第5章-浙江大學(xué)普通化學(xué)課件資源

1、首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)1物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第5章首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)2本章學(xué)習(xí)要求本章學(xué)習(xí)要求1. 了解原子核外電子運(yùn)動(dòng)的基本特征，明確量子數(shù)了解原子核外電子運(yùn)動(dòng)的基本特征，明確量子數(shù)的取值規(guī)律，了解原子軌道和電子云的空間分布。的取值規(guī)律，了解原子軌道和電子云的空間分布。2. 掌握核外電子排布的一般規(guī)律及其與元素周期掌握核外電子排布的一般規(guī)律及其與元素周期表的關(guān)系。表的關(guān)系。3. 了解化學(xué)鍵的本質(zhì)及鍵參數(shù)的意義。了解化學(xué)鍵的本質(zhì)及鍵參數(shù)的意義。4. 了解雜化軌道理論的要點(diǎn)，能應(yīng)用該理論判斷了解雜化軌道理論的要點(diǎn)，能應(yīng)用該理論判斷常見(jiàn)分子的

2、空間構(gòu)型、極性等。常見(jiàn)分子的空間構(gòu)型、極性等。5. 了解分子間作用力以及晶體結(jié)構(gòu)與物質(zhì)物理性了解分子間作用力以及晶體結(jié)構(gòu)與物質(zhì)物理性質(zhì)的關(guān)系。質(zhì)的關(guān)系。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)3第第5章章 目錄目錄 5.1 原子結(jié)構(gòu)的近代概念原子結(jié)構(gòu)的近代概念 5.2 多電子原子的電子分布方式多電子原子的電子分布方式和周期系和周期系 5.3 化學(xué)鍵與分子間相互作用力化學(xué)鍵與分子間相互作用力 5.4 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)45.1 原子結(jié)構(gòu)的近代概念原子結(jié)構(gòu)的近代概念 化學(xué)是一門歷史悠久的科學(xué)，但為什么現(xiàn)代化學(xué)直到20世紀(jì)初才開(kāi)始迅速地發(fā)展？ 現(xiàn)在人

3、們以每年數(shù)十萬(wàn)計(jì)的速度在發(fā)現(xiàn)新的化合物。我們?cè)趺粗浪切禄衔?？章首的思考章首的思考首?yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)55.1.1 波函數(shù)波函數(shù)1. 光的波粒二象性光的波粒二象性20世紀(jì)初，愛(ài)因斯坦提出了質(zhì)能轉(zhuǎn)換關(guān)系質(zhì)能轉(zhuǎn)換關(guān)系：E = mc2光具有動(dòng)量和波長(zhǎng)，也即光具有波粒二象性光具有動(dòng)量和波長(zhǎng)，也即光具有波粒二象性。由于 E = hv c = v hv = mc2 = mcv 所以 = h / mc = h / p式中，c 為光速, h為普朗克常數(shù)， h =6.62610-34Js1 ， p為光子的動(dòng)量。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)62. 微觀粒子的波粒二象

4、性微觀粒子的波粒二象性光的波、粒二象性揭示了光被人們忽略的另一面，反之，粒子是否也具有被忽視的另一面，即波動(dòng)性質(zhì)呢？德布羅意(de Broglie)提出微觀粒子也具有波的性質(zhì)，并假設(shè)： = h / mv式中， 為粒子波的波長(zhǎng)；v為粒子的速率，m為粒子的質(zhì)量首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)7電子衍射實(shí)驗(yàn)示意圖電子衍射實(shí)驗(yàn)示意圖附圖5.1 電子衍射示意圖1927年，粒子波的假設(shè)被電子衍射實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。定向電子射線定向電子射線晶片光柵晶片光柵衍射圖象衍射圖象首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)8棱鏡棱鏡3. 氫原子光譜示意圖氫原子光譜示意圖狹縫狹縫415nm435nm487nm

5、660nm電子束氫放氫放電管電管 )11(2221nnR式中，R為常數(shù)，n1、n2必須是正整數(shù)且n1n2附圖5.2 氫原子光譜示意圖電子束首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)94. 波函數(shù)與量子數(shù)波函數(shù)與量子數(shù)1926年，奧地利物理學(xué)家薛定諤（Schrdinger）提出了微觀粒子運(yùn)動(dòng)的波動(dòng)方程，即薛定諤方程：0)(822222222VEhmzyx其中， 為波動(dòng)函數(shù)，是空間坐標(biāo)x、y、z 的函數(shù)。 E 為核外電子總能量，V 為核外電子的勢(shì)能，h 為普朗克常數(shù)，m 為電子的質(zhì)量。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)10波函數(shù)波函數(shù)變換為球面坐標(biāo)變換為球面坐標(biāo)： x = r si

6、n cos y = r sin sin z = r cos r2 = x2 + y2 + z2 附圖5.3 球面坐標(biāo)變換 rsinzxyP(x,y,z)z=rcosx= rsincosy = rsinsinr2222222sin1)(sinsin1)(1rrrrrr0)(822VEhm首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)11在整個(gè)求解過(guò)程中，需要引入三個(gè)參數(shù)，n、l 和 m。結(jié)果可以得到一個(gè)含有三個(gè)參數(shù)和三個(gè)變量的函數(shù) = n, l, m(r, , )由于上述參數(shù)的取值是非連續(xù)的,故被稱為量子數(shù)。量子數(shù)。當(dāng)n、l 和 m 的值確定時(shí)，波函數(shù)(原子軌道)便可確定。即：即：每一個(gè)由一組量

7、子數(shù)確定的波函數(shù)表示電子的一種運(yùn)動(dòng)狀每一個(gè)由一組量子數(shù)確定的波函數(shù)表示電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。態(tài)。由波函數(shù)的單值性可知，在一個(gè)原子中，電子的某種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是唯一的，即不能有兩個(gè)波函數(shù)具有相同的量子不能有兩個(gè)波函數(shù)具有相同的量子數(shù)。數(shù)。n, l 和m的取值必須使波函數(shù)合理(單值并且歸一)。結(jié)果如下：n的取值為非零正整數(shù)，l 的取值為0到(n 1)之間的整數(shù)，而m的取值為0到 l 之間的整數(shù)。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)12波函數(shù)可以被分解為徑向部分R(r)和角度部分Y(, ) ，即：(r, , ) = R(r)Y(, ) 氫原子的波函數(shù)如下(其中2px和2py由(2,1,-1)和(2

8、,1,1)線性組合而成)。0/301area0/3012area4102/030)2(2141areara02/030)2(81areara41cos)(214102/030areara02/030)(241arearacos43cossin)(214102/030arearasinsin)(214102/030arearacossin43sinsin43n,l,m軌道 (r, , ) R(r)Y(, ) 1,0,0 1s2,0,0 2s2,1,0 2pz 2px 2py2,1,1首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)13波函數(shù)是描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的函數(shù)，也稱為原子軌道。原子軌道與經(jīng)

