gòu)隨核電荷的遞增呈周期性變化，促使原子的電子層結(jié)構(gòu)隨核電荷的遞增呈周期性變化，促使原子的某些性質(zhì)呈周期性變化。原子的某些性質(zhì)呈周期性變化。 5 元素基本性質(zhì)的周期性元素基本性質(zhì)的周期性(1) (1) 原子半徑原子半徑 同周期主族元素隨著子序數(shù)的增大同周期主族元素

30、隨著子序數(shù)的增大, ,原子半徑自左至右原子半徑自左至右減小。減小。解釋：電子層數(shù)不變解釋：電子層數(shù)不變, ,隨著核電荷數(shù)的增加，有效核電隨著核電荷數(shù)的增加，有效核電荷數(shù)增大，導致核對外層電子的引力增大荷數(shù)增大，導致核對外層電子的引力增大. . 同一周期的同一周期的d d區(qū)元素區(qū)元素, , 自左到右自左到右, , 隨核電荷的增加隨核電荷的增加, , 原子半徑略有減小。原子半徑略有減小。IBIB族開始，反而有所增加。族開始，反而有所增加。過渡元素過渡元素: : 電子逐個填加在次外層電子逐個填加在次外層, , 增加的次外層電子增加的次外層電子對原來最外層上電子的屏蔽較強對原來最外層上電子的屏蔽較強,

31、 , 有效核電荷增加較小有效核電荷增加較小. . 鑭系元素鑭系元素, , 自左到右自左到右, , 隨核電荷的增加隨核電荷的增加, , 原子半徑總的趨原子半徑總的趨勢緩慢減小，即鑭系收縮。勢緩慢減小，即鑭系收縮。由于鑭系收縮，至使后面五、六周期同族元素由于鑭系收縮，至使后面五、六周期同族元素( (如如ZrZr與與HfHf、NbNb與與TaTa、 MoMo與與W)W)性質(zhì)極為相似。性質(zhì)極為相似。往往導致在自然界共生，而且相互分離不易。內(nèi)過渡元素內(nèi)過渡元素: : 電子逐個填加在外數(shù)第三層電子逐個填加在外數(shù)第三層, , 增加的電子增加的電子對原來最外層上電子的屏蔽很強對原來最外層上電子的屏蔽很強, ,

32、 有效核電荷增加甚小。有效核電荷增加甚小。同一主族元素，自上往下，原子半徑逐漸增大。同一主族元素，自上往下，原子半徑逐漸增大。同一副族元素同一副族元素( (除除BB外外),),自上往下自上往下, ,原子半徑一般略原子半徑一般略有增大。五、六周期同族元素原子半徑十分相似。有增大。五、六周期同族元素原子半徑十分相似。E(g) = E+ (g) + e- I1(2) (2) 電離能電離能E+(g) =E2+ (g) + e- I2I 1 I 2 I 31.7NaCl的晶體形成時顯然有能量變的晶體形成時顯然有能量變化，右圖為其形成時的勢能曲線。化，右圖為其形成時的勢能曲線。當?shù)竭_最低點時，引力與斥力達

33、當?shù)竭_最低點時，引力與斥力達到平衡狀態(tài)到平衡狀態(tài)（2 ）離子鍵的特征離子鍵的特征沒有方向性沒有方向性由于離子所帶電荷的分布為球形對稱，所以它在空間各個由于離子所帶電荷的分布為球形對稱，所以它在空間各個方向的靜電效應(yīng)相同，可以從任一方向吸引帶相反電荷的方向的靜電效應(yīng)相同，可以從任一方向吸引帶相反電荷的離子，故離子鍵沒有方向性。離子，故離子鍵沒有方向性。沒有飽和性沒有飽和性這這一個正離子除了吸引一個同價的負離子之外，還可以再一個正離子除了吸引一個同價的負離子之外，還可以再吸引其它負離子，只要離子空間許可，每個離子均可能吸吸引其它負離子，只要離子空間許可，每個離子均可能吸引盡量多的相反電荷離子，而沒

34、有所謂的引盡量多的相反電荷離子，而沒有所謂的“飽和飽和”。2 共價鍵共價鍵（1 1）價鍵理論）價鍵理論讓我們以兩個氫原子形成氫分讓我們以兩個氫原子形成氫分子的情況來說明共價鍵的形成子的情況來說明共價鍵的形成過程過程. .氫分子的形成氫分子的形成價鍵理論的要點價鍵理論的要點具有自旋方向相反單電子的兩個原子相互靠近時，核間電具有自旋方向相反單電子的兩個原子相互靠近時，核間電子云密度增大，單電子可以配對成鍵。子云密度增大，單電子可以配對成鍵。對稱性匹配原則即兩個原子軌道以相同的軌道符號重疊時，對稱性匹配原則即兩個原子軌道以相同的軌道符號重疊時，體系的能量降低，可以成鍵。體系的能量降低，可以成鍵。最大