9、典力學(xué)的軌道是完全不同的兩個(gè)概念。之所以這樣叫，只是沿用了“軌道”這個(gè)名稱而已。波函數(shù)角度部分波函數(shù)角度部分Y(, )在三維坐標(biāo)上的圖像稱為原子軌道在三維坐標(biāo)上的圖像稱為原子軌道的角度分布，圖像中的正、負(fù)號(hào)是函數(shù)值的符號(hào)。的角度分布，圖像中的正、負(fù)號(hào)是函數(shù)值的符號(hào)。氫原子的氫原子的1s軌道軌道：角度部分為 ，是一個(gè)與角度無(wú)關(guān)的常數(shù)，其圖像是一個(gè)半徑為 的球面。氫原子的氫原子的2pz軌道軌道：角度部分為 ，只與角度有關(guān)，由于是r與z軸的夾角，其圖像是一個(gè)沿z軸分布的互切雙球面。在z軸正向，函數(shù)值大于0， z軸反向，函數(shù)值小于0。cos4/34/14/1首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末

10、頁(yè)14(1) 主量子數(shù) n 的物理意義： 表示核外的電子層數(shù)并確定電子到核的平均距離表示核外的電子層數(shù)并確定電子到核的平均距離 確定單電子原子的電子運(yùn)動(dòng)的能量確定單電子原子的電子運(yùn)動(dòng)的能量n 的取值：n = 1，2，3，量子數(shù)量子數(shù)求解H原子薛定諤方程得到：每一個(gè)對(duì)應(yīng)原子軌道中電子的能量只與n有關(guān)：En = (1312 / n2) kJmol 1n的值越大，電子能級(jí)就越高。n = 1，2，3，4, 對(duì)應(yīng)于電子層K，L，M，N, 首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)15(2) 角量子數(shù) l 的物理意義： l 的取值：l = 0,1,2,3, (n 1)l = 0,1,2,3 的原子軌道

11、習(xí)慣上分別稱為s、p、d、f 軌道。附圖5.5 原子軌道形狀 表示亞層，基本確定原子軌道的形狀形狀 對(duì)于多電子原子，與n共同確定原子軌道的能量。能量。s軌道投影yxdxy軌道投影yx+-pz軌道投影zx+-首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)16(3) 磁量子數(shù) m 的物理意義： m 的取值: m = 0,1,2, l, 共可取2l + 1個(gè)值 確定原子軌道的伸展方向p軌道, m=-1,0,+1,有三個(gè)伸展方向圖5.3a 原子軌道伸展方向除s軌道外,都是各向異性的首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)17d軌道, m=-2,-1,0,+1,+2有五個(gè)伸展方向圖5.3b 原子軌

12、道伸展方向首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)18用波函數(shù)n,l,m描述原子中電子的運(yùn)動(dòng),習(xí)慣上稱為軌道運(yùn)動(dòng),它由n, l, m三個(gè)量子數(shù)所規(guī)定,電子還有自旋自旋運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，因而產(chǎn)生磁矩磁矩，電子自旋磁矩只有兩個(gè)方向磁矩只有兩個(gè)方向。因此，自旋量子數(shù)的取值僅有兩個(gè)，分別為+1/2和-1/2，也常形象地表示為 和 。(4) 自旋量子數(shù)ms一個(gè)軌道中的電子可以有兩種不同的自旋方向。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)195.1.2 電子云電子云假定我們能用高速照相機(jī)攝取一個(gè)電子在某一瞬間的空間一瞬間的空間位置位置，然后對(duì)在不同瞬間拍攝的千百萬(wàn)張照片千百萬(wàn)張照片上電子的位置進(jìn)行考察

13、，則會(huì)發(fā)現(xiàn)明顯的統(tǒng)計(jì)性規(guī)律統(tǒng)計(jì)性規(guī)律。即：電子經(jīng)常出現(xiàn)的區(qū)域是一個(gè)球形空間。疊加圖形被形象地稱為電子電子云云。電子云是空間某單位體積內(nèi)找到電子的概率分布的圖電子云是空間某單位體積內(nèi)找到電子的概率分布的圖形，形，故也稱為概率密度概率密度。觀看電子云統(tǒng)計(jì)規(guī)律基態(tài)氫原子核外電子的運(yùn)動(dòng)基態(tài)氫原子核外電子的運(yùn)動(dòng)附圖5.8 電子云的統(tǒng)計(jì)概念（二維投影）a) 單張照片；b) 二張照片 c)大量照片yxayxbyxb首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)20電子云與概率密度電子云與概率密度圖5.9 電子云示意圖a) s電子云；b) p電子云；c) d電子云首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)

14、211. 電子云的角度分布電子云的角度分布電子云的角度分布與原子軌道的角度分布之間的區(qū)別：圖5.6 電子云角度分布立體示意圖形狀較瘦沒(méi)有正、負(fù)號(hào)首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)222. 電子云的徑向分布電子云的徑向分布*電子云的徑向分布指在單位厚度的球殼內(nèi)找到電子的概率2s3srr3s3p3d圖5.10 電子云的徑向分布示意圖首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)235.2 多電子原子的電子分布方式與周期系多電子原子的電子分布方式與周期系在已發(fā)現(xiàn)的112種元素中，除氫以外，都屬于多電子原子。多電子原子除電子與核的作用勢(shì)能外，還存在電子之間的作用勢(shì)能，因此使得多電子原子體系

15、的勢(shì)能部分的表達(dá)非常復(fù)雜，現(xiàn)有的數(shù)學(xué)方法還只能精確求解氫原子和類氫離子體系（核外只有一個(gè)電子，如He+等）的薛定諤方程。多電子原子體系可以得到薛定諤方程的近似解，過(guò)程十分復(fù)雜，本節(jié)只介紹其結(jié)果的應(yīng)用。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)245.2.1 多電子原子軌道的能級(jí)多電子原子軌道的能級(jí)多電子原子軌道的能級(jí)取決于主量子數(shù)n和角量子數(shù)l ： 主量子數(shù)n相同時(shí)，l 越大，能量越高 角量子數(shù)l 相同時(shí)，n越大，能量越高 當(dāng)主量子數(shù)n和角量子數(shù)l 都不同時(shí)，可以發(fā)生能級(jí)交錯(cuò)的現(xiàn)象。n =1n =2n =3n =4l = sl = pl = dl 相同時(shí)n 相同時(shí)圖5-11 不同量子數(shù)的原

16、子軌道能級(jí)首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)25圖圖5.9 原子軌道的能量與原子序數(shù)的關(guān)系原子軌道的能量與原子序數(shù)的關(guān)系首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)265.2.2 核外電子分布原理與方式核外電子分布原理與方式原子核外電子的分布要服從以下規(guī)則： 泡里不相容原理 能量最低原理 洪德規(guī)則此外，還有一些其它的補(bǔ)充規(guī)則，用以解釋以上規(guī)則不足以說(shuō)明實(shí)驗(yàn)事實(shí)的一些特例。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)271. 泡里不相容原理泡里不相容原理在同一個(gè)原子中在同一個(gè)原子中, ,不允許兩個(gè)電子的四個(gè)量子不允許兩個(gè)電子的四個(gè)量子數(shù)完全相同數(shù)完全相同。即，同一個(gè)原子軌道最多只

17、能容納兩個(gè)電子，且自旋相反。答：根據(jù)泡里原理，主量子數(shù)為n 的電子層內(nèi)允許排布的電子數(shù)最多為2n2個(gè)。思考思考；第n層最多可以排布幾個(gè)電子？首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)282. 能量最低原理能量最低原理核外電子在原子軌道上的排布，必須盡量占據(jù)能核外電子在原子軌道上的排布，必須盡量占據(jù)能量最低的軌道。量最低的軌道。圖5.10 原子軌道近似能級(jí)圖首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)293. 洪德規(guī)則洪德規(guī)則當(dāng)電子在當(dāng)電子在n, l 相同的數(shù)個(gè)等價(jià)軌道上分布時(shí)，每個(gè)相同的數(shù)個(gè)等價(jià)軌道上分布時(shí)，每個(gè)電子盡可能占據(jù)磁量子數(shù)不同的軌道且自旋平行。電子盡可能占據(jù)磁量子數(shù)不同的軌道

18、且自旋平行。附例附例5.15.1 碳碳原子原子(1s22s22p2)的兩個(gè)的兩個(gè)p電子在三個(gè)能量相電子在三個(gè)能量相同的同的2p軌道上如何分布？軌道上如何分布？ I II III共有以下三種排列方法：共有以下三種排列方法：附圖5.4 兩個(gè)電子在p軌道上的分布首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)304. 能量最低原理的補(bǔ)充規(guī)則能量最低原理的補(bǔ)充規(guī)則當(dāng)相同能量的軌道為全充滿或半充滿全充滿或半充滿的狀態(tài)時(shí)，能量較低。附例附例5.25.2 寫(xiě)出Z=24的鉻元素的電子排布式解解： 原子序數(shù)為原子序數(shù)為24，其中，其中1s, 2s, 2p, 3s, 3p共共5個(gè)能級(jí)個(gè)能級(jí)9個(gè)個(gè)軌道排布了軌道排布了

19、18個(gè)電子。不考慮補(bǔ)充規(guī)則時(shí)，排列方式應(yīng)個(gè)電子。不考慮補(bǔ)充規(guī)則時(shí)，排列方式應(yīng)是是1s22s22p63s23p63d44s2，考慮補(bǔ)充規(guī)則時(shí)，則為，考慮補(bǔ)充規(guī)則時(shí)，則為1s22s22p63s23p63d54s1實(shí)驗(yàn)證實(shí)，后者是正確結(jié)果思考：思考：2929號(hào)元素的的電子排布式如何？號(hào)元素的的電子排布式如何？1s22s22p63s23p63d104s1首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)315. 原子與離子的特征電子構(gòu)型原子與離子的特征電子構(gòu)型由于化學(xué)反應(yīng)中通常只涉及外層電子的改變，因此一般只需要寫(xiě)出外層電子的排布式。外層電子的排布式也稱為特征電特征電子構(gòu)型子構(gòu)型。例例5.3 5.3 寫(xiě)出

20、26Fe原子的核外電子分布式和特征電子構(gòu)型以及Fe3+離子的特征電子構(gòu)型。解解： 原子序數(shù)為原子序數(shù)為26，因此核外電子排列方式應(yīng)是，因此核外電子排列方式應(yīng)是1s22s22p63s23p63d64s2特征電子構(gòu)型則是：特征電子構(gòu)型則是：3d64s2Fe3+離子的特征電子構(gòu)型則是：3s23p63d5首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)32特征電子構(gòu)型的書(shū)寫(xiě)規(guī)則 主族元素主族元素：寫(xiě)出最外層的s軌道和p軌道上的電子分布。 過(guò)渡金屬過(guò)渡金屬元素元素：寫(xiě)出次外層的d 軌道和最外層的s 軌道上的電子分布。 鑭系和錒系元素鑭系和錒系元素：寫(xiě)出(n-2)層的f 軌道和最外層的s 軌道上的電子分布。

21、少數(shù)元素 (n-1) 層的d 軌道上有電子，也應(yīng)寫(xiě)出。 離子離子：要寫(xiě)出同一層的全部電子分布。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)336. 多電子原子軌道的能量估算多電子原子軌道的能量估算多電子原子存在能級(jí)交錯(cuò)的現(xiàn)象，如何估算主量子數(shù)n和角量子數(shù)l 不相同的兩個(gè)能級(jí)的能量高低呢？我國(guó)化學(xué)家徐光憲教授根據(jù)原子軌道能量與量子數(shù)n 和l 的關(guān)系，歸納得到了一個(gè)近似規(guī)律：)7 . 0(lnE附例附例5.45.4 根據(jù)上述規(guī)則計(jì)算6s, 4f, 5d 以及6p 軌道的(n+0.7l)的值。解： s, f, d 以及以及p 軌道的軌道的l 值分別為值分別為0,3,2,1，代入上式得，代入上式得到

22、到(n+0.7l)的值分別為的值分別為:6.0, 6.1, 6.4, 6.7即即E6s E4f E5d E6p首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)347. 能級(jí)分組能級(jí)分組(n+0.7l)能級(jí)組能級(jí)組 能級(jí)組中的原子軌道能級(jí)組中的原子軌道 元素?cái)?shù)目元素?cái)?shù)目 周期數(shù)周期數(shù)1.x11s212.x22s2p823.x33s3p834.x44s3d4p1845.x55s4d5p1856.x66s4f5d6p3267.x77s5f6d(未滿）未滿）未滿未滿7把(n+0.7l)值的整數(shù)位相同的能級(jí)分為一組，得到如下表所示的能級(jí)分組。附表附表5.1 5.1 能級(jí)分組能級(jí)分組首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè)

23、下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)355.2.3 原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的周期性原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的周期性思考思考1 1： 以下排列以下排列s p s d p s f d p是否具有周期性？是否具有周期性？答：若按以下方式排列sps d ps f d p從從s始，至始，至p終，具有周期性。終，具有周期性。思考思考2 2：元素性質(zhì)為何呈現(xiàn)周期性？元素性質(zhì)為何呈現(xiàn)周期性？答：元素性質(zhì)取決于原子的特征電子構(gòu)型。由于原子的特征電子構(gòu)型具有周期性，因此元素性質(zhì)也具有周期性。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)361. 元素周期表中的族與元素分區(qū)元素周期表中的族與元素分區(qū)特征電子構(gòu)型相同的元素排在同一列，構(gòu)成了元素周期

24、表元素周期表中的族族。當(dāng)特征電子構(gòu)型只含s軌道電子(通式為ns12)時(shí)，分為s區(qū)區(qū)。當(dāng)特征電子構(gòu)型中s軌道已滿，p軌道電子數(shù)為16(通式為ns2np16)時(shí)，分為p區(qū)區(qū)。s區(qū)和區(qū)和p區(qū)元素又稱為主族元素區(qū)元素又稱為主族元素。當(dāng)s軌道和p 軌道的電子數(shù)之和小于8時(shí)，主族元素的族數(shù)等于其s軌道和p 軌道的電子數(shù)之和。等于8時(shí)，即為0族。當(dāng)特征電子構(gòu)型中內(nèi)層d軌道電子數(shù)為18 (通式為(n-1)d18ns2)時(shí)，分為d區(qū)區(qū)。內(nèi)層d軌道電子數(shù)為10，外層s軌道電子數(shù)為12 (通式為(n-1)d10ns12)時(shí)，分為ds區(qū)區(qū)。當(dāng)特征電子構(gòu)型n-2層f 軌道電子數(shù)為114 (通式為(n-2)f114ns2