35、重疊原理即在滿足對稱性匹配的前提下，原子軌道重最大重疊原理即在滿足對稱性匹配的前提下，原子軌道重疊越多，兩核間電子云密度越大，形成的化學鍵越穩(wěn)定。疊越多，兩核間電子云密度越大，形成的化學鍵越穩(wěn)定。共價鍵的特征共價鍵的特征飽和性飽和性 是指每種元素的原子能提供用于形成共價鍵的軌是指每種元素的原子能提供用于形成共價鍵的軌道數(shù)是一定的。道數(shù)是一定的。方向性方向性 是因為每種元素的原子能提供用于形成共價鍵的是因為每種元素的原子能提供用于形成共價鍵的軌道是具有一定的方向。軌道是具有一定的方向。共價鍵的類型共價鍵的類型鍵：原子軌道沿鍵軸（成鍵兩原子核間連線）方向以鍵：原子軌道沿鍵軸（成鍵兩原子核間連線）方

36、向以“頭碰頭頭碰頭”方式重疊形成的化學鍵。方式重疊形成的化學鍵。鍵特點：兩個原子軌道的重疊部分沿鍵軸呈圓柱形對稱。鍵特點：兩個原子軌道的重疊部分沿鍵軸呈圓柱形對稱。沿鍵軸旋轉(zhuǎn)，軌道的形狀和符號不發(fā)生改變。重疊程度大，沿鍵軸旋轉(zhuǎn)，軌道的形狀和符號不發(fā)生改變。重疊程度大，形成的化學鍵穩(wěn)定，化學活潑性小。形成的化學鍵穩(wěn)定，化學活潑性小。鍵：兩原子軌道以鍵：兩原子軌道以“肩并肩肩并肩”的方式重疊形成的化學鍵。的方式重疊形成的化學鍵。軌道重疊部分對通過鍵軸的一個平面具有鏡面反對稱性。軌道重疊部分對通過鍵軸的一個平面具有鏡面反對稱性。鍵的特點：軌道重疊部分上、下形狀相同，符號相反，鍵的特點：軌道重疊部分上

37、、下形狀相同，符號相反，不能繞鍵軸旋轉(zhuǎn)；重疊程度小，形成的化學鍵不穩(wěn)定，化不能繞鍵軸旋轉(zhuǎn)；重疊程度小，形成的化學鍵不穩(wěn)定，化學活潑性強。學活潑性強。 鍵參數(shù)鍵參數(shù)表明共價鍵的物理量稱為共價鍵參數(shù)。表明共價鍵的物理量稱為共價鍵參數(shù)。鍵能（鍵能（E） 表示化學鍵強度的物理量。表示化學鍵強度的物理量。298K，標準狀，標準狀態(tài)下，將態(tài)下，將1mol理想氣態(tài)理想氣態(tài)AB分子的鍵斷開，生成理想氣態(tài)分子的鍵斷開，生成理想氣態(tài)A、B原子所需要的能量，稱為原子所需要的能量，稱為AB的離解能（的離解能（D）。對于）。對于雙原子分子，鍵能等于離解能；對于多原子分子，鍵能雙原子分子，鍵能等于離解能；對于多原子分子，

38、鍵能等于全部離解能的平均值。等于全部離解能的平均值。鍵能愈大，共價鍵強度愈大，分子越穩(wěn)定。鍵能愈大，共價鍵強度愈大，分子越穩(wěn)定。鍵長鍵長 形成共價鍵的兩原子之間的核間距。一般鍵長越形成共價鍵的兩原子之間的核間距。一般鍵長越短，鍵越牢固。短，鍵越牢固。鍵的極性鍵的極性 共價鍵有極性和非極性共價鍵。從成鍵原共價鍵有極性和非極性共價鍵。從成鍵原子的電負值來進行判斷。如兩原子的電負性相同，則形子的電負值來進行判斷。如兩原子的電負性相同，則形成非極性共價鍵；如成鍵的兩原子電負性不同，則形成成非極性共價鍵；如成鍵的兩原子電負性不同，則形成極性共價鍵。電負性差值越大鍵的極性越大。當成鍵兩極性共價鍵。電負性差

39、值越大鍵的極性越大。當成鍵兩原子的電負性相差很大時，便形成離子鍵。離子鍵是極原子的電負性相差很大時，便形成離子鍵。離子鍵是極性最強的共價鍵，極性共價鍵是由離子鍵到非極性共價性最強的共價鍵，極性共價鍵是由離子鍵到非極性共價鍵之間的一種過渡類型。鍵之間的一種過渡類型。鍵角鍵角 分子中，鍵與鍵之間的夾角。鍵角決定分子的空分子中，鍵與鍵之間的夾角。鍵角決定分子的空間構(gòu)型。間構(gòu)型。3 雜化軌道理論雜化軌道理論（1）雜化軌道理論的要點）雜化軌道理論的要點在形成分子時，同一原子中不同類型能量相近的原子軌道混在形成分子時，同一原子中不同類型能量相近的原子軌道混合起來，組成一組新的原子軌道，這個過程叫雜化，所形