25、)時(shí)，分為f區(qū)區(qū)。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)37元素周期表分區(qū)元素周期表分區(qū)1s2ns 2np1-6P區(qū)元素區(qū)元素ns 1-2s區(qū)元區(qū)元素素(n-1)d1-8ns2d區(qū)元素區(qū)元素(n-1)d10ns1-2ds 區(qū)區(qū)元素元素(n-2)f1-14ns2 f 區(qū)元素區(qū)元素附圖5.6 元素分區(qū)首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)38按能級(jí)組為行排列，從第二能級(jí)組起，每一行由s軌道起始，p軌道結(jié)束，構(gòu)成了元素周期表的周期周期。思考思考：各周期中的元素的性質(zhì)從左到右的變化趨勢(shì)是否各周期中的元素的性質(zhì)從左到右的變化趨勢(shì)是否相同？相同？周期表中的周期表中的周期數(shù)周期數(shù)等于最外層軌

26、道的主量子數(shù)等于最外層軌道的主量子數(shù)。答：除第一周期外，其它周期中的元素的性質(zhì)從左到右答：除第一周期外，其它周期中的元素的性質(zhì)從左到右的變化趨勢(shì)均相同。的變化趨勢(shì)均相同。2. 元素周期表中的周期和族元素周期表中的周期和族主族及主族及I I、IIII副族副族：族數(shù)等于最外層電子數(shù)副族副族(d(d區(qū)區(qū)) )：族數(shù)等于最外層s電子數(shù)加次外層的d電子數(shù)，兩者之和等于810時(shí)為第VIII族。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)393. 原子半徑原子半徑在同一周期中，從左到右減小從左到右減小由于核電荷的增加，核外電子受核的引力增大，原子半徑減小。短周期元素的原子半徑的變化規(guī)律尤為顯著。在同一族中

27、，從上到下增加從上到下增加由于主量子數(shù) n 的增加，原子半徑一般增加。主要主要是主族元素是主族元素。副族元素的原子半徑，第五周期比第副族元素的原子半徑，第五周期比第四周期增加，第六周期與第五周期接近四周期增加，第六周期與第五周期接近。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)40前前3636號(hào)元素原子半徑變化號(hào)元素原子半徑變化原子半徑原子半徑(pm)原子序數(shù)原子序數(shù)Z附圖5.6 前36號(hào)元素原子半徑的變化首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)414. 電離能電離能第一電離能第一電離能處于基態(tài)的處于基態(tài)的1mol1mol氣態(tài)原子失去氣態(tài)原子失去1mol1mol電子成為氣態(tài)一價(jià)陽(yáng)離子所

28、需的能量，稱為該元素電子成為氣態(tài)一價(jià)陽(yáng)離子所需的能量，稱為該元素的第一電離能。的第一電離能。氣態(tài)一價(jià)陽(yáng)離子再失去一個(gè)電子成為氣態(tài)二價(jià)陽(yáng)離子所需的能量稱為第二電離能. 以此類推。電離能數(shù)據(jù)可由光譜數(shù)據(jù)精確求得。思考思考1：第一電離能與原子半徑之間的關(guān)系如何？第一電離能與原子半徑之間的關(guān)系如何？答：原子半徑答：原子半徑r r大時(shí)，電子離核遠(yuǎn)，受核的引力小，較大時(shí)，電子離核遠(yuǎn)，受核的引力小，較易電離，從而電離能較小。易電離，從而電離能較小。思考思考2：電離能與金屬活潑性之間的關(guān)系如何？電離能與金屬活潑性之間的關(guān)系如何？答：電離能越小，金屬的活潑性越強(qiáng)。答：電離能越小，金屬的活潑性越強(qiáng)。首頁(yè)首頁(yè) 上一

29、頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)42同一周期中自左至右，第一電離能一般增加自左至右，第一電離能一般增加，但有一些波動(dòng)。當(dāng)電子結(jié)構(gòu)為全充滿或半充滿時(shí)，其第一電離能相應(yīng)較大。主族（包括IIIB族），自上而下第一電離能依次減?。蛔陨隙碌谝浑婋x能依次減?。桓弊?，自上而下第一電離能略有增加。自上而下第一電離能略有增加。同一族中思考思考1：N(2s 22p3)的第一電離能偏大，而B(niǎo) (2s 22p1)的第一電離能偏?。繛槭裁?？答：N原子的特征電子構(gòu)型為p軌道半充滿，較穩(wěn)定(不易電離)，B 原子失去一個(gè)2p電子后變成2s22p0的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。答：IA族元素的特征電子構(gòu)型為ns1，電離一個(gè)電子后變成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

30、思考思考2 2：為何IA族元素一般只能失去一個(gè)電子？首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)43第一電離能的周期性第一電離能的周期性圖5.11 第一電離能的周期性首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)445. 元素的電負(fù)性元素的電負(fù)性電負(fù)性是元素的原子在分子中吸引電子的能力。電負(fù)性是元素的原子在分子中吸引電子的能力。1932年，鮑林（Pauling）首先提出了電負(fù)性的概念。鮑林指定氟（F）的電負(fù)性為4.0，從而求出其它元素的電負(fù)性。電負(fù)性是一個(gè)相對(duì)數(shù)值電負(fù)性是一個(gè)相對(duì)數(shù)值 在同一周期中，從左到右電負(fù)性增加在同一周期中，從左到右電負(fù)性增加。 在同一族中，自上而下電負(fù)性下降在同一族中

31、，自上而下電負(fù)性下降。 思考思考：電負(fù)性最大的前三種和最小的元素分別是什么？電負(fù)性最大的前三種和最小的元素分別是什么？答：電負(fù)性最大的元素為答：電負(fù)性最大的元素為F(4.0) 、O(3.5) 、N(3.0)和和Cl(3.0)。電負(fù)性最小的元素是。電負(fù)性最小的元素是Cs和和Fr(0.7)。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)45H2.1附表附表5.3 元素的元素的Pauling電負(fù)性電負(fù)性Li1.0Be1.5B2.0C2.5N3.0O3.5F4.0Na0.9Mg1.2Al1.5Si1.8P2.1S2.5Cl3.0K0.8Ca1.0Sc1.3Ti1.5V1.6Cr1.6Mn1.5Fe1.

32、8Co1.9Ni1.9Cu1.9Zn1.6Ga1.6Ge1.8As2.0Se2.4Br2.8Rb0.8Sr1.0Y1.2Zr1.4Nb1.6Mo1.8Te1.9Ru2.2Rh2.2Pd2.2Ag1.9Cd1.7In1.7Sn1.8Sb1.9Te2.1I2.5Cs0.7Ba0.9La-Lu1.01.2Hf1.3Ta1.5W1.7Re1.9Os2.2Ir2.2Pt2.2Au2.4Hg1.9Tl1.8Pb1.9Bi1.9首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)466. 元素的氧化值元素的氧化值主族元素, 最高氧化值與其族數(shù)相同(F、O除外)。副族元素中d區(qū)金屬除最外層的s電子外,次外層d電子也

33、可全部或部分參與成鍵，因此最高氧化值可等于最外層s電子和次外層d電子數(shù)之和，大多有可變價(jià)，VIII族元素中只有Ru、Os為+8價(jià)。ds區(qū)元素中Cu、Au的氧化數(shù)?？筛哂谄渥鍞?shù)。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)47IA附表附表5.2 元素的氧化值元素的氧化值+1IIA變價(jià)元素中，下劃線的較穩(wěn)定IIIA IVA VA VIA VIIA+2+3-4+4-3+1+3+5-2+4+6-1+1+5+7IIIBIVB VB VIBVIIBVIIIIB IIB+3+2+4+3+5+3+6+2+7+2+3+8+1+2+3+2+3+1+4+2+5+3+6+4首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)

34、末頁(yè)48基態(tài)激發(fā)態(tài)5.2.4 原子光譜原子光譜處于低能量軌道的電子，受外界提供的合適頻率的射線照射時(shí)，可以吸收射線躍遷到較高能級(jí)。原子吸收光譜的原理EhE /附圖5.7 原子吸收光譜示意圖不同種類原子的電子能級(jí)不同，因而吸收射線的頻率v不同，據(jù)此可以分析被測(cè)樣品中含有的原子的種類，根據(jù)吸收強(qiáng)度可以測(cè)定該原子的含量。思考思考：如何提供原子吸：如何提供原子吸收光譜中的射頻？收光譜中的射頻？使用與被測(cè)原子相同的使用與被測(cè)原子相同的激發(fā)態(tài)原子發(fā)出的射線激發(fā)態(tài)原子發(fā)出的射線作為光源。作為光源。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)49處于激發(fā)態(tài)的電子極不穩(wěn)定，當(dāng)它返回到較低能級(jí)時(shí)，以射線的形式向

35、外釋放能量。其輻射的射線頻率v與兩能級(jí)能量差E與之間的關(guān)系為 E = h原子發(fā)射光譜的原理v基態(tài)激發(fā)態(tài)E附圖5.8 原子發(fā)射光譜示意圖在原子發(fā)射光譜中，一般通過(guò)加熱樣品的方法使其處于激發(fā)狀態(tài)。思考思考：在原子吸收光譜或原在原子吸收光譜或原子發(fā)射光譜中，吸收或發(fā)射子發(fā)射光譜中，吸收或發(fā)射的射線是連續(xù)的嗎？的射線是連續(xù)的嗎？不連續(xù)。不連續(xù)。)11(2221nnRhvE首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)505.3 化學(xué)鍵與分子間相互作用力化學(xué)鍵與分子間相互作用力思考思考：人與人，物體與物體之間的相互作用答：人與人之間存在的相互作用十分復(fù)雜，既有物質(zhì)的，也有精神的。物質(zhì)與物質(zhì)之間的相互作用

36、也是多種多樣的，從作用結(jié)果來(lái)分析，有導(dǎo)致相互吸引的引力和相互排斥的斥力，從作用距離看，有長(zhǎng)程作用力和短程作用力。原子之間的長(zhǎng)程強(qiáng)相互作用是化學(xué)鍵的特征，分子或原子團(tuán)之間的短程弱相互作用是分子間作用力的特征。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)515.3.1 化學(xué)鍵化學(xué)鍵分子中原子之間的長(zhǎng)程強(qiáng)相互作用力稱為化學(xué)鍵?；瘜W(xué)鍵可分為離子鍵、金屬鍵和共價(jià)鍵三種。組成化學(xué)鍵的兩個(gè)原子間電負(fù)性差大于1.8 時(shí)，一般生成離子鍵，小于1.8 時(shí)一般生成共價(jià)鍵。而金屬原子之間則生成金屬鍵。思考思考：NaCl晶體中鈉離子與氯離子之間、金屬銅中銅原子與銅原子之間，H2O中氫原子與氧原子之間各有什么鍵？答：答

37、：NaCl晶體中鈉離子與氯離子之間是離子鍵；金屬銅晶體中鈉離子與氯離子之間是離子鍵；金屬銅中銅與銅之間是金屬鍵，在水中，中銅與銅之間是金屬鍵，在水中， H2O分子中分子中H原子與原子與O原子之間存在共價(jià)鍵，原子之間存在共價(jià)鍵， H2O間存在分子間作用力和氫間存在分子間作用力和氫鍵。鍵。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)521. 離子鍵離子鍵當(dāng)活潑金屬和活潑非金屬元素的原子互相接近時(shí)，前者失去電子形成正離子，后者得到電子形成負(fù)離子。正、負(fù)離子通過(guò)靜電相互作用結(jié)合成離子型化合物。離子鍵的本質(zhì)離子鍵的本質(zhì)異號(hào)離子之間的靜電引力。離子鍵的特征離子鍵的特征 沒(méi)有方向性 沒(méi)有飽和性首頁(yè)首頁(yè) 上

38、一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)53正離子的電子構(gòu)型正離子的電子構(gòu)型某些主族元素和副族高價(jià)態(tài)正離子,如Na+, Al3+, Sc3+,Ti4+等。8電子構(gòu)型ns2np618電子構(gòu)型ns2np6nd10P區(qū)長(zhǎng)周期族數(shù)價(jià)正離子，如Ga3+、Sn4+、Sb5+等；ds區(qū)元素的族數(shù)價(jià)離子，如Ag+, Zn2+等。18 + 2 電子構(gòu)型(n-1)s2p6d10 ns2p區(qū)長(zhǎng)周期元素的低價(jià)態(tài)離子，如Pb2+, Bi3+等。917電子構(gòu)型ns2np6nd19d區(qū)元素低價(jià)離子,如Fe3+, Mn2+, Ni2+等;ds區(qū)高于族數(shù)價(jià)離子，如Cu2+，Au3+等。2電子構(gòu)型1s2 第二周期元素的高價(jià)離子，如Li

39、+, Be2+。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)542. 金屬鍵金屬鍵金屬的電離能較小，最外層的價(jià)電子容易脫離原子的束縛而形成自由電子。金屬離子緊密堆積。所有自由電子在整個(gè)堆積體間自由運(yùn)動(dòng)，形成金屬鍵金屬鍵。立心面心體心附圖5.9 金屬離子緊密堆積方式金屬鍵的特點(diǎn)：金屬鍵的本質(zhì)：金屬離子與自由電子之間的庫(kù)侖引力。 沒(méi)有方向性沒(méi)有方向性 沒(méi)有飽和性沒(méi)有飽和性首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)553. 共價(jià)鍵共價(jià)鍵共價(jià)鍵是兩個(gè)原子共用共用成鍵電子對(duì)成鍵電子對(duì)形成的，成鍵電子對(duì)可以由兩個(gè)原子共同提供共同提供，也可以由一個(gè)原子單獨(dú)提供單獨(dú)提供（后者習(xí)慣上稱為配位鍵配位鍵）同種