40、成合起來，組成一組新的原子軌道，這個過程叫雜化，所形成的新軌道叫雜化軌道。的新軌道叫雜化軌道。雜化軌道的數(shù)目等于參加雜化的原來的原子軌道的數(shù)目。雜化軌道的數(shù)目等于參加雜化的原來的原子軌道的數(shù)目。雜化軌道與原來的原子軌道相比，軌道的形狀和能量都發(fā)生雜化軌道與原來的原子軌道相比，軌道的形狀和能量都發(fā)生了變化。了變化。雜化軌道變成了一頭大一頭小，更易于原子軌道最大程度的雜化軌道變成了一頭大一頭小，更易于原子軌道最大程度的重疊。重疊。（2）雜化軌道的類型）雜化軌道的類型 sp3雜化雜化CH4的形成的形成sp3雜化幾何構(gòu)型為正雜化幾何構(gòu)型為正四面體，鍵角四面體，鍵角109.5 sp2雜化雜化BF3的形成

41、的形成幾何構(gòu)型為平面三角形，鍵角幾何構(gòu)型為平面三角形，鍵角120 sp雜化雜化spsp雜化雜化BeC12C1BeC1sp雜化，分子幾雜化，分子幾何構(gòu)型為直線形何構(gòu)型為直線形1 分子的極性分子的極性每個分子都由帶正電的原子核和帶負電的電子組成，每個分子都由帶正電的原子核和帶負電的電子組成，正電荷或負電荷的集中點，稱為電荷中心。由于正負正電荷或負電荷的集中點，稱為電荷中心。由于正負電荷數(shù)量相等。所以整個分子是電中性的。電荷數(shù)量相等。所以整個分子是電中性的。如果分子的正電荷中心和負電荷中心不重合在同一點如果分子的正電荷中心和負電荷中心不重合在同一點上上,那么分子就具有極性。那么分子就具有極性。第四節(jié)

42、第四節(jié) 分子的極性、分子間力和氫鍵分子的極性、分子間力和氫鍵 雙原子分子雙原子分子兩個相同原子組成的分子，正、負電荷中心重合，不具有兩個相同原子組成的分子，正、負電荷中心重合，不具有極性，為非極性分子。極性，為非極性分子。不同原子組成的分子，負電荷中心比正電荷中心更偏向電不同原子組成的分子，負電荷中心比正電荷中心更偏向電負性大的原子，使正、負電荷中心不重合，為極性分子。負性大的原子，使正、負電荷中心不重合，為極性分子。+_HHHClHCl+_即雙原子分子，分子的極性取決于鍵的極性。鍵有極性即雙原子分子，分子的極性取決于鍵的極性。鍵有極性, ,分分子一定是極性分子；鍵沒有極性，分子一定是非極性分

43、子子一定是極性分子；鍵沒有極性，分子一定是非極性分子 多原子分子多原子分子分子的極性與鍵的極性和分子的幾何構(gòu)型有關(guān)。極性鍵分子的極性與鍵的極性和分子的幾何構(gòu)型有關(guān)。極性鍵組成結(jié)構(gòu)對稱的分子為非極性分子；極性鍵組成結(jié)構(gòu)不組成結(jié)構(gòu)對稱的分子為非極性分子；極性鍵組成結(jié)構(gòu)不對稱的分子為極性分子。對稱的分子為極性分子。鍵的極性大小和分子的極性大小都用鍵距（或偶極矩）鍵的極性大小和分子的極性大小都用鍵距（或偶極矩）來表示。來表示。分子中電荷中心的電荷量分子中電荷中心的電荷量( (q) )與正、負電荷中心與正、負電荷中心距離距離( (d) )的乘積。的乘積。=q dd 偶極長度偶極長度; ; 庫庫米米(Cm

44、)(Cm)=0，非極性；，非極性；，越大越大, , 鍵鍵或分子的極性越強?；蚍肿拥臉O性越強。d+q_q2 2 分子間力（范德華力）分子間力（范德華力）分子間力包括色散力，誘導力，取向力分子間力包括色散力，誘導力，取向力+_+ 取向力取向力極性分子相互靠近時，發(fā)生定向極化，由固極性分子相互靠近時，發(fā)生定向極化，由固有偶極的取向而產(chǎn)生的作用力稱為取向力。有偶極的取向而產(chǎn)生的作用力稱為取向力。取向力存在于極性分子與極性分子之間，取向力存在于極性分子與極性分子之間，分子的極性越大，取向力越大。分子的極性越大，取向力越大。 誘導力誘導力非極性分子在極性分子固有偶極作用下，發(fā)生變形，產(chǎn)非極性分子在極性分子固有偶極作用下，發(fā)生變形，產(chǎn)生誘導偶極；極性分子相互靠近時，發(fā)生定向極化，也生誘導偶極；極性分子相互靠近時，發(fā)生定向極化，也會產(chǎn)生誘導偶極。會產(chǎn)生誘導偶極。誘導偶極與固有偶極之間的作用力稱為誘導力。誘導偶極與固有偶極