40、非金屬元素或電負(fù)性相差不大的元素之間可以形成共價(jià)鍵。當(dāng)由兩個(gè)原子共同提供一對(duì)電子時(shí)，這對(duì)電子的自旋方向必須相反，同時(shí)這兩個(gè)電子的原子軌道發(fā)生最大程度的重疊，在兩個(gè)原子核間形成密集的電子云。+成鍵+不成鍵附圖5.10 p軌道共價(jià)鍵形成示意圖首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)56共價(jià)鍵的特性共價(jià)鍵的特性 共價(jià)鍵具有方向性+除 s 軌道外，其它原子軌道均有方向性，要取得最大程度的重疊，成鍵的兩個(gè)軌道必須在有利的方向上。 共價(jià)鍵具有飽和性共價(jià)鍵的數(shù)目取決于成鍵原子所擁有的未成對(duì)電子的數(shù)目。+附圖5.11 共價(jià)鍵方向性附圖5.12 共價(jià)鍵飽和性 共價(jià)鍵理論價(jià)鍵理論價(jià)鍵理論和分子軌道理論分子軌

41、道理論。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)574. 價(jià)鍵理論價(jià)鍵理論兩個(gè)原子軌道重疊后，使兩核間電子密度增大，加強(qiáng)了對(duì)原子核的吸引，系統(tǒng)能量降低而形成穩(wěn)定分子。形成共價(jià)鍵的條件為： 形成共價(jià)鍵的兩個(gè)原子軌道的對(duì)稱性必須匹配; 形成共價(jià)鍵的兩個(gè)原子軌道獲得最大程度的重疊。一個(gè)原子可以與多個(gè)其它原子成鍵，一個(gè)原子可以形成的共價(jià)鍵的數(shù)目等于該原子的未成對(duì)電子數(shù)。思考思考：H、O原子最多可以形成的價(jià)鍵數(shù)目是多少？原子最多可以形成的價(jià)鍵數(shù)目是多少？答：答：H、O原子的未成對(duì)電子分別為原子的未成對(duì)電子分別為1和和2，因此最多可，因此最多可以形成的價(jià)鍵數(shù)目是以形成的價(jià)鍵數(shù)目是1和和2。首頁(yè)首頁(yè)

42、上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)58 鍵和鍵和 鍵鍵根據(jù)原子軌道不同的疊合方式，共價(jià)鍵可以分為 鍵鍵和 鍵鍵等。 鍵鍵原子軌道重疊部分沿著鍵軸呈圓柱形對(duì)稱原子軌道重疊部分沿著鍵軸呈圓柱形對(duì)稱，即原子軌道以“頭碰頭頭碰頭”方式重疊。s軌道總形成鍵，p軌道間只形成一個(gè)鍵。觀看動(dòng)畫(huà) 鍵鍵原子軌道重疊部分對(duì)于通過(guò)鍵軸的一個(gè)平面呈鏡面原子軌道重疊部分對(duì)于通過(guò)鍵軸的一個(gè)平面呈鏡面反對(duì)稱反對(duì)稱，即原子軌道以“肩并肩肩并肩”方式重疊。 鍵中原子軌道的重疊程度較小，因此鍵的強(qiáng)度一般不及鍵。觀看動(dòng)畫(huà) 鍵鍵 鍵鍵圖5.15 s鍵和p鍵重疊方式示意圖圖5.16 氮分子中三鍵示意圖首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一

43、頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)59*共價(jià)數(shù)共價(jià)數(shù)一個(gè)原子所能形成的共價(jià)單鍵的數(shù)目稱為共價(jià)數(shù)共價(jià)數(shù)，與該原子的未成對(duì)電子數(shù)目密切相關(guān)。附例附例5.45.4 分析H2中的H、 NH3中的N、H2O2中的O的成鍵情況以及共價(jià)數(shù)解解：H2分子中的H只能形成一個(gè)鍵，共價(jià)數(shù)為1。 NH3中的H也一樣, N則有三個(gè)共價(jià)單鍵，故共價(jià)數(shù)為3。H2O2分子中的O原子有兩個(gè)未成對(duì)電子的2p軌道，兩個(gè)O原子之間形成一個(gè)鍵，每個(gè)O原子與H原子各形成一個(gè)鍵，因此O原子的共價(jià)數(shù)為2。HHNHHHOOHHH2、NH3、H2O2的成鍵情況首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)60價(jià)鍵理論的局限價(jià)鍵理論的局限問(wèn)題問(wèn)題2：如何認(rèn)識(shí)共價(jià)鍵的方

44、向性與如何認(rèn)識(shí)共價(jià)鍵的方向性與H2O分子中兩個(gè)分子中兩個(gè)OH鍵的鍵角為鍵的鍵角為104.5的關(guān)系的關(guān)系？?jī)蓚€(gè)問(wèn)題兩個(gè)問(wèn)題問(wèn)題問(wèn)題1：C原子的共價(jià)數(shù)與其原子結(jié)構(gòu)有矛盾嗎？原子的共價(jià)數(shù)與其原子結(jié)構(gòu)有矛盾嗎？答：根據(jù)共價(jià)鍵理論，C原子的外層原子軌道上有4個(gè)電子，2個(gè)在2s軌道上，已成對(duì)，2個(gè)平行占據(jù)2p軌道的電子未成對(duì)，共價(jià)數(shù)應(yīng)為2。然而事實(shí)上C原子的共價(jià)數(shù)常為4。答：O原子的3個(gè)兩兩垂直的2p軌道上有四個(gè)電子，其中兩個(gè)軌道上各有一個(gè)未成對(duì)電子，它們可以與H原子生成鍵。根據(jù)共價(jià)鍵的方向性，這兩個(gè)鍵的夾角是90。但事實(shí)上兩個(gè)兩個(gè)OH鍵的夾角是鍵的夾角是104.5。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè)

45、末頁(yè)末頁(yè)615. 分子軌道理論分子軌道理論要點(diǎn)：要點(diǎn)：當(dāng)原子形成分子后，電子不再局限于原來(lái)的原子軌道，而是屬于整個(gè)分子的分子軌道。 分子軌道由組成分子的原子軌道組合產(chǎn)生，組合前后分子軌道由組成分子的原子軌道組合產(chǎn)生，組合前后軌道總數(shù)不變。軌道總數(shù)不變。 組合前后系統(tǒng)的總能量不變組合前后系統(tǒng)的總能量不變，如在H原子結(jié)合成氫分子時(shí)，成鍵 軌道的能量比原子軌道能量下降了E，則反鍵* 軌道的能量比原子軌道能量上升E。內(nèi)層軌道組合前后都是全滿的，能量不發(fā)生變化。因此可以不考慮它們的組合。 組合前原子軌道中所有的電子在組合分子軌道中重組合前原子軌道中所有的電子在組合分子軌道中重新分布新分布，分布法則與電子

46、在原子軌道中的排布類似。分布法則與電子在原子軌道中的排布類似。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)62分子軌道理論的應(yīng)用分子軌道理論的應(yīng)用附例附例5.5 用分子軌道理論分析H2分子的成鍵情況兩個(gè)H原子各有一個(gè)1s軌道，形成分子時(shí)組合成兩個(gè)分子軌道，1s成鍵軌道和*1s 反鍵軌道，兩個(gè)電子排布在成鍵軌道上，與兩個(gè)H原子相比，H2的能量降低。圖5.17 氫分子軌道首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)635.3.2 分子的極性和分子的空間構(gòu)型分子的極性和分子的空間構(gòu)型磁場(chǎng)附圖5.13 極性分子在磁場(chǎng)中的取向思考思考1 ：為什么分子會(huì)產(chǎn)生極性？為什么分子會(huì)產(chǎn)生極性？思考思考2：分子

47、極性與哪些因素有關(guān)？分子極性與哪些因素有關(guān)？答：答：1）共價(jià)鍵的極性；）共價(jià)鍵的極性；2）分子空間構(gòu)型）分子空間構(gòu)型答：分子中正、負(fù)電荷重心不重合時(shí)可產(chǎn)生極性。答：分子中正、負(fù)電荷重心不重合時(shí)可產(chǎn)生極性。撤消磁場(chǎng)附加磁場(chǎng)首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)641. 共價(jià)鍵參數(shù)共價(jià)鍵參數(shù) 鍵長(zhǎng)鍵長(zhǎng)分子中成鍵原子的兩核間的距離稱為鍵長(zhǎng)。分子中成鍵原子的兩核間的距離稱為鍵長(zhǎng)。鍵長(zhǎng)與鍵的強(qiáng)度有關(guān)，鍵長(zhǎng)越小，鍵的強(qiáng)度越大。 鍵角鍵角分子中相鄰兩鍵間的夾角稱為鍵角。分子中相鄰兩鍵間的夾角稱為鍵角。分子的空間構(gòu)型與鍵長(zhǎng)和鍵角有關(guān)。 鍵能鍵能E298.15K，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下單位物質(zhì)量的氣態(tài)物質(zhì)的共價(jià)鍵斷

48、裂生成氣態(tài)原子所需的能量稱為鍵離解能 ( D)，鍵能的數(shù)值為同類鍵各級(jí)解離能的均值，但習(xí)慣上取正值。E = D首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)65鍵能的計(jì)算鍵能的計(jì)算*雙原子分子雙原子分子雙原子分子的鍵能等于鍵離解能。多原子分子多原子分子多原子分子的鍵能等于同類鍵各級(jí)離解能的平均值。附例附例5.6 計(jì)算水中OH鍵的鍵能，已知水的兩個(gè)OH鍵的解離能分別為498kJmol-1和428kJmol-1.解解：根據(jù)鍵能的定義，得E(OH) = -(498kJmol-1 + 428kJmol-1) / 2 = -463kJmol-1思考思考：了解鍵能還有哪些意義首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)

49、下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)66鍵能在熱化學(xué)中的應(yīng)用鍵能在熱化學(xué)中的應(yīng)用*附例附例5.7 利用鍵能數(shù)據(jù)計(jì)算反應(yīng)：H2(g) + Cl2(g) = 2HCl(g)的反應(yīng)熱。已知HH鍵、ClCl鍵和HCl鍵的鍵能分別為435 kJmol-1 、242 kJmol-1和431 kJmol-1.化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是舊鍵的斷裂和新鍵的生成過(guò)程。因此氣態(tài)物質(zhì)的反應(yīng)熱r Hm (298K)可以通過(guò)鍵能來(lái)估算。解解：過(guò)程中斷裂一個(gè)HH鍵和一個(gè)ClCl鍵（吸熱），生生成兩個(gè)HCl鍵（放熱）。故 rHm = E(HH) + E(ClCl) - 2 E(ClH) = 435 kJmol-1 +242 kJmol-1- 2 4

50、31 kJmol-1 = -185 kJmol-1 首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)672. 分子極性和電偶極矩分子極性和電偶極矩分子中正、負(fù)電荷重心重合的分子稱為非極性分子，不能重合的分子則稱為極性分子。分子極性大小可以用電偶極矩衡量分子極性大小可以用電偶極矩衡量。設(shè)正、負(fù)電荷中心所帶的電量為q，距離為l，則電偶極矩為： = ql 的值越大，分子的極性就越大。顯然，我們無(wú)法測(cè)定q或l，但卻是可以測(cè)定的。思考思考：鍵的電偶極矩鍵的電偶極矩主要與哪些因素有關(guān)？主要與哪些因素有關(guān)？答：主要與成鍵原子的電負(fù)性差有關(guān)。答：主要與成鍵原子的電負(fù)性差有關(guān)。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè)

51、 末頁(yè)末頁(yè)68分子極性分子極性 雙原子分子同種元素的雙原子分子必然是非極性分子。異種元素的雙原子分子必然是極性分子。 多原子分子多原子分子的極性，取決于鍵的極性和分子的空間構(gòu)型?？臻g結(jié)構(gòu)對(duì)稱的多原子分子 = 0，是非極性分子。附圖5.14 極性分子NH3(a)和非極性分子CH4(b)首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)693. 分子的空間構(gòu)型和雜化軌道理論分子的空間構(gòu)型和雜化軌道理論1931年，鮑林等以價(jià)鍵理論為基礎(chǔ)，提出化學(xué)鍵的雜化軌道理論。我國(guó)化學(xué)家唐敖慶教授對(duì)雜化軌道進(jìn)行了系統(tǒng)化處理。雜化軌道理論的要點(diǎn)雜化軌道理論的要點(diǎn) 同一原子中若干能量相近的軌道可以相互疊加組成相同數(shù)目、能

52、量完全相同的新的雜化軌道。 雜化軌道的電子云較集中，由雜化軌道形成的共價(jià)鍵更牢固。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)701) 雜化軌道的類型雜化軌道的類型所有雜化軌道均等價(jià)時(shí)，稱為等性雜化，否則為不等性雜化。按雜化軌道的成份分按雜化軌道的成份分（參與雜化的原子軌道可以是s軌道、p軌道或d軌道。） sp雜化軌道雜化軌道：由1個(gè)s軌道和1個(gè)p軌道混雜而成， s成份和p成份各占1/2。 sp2雜化軌道雜化軌道：由1個(gè)s軌道和2個(gè)p軌道混雜而成， s成份和p成份各占1/3和2/3。 sp3雜化軌道雜化軌道：由1個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道混雜而成， s成份和p成份各占1/4和3/4。等性雜化和不等

53、性雜化等性雜化和不等性雜化首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)712) 雜化軌道的應(yīng)用雜化軌道的應(yīng)用Sp雜化雜化這些元素的特征電子構(gòu)型為ns2，按照價(jià)鍵理論，它們不能形成共價(jià)鍵。雜化軌道理論認(rèn)為，s軌道上的一個(gè)電子可以激發(fā)到p軌道上(所需的能量由成鍵后釋放的能量補(bǔ)償)，從而進(jìn)行sp雜化形成2個(gè)等性sp雜化軌道。sp雜化軌道成鍵特征：雜化軌道成鍵特征：圖5.18 sp雜化軌道兩個(gè)sp雜化軌道的夾角為180，分子空間構(gòu)型為直線型。直線型。例如 BeCl2, HgCl2, CO2, HCCH等首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)72雜化軌道的應(yīng)用雜化軌道的應(yīng)用（續(xù)續(xù)）sp2雜化雜

54、化在BCl3分子中，B原子的一個(gè)s軌道和兩個(gè)p軌道可以進(jìn)行sp2雜化，形成3個(gè)等性sp2雜化軌道。三個(gè)軌道間的夾角為120。附圖5.15 sp2雜化軌道sp2雜化軌道成鍵特征：雜化軌道成鍵特征：三個(gè)鍵處在同一個(gè)平面上，鍵角為120。sp2雜化軌道例子雜化軌道例子BX3, AlCl3, H2C=CH2ClBClClCCHHHHBCl3和CH2CH2的空間構(gòu)型首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)73雜化軌道的應(yīng)用雜化軌道的應(yīng)用(續(xù))等性等性sp3雜化雜化甲烷分子中C原子的一個(gè)s軌道和3個(gè)p軌道可以進(jìn)行sp3雜化，形成4個(gè)等性sp3雜化軌道。4個(gè)軌道間的夾角為10928。每個(gè)鍵中，s成分占

55、1/4，p成分占3/4。sp3雜化軌道成鍵特征：雜化軌道成鍵特征：4個(gè)鍵指向正四面體的四個(gè)頂點(diǎn)，鍵角為10928。例如：CH4, CX4, C(金剛石),SiC等。附圖5.16 sp3雜化軌道HCHHH甲烷的空間構(gòu)型首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)74雜化軌道的應(yīng)用雜化軌道的應(yīng)用(續(xù))sp3不等性雜化不等性雜化氨分子中N原子可以進(jìn)行sp3雜化形成不等性sp3雜化軌道。N原子不等性原子不等性sp3雜化軌道成鍵特征：雜化軌道成鍵特征：其中有一個(gè)雜化軌道含有一對(duì)電子(孤對(duì)電子)，含孤對(duì)電子的軌道因內(nèi)部斥力較大而較胖，因此壓迫另3個(gè)軌道使鍵角小于10928。O原子和原子和S原子也能進(jìn)行不

56、等性原子也能進(jìn)行不等性sp3雜化雜化NHHH.OHH. .圖5.21 NH3和H2O分子的空間構(gòu)型示意圖首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)75雜化軌道與分子極性雜化軌道與分子極性分子分子雜化形式雜化形式分子構(gòu)型分子構(gòu)型分子極性分子極性示例示例AB2sp等性線形非極性CO2, BeCl2AB3sp2等性平面三角非極性BF3, SO3sp3不等性AB2角型極性H2O, SF2AB3三角錐極性NH3AB4sp3等性 正四面體 非極性CH4, NH4+首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)765.3.3 分子間相互作用力分子間相互作用力范德華力包含：取向力、誘導(dǎo)力和色散力分子間作用

57、力：分子間作用包括范德華力、氫鍵、疏水作用等，比化學(xué)鍵要弱得多。范德華力存在于所有分子中范德華力存在于所有分子中。范德華力的特點(diǎn)：永遠(yuǎn)存在于分子間的弱相互作用；永遠(yuǎn)存在于分子間的弱相互作用； 短程力短程力沒(méi)有方向性、沒(méi)有飽和性沒(méi)有方向性、沒(méi)有飽和性以色散力為主以色散力為主首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)771. 取向力取向力 取向力取向力分子固有電偶極之間的作用力，存在于極性分子中分子固有電偶極之間的作用力，存在于極性分子中。距離較遠(yuǎn)時(shí)距離較近時(shí)相互接近附圖5.17 取向力示意圖首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)782. 誘導(dǎo)力誘導(dǎo)力誘導(dǎo)力誘導(dǎo)力固有偶極與誘導(dǎo)偶極之間

58、的作用力，存在于極性分子之間或固有偶極與誘導(dǎo)偶極之間的作用力，存在于極性分子之間或極性分子與非極性分子之間極性分子與非極性分子之間。+-+- 附圖5.18 誘導(dǎo)力產(chǎn)生的示意圖首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)793. 色散力色散力色散力色散力當(dāng)非極性分子相互靠近時(shí)，由于電子和原子核的不斷運(yùn)動(dòng)，正負(fù)電荷中心不能始終保持重合，產(chǎn)生瞬間偶極，瞬間偶極之間的相互作用稱為色散力。色散力存在于所有分子之間，同類型分子距離相等時(shí)，相對(duì)分子質(zhì)量越大，其色散力越大。例例5.10：下列兩組物質(zhì)的色散力大小 1）鹵素單質(zhì)；2）鹵化氫解解：鹵素單質(zhì)按色散力從大到小：I2, Br2, Cl2, F2; 鹵化

59、氫按色散力從大到?。篐I, HBr, HCl, HF思考思考：實(shí)際上實(shí)際上鹵化氫中鹵化氫中HF的沸點(diǎn)高于的沸點(diǎn)高于HCl, 說(shuō)明在說(shuō)明在HF分分子中還存在其它的相互作用？可能是什么？子中還存在其它的相互作用？可能是什么？首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)804. 氫鍵氫鍵氫鍵氫鍵電負(fù)性很大的原子電負(fù)性很大的原子X(jué)（F、O、N）與）與H原子成鍵時(shí)，由于原子成鍵時(shí)，由于X吸吸引電子的能力很強(qiáng)，使氫原子帶有較多正電荷，它與另一個(gè)引電子的能力很強(qiáng)，使氫原子帶有較多正電荷，它與另一個(gè)電負(fù)性大且半徑又小的原子電負(fù)性大且半徑又小的原子Y （F、O、N）形成氫鍵：）形成氫鍵：XHY氫鍵具有方向性和

60、飽和性。氫鍵可以是分子間的也可以是分子內(nèi)的。Y附圖5.18 氫鍵的方向性和飽和性YX首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)815. 分子間力和氫鍵對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響分子間力和氫鍵對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響熔點(diǎn)和沸點(diǎn)熔點(diǎn)和沸點(diǎn)分子間氫鍵使物質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)大幅升高，無(wú)氫鍵時(shí)，同類單質(zhì)和化合物的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)隨分子摩爾質(zhì)量的增加而升高。(請(qǐng)思考為什么？請(qǐng)思考為什么？)溶解性溶解性溶劑與溶質(zhì)間的氫鍵或分子間作用力大于溶質(zhì)之間的作用力，或溶質(zhì)與溶劑之間有相似的結(jié)構(gòu)、極性等，有利于溶質(zhì)的溶解，即相似相溶原理。首頁(yè)首頁(yè) 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè) 末頁(yè)末頁(yè)82分子間作用力的應(yīng)用示例分子間作用力的應(yīng)用示例例例5.11